DE102012204790B4

DE102012204790B4 - Antriebssystem mit dynamischer Bremsraumdichtung und Abschirmeinrichtung für ein Antriebssystem

Info

Publication number: DE102012204790B4
Application number: DE201210204790
Authority: DE
Inventors: Tobias Vogler; Nicole Denzler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: WO2013143826A1; DE102012204790A1

Abstract

Antriebssystem (1) für ein Fahrzeug, umfassend einen Elektromotor mit einem Rotor (2) und einem durch einen Spalt (S) von dem Rotor (2) beabstandeten Stator (3), ein Radlager (4) mit einem drehbaren Teil (4a) und einem stehenden Teil (4b), eine Reibungsbremse (5), eine Abschirmeinrichtung (6) zur thermischen Abschirmung mindestens eines Bauteils (2, 3) des Elektromotors vor einem Eintrag von Wärme durch die Reibungsbremse (5), und eine dynamische Bremsraumdichtung (7) zum Abdichten eines stehenden Antriebssystemelementes (6) des Antriebssystems (1) gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Antriebssystemelement (4a, 2a) des Antriebssystems (1), wobei die Bremsraumdichtung (7) ein Dichtungselement (7a) und ein als Anlauffläche für das Dichtungselement (7a) dienendes Dichtungsanlaufelement (7b) umfasst, wobei die Abschirmeinrichtung (6) mit einem der Elemente (7a) der Bremsraumdichtung (7) ausgestattet ist, wobei die Abschirmeinrichtung (6) zwischen einer Bremstrommel (5a) oder Bremsscheibe der Reibungsbremse (5) und dem abzuschirmenden Bauteil (2, 3) des Elektromotors und von der Bremstrommel (5a) oder Bremsscheibe und dem abzuschirmenden Bauteil (2, 3) des Elektromotors beabstandet angeordnet ist, wobei die Abschirmeinrichtung (6) und die Bremsraumdichtung (7) einen die Reibungsbremse (5) umgebenden Raum (B) des Antriebssystems (1) von einem den Spalt (S) zwischen Rotor (2) und Stator (3) umgebenden Raum (S') des Antriebssystems (1) trennen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug sowie eine Abschirmeinrichtung zur thermischen Abschirmung mindestens eines Bauteils eines Elektromotors.
Elektromotoren weisen herkömmlicherweise wärmeempfindliche Bauteile auf. Insbesondere kann der Rotor eines Elektromotors empfindlich auf einen übermäßigen Wärmeeintrag reagieren.
Ein Elektromotor kann herkömmlicherweise sowohl als Motor als auch als Generator dienen. Eine besondere Ausführungsform eines Elektromotors ist ein elektrischer Radnabenantrieb. Ein Radnabenantrieb umfasst einen Elektromotor, welcher direkt in ein Rad eines Fahrzeuges eingebaut ist und gleichzeitig die Radnabe trägt, so dass ein Teil des Motors mit dem Rad umläuft. Radnabenantriebe weisen eine hohe Integrationsdichte auf.
Nach derzeitigem Stand müssen Radnabenantriebssysteme über leistungsfähige Bremsen, in der Regel Reibungsbremsen, verfügen. Reibungsbremsen und insbesondere deren Bremstrommel oder Bremsscheibe können sich jedoch unter Bremsbelastung sehr stark erwärmen, was zu einer hohen thermischen Abstrahlung und zur Erwärmung der die Bremse umgebenden Luft führen kann. Die abgegebene Wärme kann in einem hochintegrierten Radnabenantriebssystem herkömmlicherweise jedoch nur schlecht abgeführt werden, was zu einer Erwärmung von wärmeempfindlichen Bauteilen, wie dem Rotor, führen kann.
Die DE 10 2004 004 617 A1 beschreibt eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug.
Die DE 10 2008 061 449 A1 beschreibt eine Antriebsachse einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Fluorförderfahrzeugs.
Die DE 10 2010 033 852 A1 beschreibt eine Antriebseinheit für ein Fahrzeugrad.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem und eine Abschirmeinrichtung für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer aufweisen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst einen Elektromotor mit einem Rotor und einem durch einen Spalt von dem Rotor beabstandeten Stator, ein Radlager mit einem drehbaren Teil und einem stehenden Teil und eine Reibungsbremse. Darüber hinaus umfasst das Antriebssystem eine Abschirmeinrichtung zur thermischen Abschirmung mindestens eines Bauteils des Elektromotors vor einem Eintrag von Wärme durch die Reibungsbremse sowie eine dynamische, insbesondere rotatorische, Bremsraumdichtung zum Abdichten eines stehenden Antriebssystemelementes des Antriebssystems gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems. Die Bremsraumdichtung umfasst dabei ein Dichtungselement und ein als Anlauffläche für das Dichtungselement dienendes Dichtungsanlaufelement, wobei die Abschirmeinrichtung mit einem dieser Elemente ausgestattet ist. Zudem trennen die Abschirmeinrichtung und die Bremsraumdichtung einen die Reibungsbremse umgebenden Raum des Antriebssystems von einem den Spalt zwischen Rotor und Stator umgebenden Raum des Antriebssystems.
Durch die Abschirmeinrichtung können wärmeempfindliche Motorkomponenten, wie beispielsweise der Rotor und/oder der Stator vorteilhafterweise vor einer direkten von der Reibungsbremse ausgehenden Wärmestrahlung geschützt werden. So kann vorteilhafterweise der wärmebedingte Verschleiß des Elektromotors verringert und dadurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Elektromotors und damit des Antriebssystems erhöht werden.
Durch die Bremsraumdichtung kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass bei Bremsungen mit der Reibungsbremse anfallender Bremsstaub – unter Umständen sogar in Kombination mit Feuchtigkeit – in den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator eindringen kann. So kann vorteilhafterweise der partikelbedingte Verschleiß des Elektromotors verringert und dadurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Elektromotors und damit des Antriebssystems erhöht werden.
Durch den Einsatz der Bremsraumdichtung kann die Abschirmeinrichtung nicht nur als thermische Abschirmung, sondern auch als Bremsengehäuse dienen. Hierdurch entsteht der Vorteil, dass das die Reibungsbremse umgebende Luftvolumen (Bremsluftvolumen) vom Luftvolumen im Motor (Motorluftvolumen) getrennt werden kann. Somit kann einerseits ein Wärmeaustausch zwischen der Reibungsbremse und dem Motor im Wesentlichen nur noch über Wärmeleitung, nicht aber durch strömende erwärmte Luft (Konvektion) oder Wärmestrahlung erfolgen und der Elektromotor, speziell die thermisch empfindlichen Magneten des Rotors und der Stator beziehungsweise Wicklungsverguss, deutlich besser vor thermischen Einflüssen geschützt werden. So kann vorteilhafterweise der wärmebedingte Verschleiß des Elektromotors weiter verringert und dadurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Elektromotors und damit des Antriebssystems weiter erhöht werden.
Dadurch, dass die Abschirmeinrichtung und die Bremsraumdichtung den die Reibungsbremse umgebenden Raum von dem, den Spalt zwischen Rotor und Stator umgebenden Raum trennen, ist es zudem möglich, eine Luftkühlung der Reibungsbremse vorzusehen, ohne dass dabei Partikel und/oder Feuchtigkeit in den Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator eindringen können. Durch eine Luftkühlung der Reibungsbremse kann der wärmebedingte Verschleiß des Elektromotors weiter verringert und dadurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Elektromotors und damit des Antriebssystems weiter erhöht werden.
Grundsätzlich kann die Abschirmeinrichtung sowohl an einem stehenden Antriebssystemelement als auch an einem drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems befestigt werden.
Eine Befestigung der Abschirmeinrichtung an einem stehenden Antriebssystemelement ist jedoch insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Abschirmeinrichtung wie später erläutert mit einer Kühlmittelkühlung ausgestattet werden soll.
Im Rahmen einer Ausführungsform ist daher die Abschirmeinrichtung an einem stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems befestigt. Dabei kann die Abschirmeinrichtung an einem Statorträger, beispielsweise in Form einer Statorhalteplatte, befestigt sein.
Wenn die Abschirmeinrichtung an einem stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems befestigt ist, kann die Bremsraumdichtung die Abschirmeinrichtung gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems abdichten. Insofern die Abschirmeinrichtung an einem drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems befestigt ist, kann die Bremsraumdichtung die Abschirmeinrichtung gegenüber einem dazu benachbarten stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems abdichten.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform dichtet die Bremsraumdichtung die Abschirmeinrichtung gegenüber dem drehbaren Teil des Radlagers oder gegenüber einem Rotorträger ab.
Das Dichtungselement der Bremsraumdichtung kann sowohl an einem stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems als auch an einem drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems befestigt sein, wobei entweder ein drehbares Antriebssystemelement des Antriebssystems oder ein stehendes Antriebssystemelement des Antriebssystems als Dichtungsanlaufelement dienen kann.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Dichtungselement der Bremsraumdichtung an der Abschirmeinrichtung befestigt. Dies bietet den Vorteil, dass das Dichtungselement außerhalb des direkten Einflussbereichs der Reibungsbremse befestigt ist, so dass das Dichtungselement nur gering durch Wärmeleitung der Bremswärme beaufschlagt werden kann. Dabei kann die Abschirmeinrichtung derart ausgebildet sein, dass die Abschirmeinrichtung auch das Dichtungselement von der von der Reibungsbremse ausgehenden Wärmestrahlung thermisch abschirmt.
Dabei kann insbesondere der drehbare Teil des Radlagers oder ein Rotorträgers als Dichtungsanlaufelement dienen. Dabei kann eine radial äußere Fläche des drehbaren Teils des Radlagers oder des Rotorträgers als Anlauffläche für das Dichtungselement dienen.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform ist das Dichtungselement der Bremsraumdichtung an dem drehbaren Teil des Radlagers oder an dem Rotorträger befestigt. Dabei kann die Abschirmeinrichtung als Dichtungsanlaufelement dienen. Dabei kann eine radial innere Fläche der Abschirmeinrichtung als Anlauffläche für das Dichtungselement dienen. Auch hierbei kann die Abschirmeinrichtung derart ausgebildet sein, dass die Abschirmeinrichtung auch das Dichtungselement von der von der Reibungsbremse ausgehenden Wärmestrahlung thermisch abschirmt.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Antriebssystem weiterhin eine rotatorische Außendichtung zum Abdichten eines stehenden Antriebssystemelementes des Antriebssystems gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems. Diese dynamische Außendichtung trennt dabei den den Spalt zwischen Rotor und Stator umgebenden Raum des Antriebssystems von der äußeren Umgebung des Antriebssystems beziehungsweise dichtet den den Spalt zwischen Rotor und Stator umgebenden Raum des Antriebssystems nach Außen hin ab.
Durch die dynamische Außendichtung kann der den Spalt zwischen Rotor und Stator umgebende Raum zusätzlich vor einem Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit von Außen geschützt werden. Durch eine zusätzliche dynamische Außendichtung kann der den Spalt zwischen Rotor und Stator umgebende Raum also doppelt abgedichtet und dadurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Elektromotors und damit des Antriebssystems weiter erhöht werden.
Die dynamische Außendichtung kann ebenfalls ein Dichtungselement und ein als Anlauffläche für das Dichtungselement dienendes Dichtungsanlaufelement umfassen.
Das Dichtungselement der Außendichtung kann sowohl an einem stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems als auch an einem drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems befestigt sein, wobei entweder ein drehbares Antriebssystemelement des Antriebssystems oder ein stehendes Antriebssystemelement des Antriebssystems als Dichtungsanlaufelement dienen kann.
Dabei kann die dynamische Außendichtung zwischen einem Dichtungshalteelement, beispielsweise einer Dichtungshaltescheibe, und einem drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems ausgebildet sein.
Das Dichtungshalteelement kann dabei einen scheibenförmigen Körper mit einer zentralen, kreisförmigen durchgängigen Aussparung aufweisen. Dabei kann das Dichtungshalteelement einen, bezogen auf einen Umfang des scheibenförmigen Körpers, umfangsnahen Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Dichtungshalteelements an einem stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems und einen, bezogen auf die Aussparung des scheibenförmigen Körpers aussparungsnahen Halteabschnitt zum Halten der dynamischen Außendichtung aufweisen.
Das drehbare Antriebssystemelement des Antriebssystems, welches durch die dynamische Außendichtung gegenüber einem stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems angedichtet wird, kann dabei beispielsweise ein Rotorträger, ein Bauteil der Reibungsbremse, insbesondere eine Bremstrommel, der drehbare Teil des Radlagers oder eine Felgenkontaktplatte sein. Dabei kann unter einer Felgenkontaktplatte ein Bauteil verstanden werden, welches beim Befestigen einer Felge an einem, den Rotor tragenden, drehbaren Teil des Antriebssystems zwischen der Felge und dem, den Rotor tragenden, drehbaren Teil des Antriebssystems angeordnet ist.
Das Dichtungselement der Bremsraumdichtung und/oder der Außendichtung kann einen ringförmigen Dichtungselementgrundkörper aufweisen. Dieser kann rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse des Antriebssystems, nämlich des Radlagers, angeordnet sein. Beispielsweise kann das Dichtungselement der Bremsraumdichtung und/oder der Außendichtung als Wellendichtring ausgebildet sein.
Der Dichtungselementgrundkörper des Dichtungselements der Bremsraumdichtung und/oder der Außendichtung kann eine sich radial erstreckende Dichtlippe aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Dichtungselementgrundkörper des Dichtungselements der Bremsraumdichtung und/oder der Außendichtung eine sich axial erstreckende Dichtlippe aufweisen.
Weiterhin kann das Dichtungselement der Bremsraumdichtung und/oder der Außendichtung ein Versteifungs- und/oder Befestigungselement zum Versteifen und/oder Befestigen des Dichtungselementgrundkörpers des Dichtungselements der Bremsraumdichtung und/oder der Außendichtung aufweisen.
Die Abschirmeinrichtung kann einen Bremsraumdichtungshalteabschnitt und einen Abschirmeinrichtungsbefestigungsabschnitt aufweisen.
Die Abschirmeinrichtung kann beispielsweise eine im Wesentlichen topfartige Struktur aufweisen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform weist die Abschirmeinrichtung einen ringförmigen Grundkörper auf. Dabei kann die Abschirmeinrichtung an einer Stirnseite des Grundkörpers den Bremsraumdichtungshalteabschnitt und an der anderen Stirnseite des Grundkörpers den Abschirmeinrichtungsbefestigungsabschnitt aufweisen. Der Bremsraumdichtungshalteabschnitt kann sich ausgehend von dem ringförmigen Grundkörper dabei insbesondere radial einwärts erstrecken. Der Abschirmeinrichtungsbefestigungsabschnitt kann sich dabei ausgehend von dem ringförmigen Grundkörper sowohl radial auswärts als auch radial einwärts, insbesondere radial auswärts, erstrecken. Der Bremsraumdichtungshalteabschnitt kann dabei im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet sein und eine zentrale, kreisförmige durchgängige Aussparung aufweisen, wobei das Dichtelement der Bremsraumdichtung an einem die Aussparung begrenzenden Randabschnitt des Bremsraumdichtungshalteabschnitts befestigt ist oder wobei der die Aussparung begrenzende Randabschnitt des Bremsraumdichtungshalteabschnitts als Dichtungsanlaufelement dient.
Die Abschirmeinrichtung kann sowohl einteilig als auch zwei- oder mehrteilig sein. Die Abschirmeinrichtung kann dabei ein Gefüge aus zwei- oder mehr Blechen sein, welche beispielsweise durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen, miteinander verbunden sind.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die Abschirmeinrichtung mindestens eine Kühlmittelleitung zur Kühlung der Abschirmeinrichtung mit einem Kühlmittel. Die Kühlmittelleitung kann in den ringförmigen Grundkörper der Abschirmeinrichtung integriert sein. Als Kühlmittel kann beispielsweise Wasser oder eine wässrige Lösung eingesetzt werden.
Durch eine Ausstattung der Abschirmeinrichtung mit einer Kühlmittelleitung entsteht zusätzlich der Vorteil dass an den Grenzflächen zwischen dem durch die Kühlmittelleitung kühlbaren Anschirmeinrichtungsabschnitt und dem die Reibungsbremse umgebenden Bremsenraum sowie dem den Spalt zwischen Rotor und Stator umgebenden Motorraum, auch der daran angrenzende Bremsenraum und/oder Motorraum, insbesondere die darin befindliche Luft, aktiv gekühlt werden kann. So kann vorteilhafterweise Wärme sowohl aus dem Motorraum, als auch aus dem Bremsraum abgeführt werden. Da dabei sowohl die Innenfläche als auch Außenfläche der Abschirmeinrichtung aktiv kühlend wirken können, kann so die Effektivität der Abschirmeinrichtung deutlich gesteigert werden. So kann vorteilhafterweise der wärmebedingte Verschleiß des Elektromotors weiter verringert und dadurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Elektromotors und damit des Antriebssystems weiter erhöht werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Reibungsbremse eine Trommelbremse oder eine Scheibenbremse, insbesondere Trommelbremse. Dabei kann die Reibungsbremse im Fall einer Ausgestaltung als Trommelbremse eine Bremstrommel und im Fall einer Ausgestaltung als Scheibenbremse eine Bremsscheibe umfassen.
Die Reibungsbremse kann insbesondere in das Antriebssystem, beispielsweise in den Elektromotor, integriert sein.
Die Abschirmeinrichtung, insbesondere der ringförmige Grundkörper der Abschirmeinrichtung, kann zwischen der Reibungsbremse und dem abzuschirmenden Bauteil des Elektromotors angeordnet sein. Dabei kann die Abschirmeinrichtung, insbesondere der ringförmige Grundkörper der Abschirmeinrichtung, von der Reibungsbremse und dem abzuschirmenden Bauteil des Elektromotors beabstandet angeordnet sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Abschirmeinrichtung, insbesondere der ringförmige Grundkörper der Abschirmeinrichtung, zwischen der Bremstrommel beziehungsweise der Bremsscheibe der Reibungsbremse und dem abzuschirmenden Bauteil des Elektromotors angeordnet. Dabei ist die der ringförmige Grundkörper der Abschirmeinrichtung von der Bremstrommel beziehungsweise Bremsscheibe und dem abzuschirmenden Bauteil des Elektromotors beabstandet angeordnet.
Das abzuschirmende Bauteil des Elektromotors kann der Rotor und/oder Stator sein.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Abschirmeinrichtung zur thermischen Abschirmung mindestens eines Bauteils eines Elektromotors, insbesondere des Rotors und/oder Stators eines Elektromotors, vor einem Eintrag von Wärme, insbesondere durch eine Reibungsbremse. Dabei kann die Abschirmeinrichtung in einem Radnabenantriebssystem, beispielsweise für ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug, eingesetzt werden. Dabei kann es sich um ein erfindungemäßes Antriebssystem handeln.
Die Abschirmeinrichtung umfasst einen Dichtungshalteabschnitt zum Halten einer rotatorischen Dichtung zum Abdichten eines stehenden Elements gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Element und einen Befestigungsabschnitt zum Befestigen der Abschirmeinrichtung.
Dabei kann die Abschirmeinrichtung einen ringförmigen Grundkörper aufweisen. Der Dichtungshalteabschnitt kann dabei an einer Stirnseite des ringförmigen Grundkörpers und der Befestigungsabschnitt an der anderen Stirnseite des ringförmigen Grundkörpers ausgebildet sein.
Der Dichtungshalteabschnitt kann sich ausgehend von dem ringförmigen Grundkörper radial einwärts erstrecken.
Der Befestigungsabschnitt kann sich ausgehend von dem ringförmigen Grundkörper sowohl radial auswärts als auch radial einwärts erstrecken.
Die Abschirmeinrichtung kann beispielsweise eine im Wesentlichen topfartige Struktur aufweisen.
Dabei kann in den ringförmigen Grundkörper eine Kühlmittelleitung zur Kühlung der Abschirmeinrichtung mit einem Kühlmittel integriert sein.
An dem Dichtungshalteabschnitt kann ein Dichtungselement einer dynamischen, rotatorischen Dichtung befestigt sein. Alternativ dazu kann der Dichtungshalteabschnitt als Anlauffläche für ein Dichtungselement einer rotatorischen Dichtung dienen.
Unter einer dynamischen Dichtung kann eine zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Elementen angeordnete Dichtung verstanden werden. Unter einer rotatorischen Dichtung kann eine zwischen zwei sich durch Rotation relativ zueinander bewegenden Elementen angeordnete Dichtung verstanden werden. Die dynamische Dichtung kann beispielsweise in Form einer Wellendichtung ausgestaltet sein. Ein als dynamisches Dichtelement ausgebildetes Dichtelement kann als Wellendichtring ausgebildet sein.
Der Dichtungshalteabschnitt kann insbesondere im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet sein und eine zentrale, kreisförmige durchgängige Aussparung aufweisen, wobei das Dichtelement der dynamischen Dichtung an einem die Aussparung begrenzenden Randabschnitt des Dichtungshalteabschnitts befestigt ist oder wobei der die Aussparung begrenzende Randabschnitt des Dichtungshalteabschnitts als Dichtungsanlaufelement dient.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radnabenantriebssystems; und
2 einen stark vergrößerten Ausschnitt von 1.
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen (Radnaben) Antriebssystems 1 für ein Fahrzeug. 1 veranschaulicht, dass das Antriebssystem 1 einen Elektromotor mit einem Rotor 2 und einem durch einen Spalt S von dem Rotor 2 beabstandeten Stator 3 umfasst. Weiterhin umfasst das Antriebssystem ein Radlager 4 mit einem drehbaren Außenring 4a und einem stehenden Innenring 4b, wobei der drehbare Außenring 4a durch Wälzkörper 4c bezüglich des stehenden Innenrings 4b drehbar gelagert und durch eine Spannvorrichtung 4d verspannt ist. Um das Radlager 4 vor dem Eindringen von Schmutz aus der äußeren Umgebung A des Antriebssystems 1 zu schützen, weist das Radlager 4 weiterhin eine Radlagerabdeckung 4e auf, welche in den drehbaren Außenring 4a des Radlagers 4 eingepresst ist und das Radlager 4 nach Außen hin verschließt.
Der Rotor 2 ist dabei an einem Rotorträger 2a befestigt, welcher durch eine Verschraubung 11 mit dem drehbaren Außenring 4a des Radlagers 4 verbunden ist. Durch die Verschraubung 11 ist weiterhin eine Felgenkontaktplatte 10 mit dem drehbaren Außenring 4a des Radlagers 4 sowie mit dem Rotorträger 2a verbunden. Mittels der Verschraubung 11 kann weiterhin eine nicht dargestellte Radfelge mit dem drehbaren Außenring 4a des Radlagers 4 verbunden werden.
Der Stator 3 ist über einen Statorträger in Form einer Statorhalteplatte 3a mit dem stehenden Innenring 4b des Radlagers 4 verbunden.
In das Radnabenantriebssystem ist weiterhin eine Reibungsbremse 5 integriert. Dabei ist ein mittlerer Abschnitt der Statorhalteplatte 3a als Bremsankerplatte ausgebildet, an der ein Bremsmechanismus einer Trommelbremse 5 befestigt ist, welcher unter anderem einen Bremszylinder 5b umfasst. Durch den Bremszylinder 5b können die Bremsbacken der Trommelbremse 5 gegen eine Bremstrommel 5a der Trommelbremse gedrückt werden, um eine Bremswirkung zu erzielen. Die Bremstrommel 5a ist dabei ebenfalls durch die Verschraubung 11 mit dem drehbaren Außenring 4a des Radlagers (4) verbunden.
Zwischen der Bremstrommel 5a und dem Rotor 2, insbesondere dem Rotorträger 2a, ist weiterhin eine Abschirmeinrichtung 6 angeordnet, welche zur thermischen Abschirmung des Rotors 2 und/oder des Stators 3 des Elektromotors vor einem Eintrag von Wärme durch die Reibungsbremse 5 dient. 1 zeigt, dass die Abschirmeinrichtung dabei sowohl zur Bremstrommel 5a als auch zum Rotor 2, insbesondere zum Rotorträger 2a, beabstandet angeordnet ist.
1 veranschaulicht, dass die Abschirmeinrichtung 6 einen ringförmigen Grundkörper 6a aufweist, welcher sich insbesondere zwischen der Bremstrommel 5a und dem Rotor 2, insbesondere dem Rotorträger 2a, erstreckt.
An einer der Stirnseiten des ringförmigen Grundkörpers 6a weist die Abschirmeinrichtung 6 einen Abschirmeinrichtungsbefestigungsabschnitt 6c zum Befestigen der Abschirmeinrichtung 6 auf, über den die Abschirmeinrichtung 6 an der Statorhalteplatte 3a befestigt ist.
An der anderen Stirnseite des ringförmigen Grundkörpers 6a weist die Abschirmeinrichtung 6 einen Dichtungshalteabschnitt 6b zum Halten einer dynamischen Bremsraumdichtung 7 auf. Dieser Bremsraumdichtungshalteabschnitt 6b ist im Wesentlichen in Form einer Scheibe ausgebildet, welche eine zentrale kreisförmige, durchgängige Aussparung aufweist.
Der Abschirmeinrichtungsbefestigungsabschnitt 6c erstreckt sich ausgehend von dem ringförmigen Grundkörper 6a radial auswärts, wobei sich der Bremsraumdichtungshalteabschnitt 6b ausgehend von dem ringförmigen Grundkörper 6a radial einwärts erstreckt. Insgesamt weist die Abschirmeinrichtung 6 dabei eine im Wesentlichen topfartige Struktur auf.
Die Bremsraumdichtung 7 ist insbesondere zum Abdichten eines stehenden Antriebssystemelementes des Antriebssystems 1, nämlich der Abschirmeinrichtung 6, gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems 1, nämlich dem drehbaren Außenring 4a des Radlagers 4, ausgelegt. Alternativ zum drehbaren Teil 4a des Radlagers 4 kann die Bremsraumdichtung 7 auch beispielsweise zum Abdichten gegenüber einem anderen drehbaren Antriebssystemelement, beispielsweise des Rotorträgers 2a, ausgelegt sein (nicht dargestellt). Weiterhin ist es alternativ dazu ebenfalls möglich, die Abschirmeinrichtung 6 als stehendes Antriebssystemelement des Antriebssystems 1 auszubilden, wobei die Bremsraumdichtung 7 dann die Abschirmeinrichtung 6 gegenüber einem stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems 1 abdichtet (nicht dargestellt).
1 veranschaulicht, dass die dynamische Bremsraumdichtung 7 ein Dichtungselement 7a und ein als Anlauffläche für das Dichtungselement 7a dienendes Dichtungsanlaufelement 7b umfasst. Im Rahmen der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist dabei das Dichtungselement 7a der dynamischen Bremsraumdichtung 7 an der Abschirmeinrichtung 6, insbesondere an einem an die kreisförmige, durchgängige Aussparung angrenzenden Randabschnitt des Bremsraumdichtungshalteabschnitts 6b der Abschirmeinrichtung 6, befestigt, wobei der Außendurchmesser des drehbaren Außenrings 4a des Radlagers 4 als Dichtungsanlaufelement 7b dient. Insbesondere dient dabei die radial äußere Fläche des drehbaren Außenrings 4a des Radlagers 4 als Anlauffläche für das Dichtungselement 7a. Vorteilhaft hierbei ist, dass die dynamische Bremsraumdichtung 7 außerhalb des direkten Einflussbereichs der Bremstrommel 5a liegt, so dass sie nicht durch die Wärmestrahlung und nur gering durch Wärmeleitung der Bremswärme beaufschlagt wird.
Eine umgekehrte Anordnung der dynamischen Bremsraumdichtung 7, in der das Dichtungselement 7a an dem drehbaren Außenring 4a des Radlagers 4 befestigt ist, wobei die Abschirmeinrichtung 6 als Dichtungsanlaufelement 7b und die radial innere Fläche der Abschirmeinrichtung 6 als Anlauffläche für das Dichtungselement 7a dient, ist jedoch grundsätzlich ebenfalls möglich (nicht dargestellt).
1 veranschaulicht, dass durch die Abschirmeinrichtung 6 und die dynamische Bremsraumdichtung 7 ein die Reibungsbremse 5, insbesondere deren Bremstrommel 5a, umgebender Raum B des Antriebssystems 1 von einem den Spalt S zwischen Rotor 2 und Stator 3 umgebenden Raum S' des Antriebssystems 1 getrennt wird.
Dadurch wird der Elektromotor vorteilhafterweise nicht nur vor einem Wärmeeintrag, sondern auch vor einem Eindringen von Bremsstaub geschützt, welcher ansonsten in den Spalt S zwischen Rotor 2 und Stator 3 eindringen und die Lebensdauer des Elektromotors senken kann.
Weiterhin weist das Antriebssystem 1 eine dynamische, rotatorische, Außendichtung 8 auf, welche ebenfalls ein stehendes Antriebssystemelement des Antriebssystems 1 gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Antriebssystemelement des Antriebssystems abdichtet, wobei die Außendichtung 8 den den Spalt S zwischen Rotor 2 und Stator 3 umgebenden Raum S' des Antriebssystems 1 von der äußeren Umgebung A des Antriebssystems 1 trennt und so das Antriebssystem, insbesondere den Elektromotor, nach Außen hin abdichtet.
Dabei ist die Außendichtung 8 ähnlich der Bremsraumdichtung 7 ausgebildet und weist ebenfalls ein Dichtungselement 8a und ein als Anlauffläche für das Dichtungselement 8a dienendes Dichtungsanlaufelement 8b auf.
Durch die Kombination der dynamischen Bremsraumdichtung 7 und der dynamischen Außendichtung 8 kann vorteilhafterweise eine doppelte Abdichtung des Elektromotors und des Spalts S zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 erzielt werden. Dabei kann vorteilhafterweise das Bremsluftvolumen, also die die Reibungsbremse 5 umströmende Luft, von dem Motorluftvolumen, also der den Spalt zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 durchströmenden Luft, getrennt werden. So kann zum Einen der Elektromotor vor Verschleiß durch Bremsstaub oder durch von Außen ansonsten eindringender Feuchtigkeit und Schmutzpartikeln geschützt werden. Zum Anderen ermöglicht dies eine Luftkühlung der Reibungsbremse 5 und damit eine Verringerung der übertragbaren Wärme. Durch eine Verringerung des Verschleißes und der übertragbaren Wärme kann wiederum vorteilhafterweise die Lebensdauer des Elektromotors signifikant gesteigert werden.
1 veranschaulicht, dass das Antriebssystem 1 zum Halten der dynamischen Außendichtung 8 eine Dichtungshaltescheibe 9 mit einem Außengewinde 9a aufweist, welches im Innengewinde, das in dem Stator 3 ausgebildet ist, einschraubbar ist.
1 zeigt, dass die Dichtungshaltescheibe 9 – ähnlich dem Bremsraumdichtungshalteabschnitt 6b – eine zentrale, kreisförmige, durchgängige Aussparung aufweist, wobei das Dichtungselement 8a der dynamischen Außendichtung 8 an dem an die zentrale, kreisförmige, durchgängige Aussparung angrenzenden Randabschnitt der Dichtungshaltescheibe 9 befestigt ist. Dabei dient der Außendurchmesser der Felgenkontaktplatte 10 als Dichtungsanlaufelement 8b. Insbesondere dient dabei die radial äußere Fläche der Felgenkontaktplatte 10 als Anlauffläche für das Dichtungselement 8a.
Eine umgekehrte Anordnung der dynamischen Außendichtung 8, in der das Dichtungselement 8a an der Felgenkontaktplatte 10 befestigt ist, wobei die Dichtungshaltescheibe 8 als Dichtungsanlaufelement 8b und insbesondere die radial innere Fläche der Dichtungshaltescheibe 8 als Anlauffläche für das Dichtungselement 8a dient, ist jedoch grundsätzlich ebenfalls möglich (nicht dargestellt).
Auch ist es möglich, dass die dynamische Dichtung zwischen einem anderen stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems 1 als der Dichtungshaltescheibe 8 und/oder einem anderen drehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems 1 als der Felgenkontaktplatte 10, beispielsweise dem drehbaren Teil 4a des Radlagers 4, dem Rotorträger 2a oder der Radfelge, ausgebildet ist.
Bei der Abschirmeinrichtung kann es sich sowohl um ein einteiliges als auch um ein zwei- oder mehrteiliges Bauteil, insbesondere ein Blechgefüge aus zwei oder mehr Blechen, handeln.
Die Abschirmeinrichtung 6 kann ferner mit einer Kühlfunktion ausgestattet sein, wobei die Abschirmeinrichtung 6 beispielsweise mindestens eine Kühlmittelleitung zur Kühlung der Abschirmeinrichtung 6 mit einem Kühlmittel umfasst (nicht dargestellt). Die Kühlmittelleitung kann dabei in den ringförmigen Grundkörper 6a der Abschirmeinrichtung 6 integriert sein. Auf diese Weise kann der Elektromotor vorteilhafterweise noch besser vor thermischen Einwirkungen der Bremse 5 geschützt werden.
2 zeigt einen schematischen, stark vergrößerten Ausschnitt aus 1 in welchem die dynamische Bremsraumdichtung 7 und die dynamische Außendichtung 8 dargestellt sind.
2 veranschaulicht, dass das Dichtungselement 7a der dynamischen Bremsraumdichtung 7 einen im Wesentlichen ringförmigen Dichtungselementgrundkörper 7a' und ein im Wesentlichen ringförmiges Versteifungs- und Befestigungselement 7a'' umfasst. Dabei ist in dem Dichtungselementgrundkörper 7a' der dynamischen Bremsraumdichtung 7 eine Lasche ausgebildet, in der das Versteifungs- und Befestigungselement 7a'' aufgenommen ist.
Dabei ist das Versteifungs- und Befestigungselement 7a'' der dynamischen Bremsraumdichtung 7 in den an die zentrale, kreisförmige, durchgängige Aussparung angrenzenden Randabschnitt des Bremsraumdichtungshalteabschnitts 6b eingepresst. Der Dichtungselementgrundkörper 7a' kann dabei zumindest teilweise zwischen dem Versteifungs- und Befestigungselement 7a'' und dem Randabschnitt des Bremsraumdichtungshalteabschnitts 6b eingeklemmt sein.
2 zeigt, dass der Dichtungselementgrundkörper 7a' der dynamischen Bremsraumdichtung 7 eine sich radial einwärts erstreckende Dichtlippe 7a'' aufweist, welche den, den Spalt S zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 umgebenden Raum S' gegenüber einem axialen Eindringen von Partikeln oder Feuchtigkeit aus dem Bremsraum B abdichtet.
Dabei dient eine radial äußere Fläche des drehbaren Außenrings 4a des Radlagers 4 als Anlauffläche für die Dichtlippe 7a'' des Dichtungselementes 7a der dynamischen Bremsraumdichtung 7 und somit als Dichtungsanlaufelement 7b der dynamischen Bremsraumdichtung 7.
2 veranschaulicht weiterhin, dass die dynamische Außendichtung 8 ähnlich der dynamischen Bremsraumdichtung 7 ausgebildet ist. Dabei weist auch das Dichtungselement 8a der dynamischen Außendichtung 8 einen im Wesentlichen ringförmigen Dichtungselementgrundkörper 8a' und ein im Wesentlichen ringförmiges Versteifungs- und Befestigungselement 8a'' auf, wobei in dem Dichtungselementgrundkörper 8a' eine Lasche ausgebildet ist, in der das Versteifungs- und Befestigungselement 8a'' aufgenommen ist.
Dabei ist das Versteifungs- und Befestigungselement 8a'' der dynamische Außendichtung 8 in den an die zentrale, kreisförmige, durchgängige Aussparung angrenzenden Randabschnitt der Dichtungshaltescheibe 9 eingepresst. Der Dichtungselementgrundkörper 8a' kann dabei zumindest teilweise zwischen dem Versteifungs- und Befestigungselement 8a'' und dem Randabschnitt der Dichtungshaltescheibe 8 eingeklemmt sein.
2 zeigt, dass der Dichtungselementgrundkörper 8a' der dynamischen Außendichtung 8 eine sich radial einwärts erstreckende Dichtlippe 8a''' aufweist, welche den, den Spalt S zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 umgebenden Raum S' gegenüber einem axialen Eindringen von Partikeln oder Feuchtigkeit von Außen A abdichtet.
Dabei dient eine radial äußere Fläche der Felgenkontaktplatte 10 als Anlauffläche für die Dichtlippe 8a''' des Dichtungselementes 8a der dynamische Außendichtung 8 und somit als Dichtungsanlaufelement 8b der dynamischen Außendichtung 8.
Bezugszeichenliste

1: Antriebssystem, Radnabenantriebseinheit
2: Rotor
2a: Rotorträger
3: Stator
3a: Statorhalteplatte
S: Spalt zwischen Rotor und Stator
S': Spalt umgebender Raum
4: Radlager
4a: drehbarer Außenring des Radlagers
4b: stehender Innenring des Radlagers
4c: Wälzkörper des Radlagers
4d: Spannvorrichtung des Radlagers
4e: Radlagerabdeckung
5: Reibungsbremse, Trommelbremse
5a: Bremstrommel
5b: Bremszylinder
B: Reibungsbremse umgebender Raum
6: Abschirmeinrichtung, insbesondere Bremsanschirmblech
6a: ringförmiger Grundkörper der Abschirmeinrichtung
6b: Bremsraumdichtungshalteabschnitt der Abschirmeinrichtung
6c: Abschirmeinrichtungsbefestigungsabschnitt
7: dynamische Bremsraumdichtung
7a: Dichtungselement der dynamischen Bremsraumdichtung
7a': Dichtungselementgrundkörper des Dichtungselementes der dynamischen Bremsraumdichtung
7a'': Versteifungs- und Befestigungselement des Dichtungselementes der dynamischen Bremsraumdichtung
7a''': radiale Dichtlippe des Dichtungselementgrundkörpers der dynamischen Bremsraumdichtung
7b: Dichtungsanlaufelement der dynamischen Bremsraumdichtung
8: dynamische Außendichtung
8a: Dichtungselement der dynamischen Außendichtung
8a': Dichtungselementgrundkörper des Dichtungselementes der dynamischen Außendichtung
8a'': Versteifungs- und Befestigungselement des Dichtungselementes der dynamischen Außendichtung
8a''': radiale Dichtlippe des Dichtungselementgrundkörpers der dynamischen Außendichtung
8b: Dichtungsanlaufelement der dynamischen Außendichtung
9: Dichtungshaltescheibe zum Halten der dynamischen Außendichtung
9a: Außengewinde der Dichtungshaltescheibe
10: Felgenkontaktplatte
11: Verschraubung
A: äußere Umgebung des Antriebssystems

Claims

Antriebssystem (1) für ein Fahrzeug, umfassend einen Elektromotor mit einem Rotor (2) und einem durch einen Spalt (S) von dem Rotor (2) beabstandeten Stator (3), ein Radlager (4) mit einem drehbaren Teil (4a) und einem stehenden Teil (4b), eine Reibungsbremse (5), eine Abschirmeinrichtung (6) zur thermischen Abschirmung mindestens eines Bauteils (2, 3) des Elektromotors vor einem Eintrag von Wärme durch die Reibungsbremse (5), und eine dynamische Bremsraumdichtung (7) zum Abdichten eines stehenden Antriebssystemelementes (6) des Antriebssystems (1) gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Antriebssystemelement (4a, 2a) des Antriebssystems (1), wobei die Bremsraumdichtung (7) ein Dichtungselement (7a) und ein als Anlauffläche für das Dichtungselement (7a) dienendes Dichtungsanlaufelement (7b) umfasst, wobei die Abschirmeinrichtung (6) mit einem der Elemente (7a) der Bremsraumdichtung (7) ausgestattet ist, wobei die Abschirmeinrichtung (6) zwischen einer Bremstrommel (5a) oder Bremsscheibe der Reibungsbremse (5) und dem abzuschirmenden Bauteil (2, 3) des Elektromotors und von der Bremstrommel (5a) oder Bremsscheibe und dem abzuschirmenden Bauteil (2, 3) des Elektromotors beabstandet angeordnet ist, wobei die Abschirmeinrichtung (6) und die Bremsraumdichtung (7) einen die Reibungsbremse (5) umgebenden Raum (B) des Antriebssystems (1) von einem den Spalt (S) zwischen Rotor (2) und Stator (3) umgebenden Raum (S') des Antriebssystems (1) trennen.
Antriebssystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Abschirmeinrichtung (6) an einem stehenden Antriebssystemelement des Antriebssystems (1) befestigt ist, wobei die Bremsraumdichtung (7) die Abschirmeinrichtung (6) gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Antriebssystemelement (4a, 2a) des Antriebssystems (1) abdichtet.
Antriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bremsraumdichtung (7) die Abschirmeinrichtung (6) gegenüber dem drehbaren Teil (4a) des Radlagers (4) oder gegenüber einem Rotorträger (2a) abdichtet.
Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Dichtungselement (7a) der Bremsraumdichtung (7) an der Abschirmeinrichtung (6) befestigt ist, wobei der drehbare Teil (4a) des Radlagers (4) oder der Rotorträger (2a) als Dichtungsanlaufelement (7b) dient, wobei eine radial äußere Fläche des drehbaren Teils (4a) des Radlagers (4) oder des Rotorträgers (2a) als Anlauffläche für das Dichtungselement (7a) dient, oder wobei das Dichtungselement (7a) der Bremsraumdichtung (7) an dem drehbaren Teil (4a) des Radlagers (4) oder an dem Rotorträger (2a) befestigt ist, wobei die Abschirmeinrichtung (6) als Dichtungsanlaufelement (7b) dient, wobei eine radial innere Fläche der Abschirmeinrichtung (6) als Anlauffläche für das Dichtungselement (7a) dient.
Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Antriebssystem (1) weiterhin eine dynamische Außendichtung (8) zum Abdichten eines stehenden Antriebssystemelementes des Antriebssystems (1) gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Antriebssystemelement (10, 2a, 4a) des Antriebssystems (1) aufweist, wobei die Außendichtung (8) den, den Spalt (S) zwischen Rotor (2) und Stator (3) umgebenden Raum (S') des Antriebssystems (1) von der äußeren Umgebung (A) des Antriebssystems (1) trennt beziehungsweise nach Außen hin abdichtet.
Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abschirmeinrichtung (6) einen ringförmigen Grundkörper (6a) aufweist, die Abschirmeinrichtung (6) an einer Stirnseite des Grundkörpers (6a) einen Bremsraumdichtungshalteabschnitt (6b) und an der anderen Stirnseite des Grundkörpers (6a) einen Abschirmeinrichtungsbefestigungsabschnitt (6c) aufweist, wobei sich der Bremsraumdichtungshalteabschnitt (6b) von dem ringförmigen Grundkörper (6a) ausgehend radial einwärts erstreckt.
Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abschirmeinrichtung (6) mindestens eine Kühlmittelleitung zur Kühlung der Abschirmeinrichtung (6) mit einem Kühlmittel umfasst, wobei die Kühlmittelleitung in den ringförmigen Grundkörper (6a) der Abschirmeinrichtung (6) integriert ist.
Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das abzuschirmende Bauteil (2, 3) des Elektromotors der Rotor (2) und/oder Stator (3) ist.
Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Antriebssystem (1) ein Radnabenantriebssystem für ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug ist.
Abschirmeinrichtung (6) zur thermischen Abschirmung mindestens eines Bauteils (2, 3) eines Elektromotors vor einem Eintrag von Wärme durch eine Reibungsbremse (5), umfassend einen Dichtungshalteabschnitt (6b) zum Halten einer dynamischen Dichtung (7) zum Abdichten eines stehenden Elements (6) gegenüber einem dazu benachbarten drehbaren Element (4a, 2a) und einen Befestigungsabschnitt (6c) zum Befestigen der Abschirmeinrichtung (6), wobei die Abschirmeinrichtung (6) einen ringförmigen Grundkörper (6a) aufweist, wobei der Dichtungshalteabschnitt (6b) an einer Stirnseite des ringförmigen Grundkörpers (6a) und der Befestigungsabschnitt (6c) an der anderen Stirnseite des ringförmigen Grundkörpers (6a) ausgebildet ist, wobei sich der Dichtungshalteabschnitt (6b) von dem ringförmigen Grundkörper (6a) ausgehend radial einwärts erstreckt, wobei in den ringförmigen Grundkörper (6a) eine Kühlmittelleitung integriert ist.