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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Welle, insbesondere für eine Antriebswelle eines Elektroantriebs. Bevorzugt wird die Dichtungsanordnung in einer Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug eingesetzt, wobei die Antriebsanordnung zumindest einen Elektroantrieb mit einem Gehäuse umfasst, wobei in einem ersten Volumen (bzw. ersten inneren Bereich) des Gehäuses ein Stator und ein Rotor angeordnet sind. Über den Rotor wird die Antriebswelle angetrieben, die sich über die Dichtungsanordnung in ein zweites Volumen (bzw. zweiten inneren Bereich) des Gehäuses erstreckt, in dem ein Getriebe angeordnet ist. Insbesondere wird über den Elektroantrieb zumindest ein Rad eines Kraftfahrzeuges angetrieben, bevorzugt zwei Räder an einer gemeinsamen Achse. Insbesondere ist der Elektroantrieb die alleinige Antriebseinheit des Rades bzw. der Achse.
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Der Einsatz von Elektroantrieben (Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie) in Kraftfahrzeugen ist seit langem bekannt. Dabei werden Elektroantriebe in unterschiedlichster Anordnung zu den angetriebenen Rad-Achsen des Kraftfahrzeuges verbaut.
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Ein solcher Elektroantrieb ist insbesondere zur Erzeugung einer elektrischen Leistung von mindestens 10 kW [Kilowatt] geeignet, wobei die Leistung auf höchstens 500 kW begrenzt sein kann. Bevorzugt liegt die Leistung in einem Bereich von 20 kW bis 200 kW. Der Elektroantrieb insbesondere erreicht maximale Drehzahlen von 12.000 bis 20.000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere von 15.000 bis 18.000 Umdrehungen pro Minute.
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Bei der Anordnung eines Elektroantriebs in einem Kraftfahrzeug ist aufgrund begrenzten Bauraums eine kompakte Bauform erforderlich. Daher werden Elektroantrieb und Getriebe möglichst in einem gemeinsamen (einteiligen oder mehrteiligen) Gehäuse angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung kommt der Dichtung zwischen dem Elektroantrieb und dem mit der Antriebswelle des Elektroantriebs verbundenen Getriebe eine besondere Bedeutung zu. Hier muss ein Übertreten von Fluid (insbesondere einem Hydrauliköl, bevorzugt einem Getriebeöl) aus dem Getriebe hin zu dem Elektroantrieb entlang der Antriebswelle sicher verhindert werden. Dabei kann die Montage und Wartung dieser Dichtung, insbesondere aufgrund der kompakten Bauform und/oder der problematischen Zugänglichkeit, aufwändig und schwierig sein. Insbesondere ist es nahezu unmöglich, dass unmittelbar bei bzw. nach dem Zusammenbau von Elektroantrieb und Getriebe die korrekte bzw. korrekte Anordnung der Dichtung festgestellt werden kann. Eine fehlerhafte Anordnung der Dichtung kann aber zu einer Leckage des Fluids aus einem zweiten Volumen des Gehäuses, in dem das Getriebe angeordnet ist, hin in das erste Volumen, in dem der Elektroantrieb angeordnet ist, führen. Diese Leckage kann eine Beschädigung zunächst des Elektroantriebs und kann bei stärkerer Leckage auch eine Beschädigung des Getriebes zur Folge haben. Die anschließende Reparatur wäre dann ebenfalls aufwändig und kostspielig.
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Die
DE 70 33 133 U offenbart eine Wälzlagerung für einen Walzenzapfen. Die Walze soll einfach wechselbar sein. Dafür ist der Walzenzapfen in einem Einbaustück gelagert. Das Einbaustück umfasst mehrere Radiallager und mehrere Axiallager. Zwei Dichtungen sind zwischen den Verschlussringen und dem Innenring angeordnet. Der Innenring rotiert mit der Welle. Die Verschlussringe bilden zusammen mit dem Einbaustück ein Gehäuse. Die Dichtungen verhindern einen Übertritt eines Fluids über die Dichtungen.
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Die
DE 29 02 841 A1 offenbart eine Lageranordnung für eine Waschmaschine. Der Nassbereich der Trommel ist über eine Dichtung von dem Wälzlager getrennt. Dabei ist die Dichtung auf der Welle angeordnet. Weiter werden auch Dichtungen für das Wälzlager selbst offenbart, dass mit Schmierfett gefüllt ist. Diese Dichtungen sind zwischen den Wälzlagerringen angeordnet.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest zu lindern oder gar zu lösen. Insbesondere wird eine Dichtungsanordnung für eine Welle, bevorzugt für eine Antriebswelle eines Elektroantriebs, vorgeschlagen, die eine einfachere Montage und/oder eine reproduzierbarere Anordnung einer Dichtung gewährleistet. Die Dichtungsanordnung soll darüber hinaus insbesondere sicherstellen, dass das Risiko des Eindringens eines Fluids aus dem zweiten Volumen in das erste Volumen reduziert oder gar praktisch beseitig ist.
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Zur Lösung dieser Aufgaben trägt eine Dichtungsanordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird eine Dichtungsanordnung für eine Welle vorgeschlagen, wobei sich die Welle ausgehend von einem ersten Ende durch eine in einem Gehäuse vorgesehene (kreisförmige) Gehäusebohrung mit einem Gehäusebohrungsdurchmesser hin zu einem zweiten Ende erstreckt. Zum Einschieben der Welle in die Gehäusebohrung mit dem zweiten Ende (voran), weist diese (in dem Abschnitt) von der Gehäusebohrung bis zum zweiten Ende einen größten Wellendurchmesser auf, der kleiner ist als der Gehäusebohrungsdurchmesser. Die Welle ist auf einer dem zweiten Ende zugewandten Seite der Gehäusebohrung durch ein Wälzlager mit Wälzkörpern drehbar gegenüber dem Gehäuse gelagert. Dabei ist zwischen der Gehäusebohrung und den Wälzkörpern eine die Welle umgebende Dichtung mit einer Dichtfläche angeordnet. Die Dichtungsanordnung ist eingerichtet zur Abdichtung eines zweiten Volumens (bzw. zweiten inneren Bereichs) des Gehäuses, in dem das zweite Ende angeordnet ist, gegenüber einem ersten Volumen (bzw. ersten inneren Bereichs) des Gehäuses, in dem das erste Ende angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass ein kleinster Durchmesser der Dichtfläche größer als der Gehäusebohrungsdurchmesser ist.
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Die Welle ist insbesondere eine Antriebswelle eines Elektroantriebs. Bevorzugt wird die Dichtungsanordnung in einer Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug eingesetzt, wobei die Antriebsanordnung zumindest einen Elektroantrieb mit einem Gehäuse umfasst, wobei in einem ersten Volumen des Gehäuses ein Stator und ein Rotor angeordnet sind. Über den Rotor wird die Antriebswelle angetrieben, die sich über bzw. durch die Dichtungsanordnung in ein zweites Volumen des Gehäuses hinein erstreckt, in dem ein Getriebe angeordnet ist. Das erste Volumen und das zweite Volumen sind, insbesondere ausschließlich, über die Gehäusebohrung miteinander verbunden. Die Gehäusebohrung weist insbesondere einen Gehäusebohrungsdurchmesser auf, der nur wenig größer (höchstens um 0,5 mm bis 4 mm [Millimeter]) ist als der dort (also in der Gehäusebohrung) vorliegende Durchmesser der in dem Gehäuse angeordneten und sich durch die Gehäusebohrung erstreckenden Welle.
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Die Welle wird über ein Wälzlager drehbar gegenüber dem Gehäuse gelagert. Ein Außenring des Wälzlagers ist insbesondere drehfest mit dem Gehäuse, insbesondere an der Gehäusebohrung, verbunden. Ein Innenring des Wälzlagers ist insbesondere mit der Welle drehfest verbunden. Über Wälzkörper zwischen Außenring und Innenring des Wälzlagers ist die Welle drehbar gelagert. Das Wälzlager ist auf einer dem zweiten Ende der Welle zugewandten Seite der Gehäusebohrung angeordnet, also insbesondere in dem zweiten Volumen des Gehäuses.
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Der Zusammenbau von Welle und Gehäuse erfolgt insbesondere so, dass die Welle mit ihrem zweiten Ende durch die Gehäusebohrung durchgeschoben wird. Nachdem das zweite Ende die Gehäusebohrung passiert hat, wird die Dichtung und/oder das Wälzlager über das zweite Ende auf der Welle angeordnet. Dabei kann die Dichtung und/oder das Wälzlager bereits an dem Gehäuse angeordnet sein, bevor das zweite Ende der Welle die Gehäusebohrung passiert.
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Durch die Dichtung kann verhindert werden, dass ein Fluid aus dem zweiten Volumen über die Gehäusebohrung in das erste Volumen gelangen kann. Insbesondere soll aber eine Schmierung des Wälzlagers durch das Fluid in dem zweiten Volumen durch die Dichtung nicht beeinträchtigt werden. Daher ist die Dichtung bevorzugt zwischen der Gehäusebohrung und den Wälzkörpern angeordnet.
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Für die Montage der Welle in der Gehäusebohrung ist vorgesehen, dass die montierte Welle zwischen dem zweiten Ende und der Gehäusebohrung einen größten Wellendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Gehäusebohrungsdurchmesser.
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Für den Fall, dass auf einem Wellendurchmesser, der dem Gehäusebohrungsdurchmesser der Gehäusebohrung im Wesentlichen entspricht, zwischen dem Wälzlager und der Gehäusebohrung eine Dichtung angeordnet ist, so könnte diese Dichtungsanordnung, insbesondere nach Anordnung des Wälzlagers vor der Dichtung, nicht mehr hinsichtlich korrektem Sitz und gewünschter bzw. erforderlicher Dichtwirkung überprüft werden. Für diesen Fall wäre es dann wohl auch erforderlich, eine Dichtung auszuwählen, die z. B. über einen (metallischen) Federring einen hohen Anpressdruck auf die Dichtfläche der Dichtung mit der Welle ausübt. Infolge eines hohen Anpressdruckes erhöht sich aber auch der Verschleiß an der Dichtung. Kommt es dann, z. B. aufgrund einer Beschädigung oder eines Verschleißes dieser Dichtungsanordnung zu einer Leckage, kann ein Fluid ausgehend von dem zweiten Volumen über die Dichtung entlang der Welle durch die Gehäusebohrung in das erste Volumen gelangen. Problematisch wäre zudem, dass der Verschleiß der Dichtung nicht überwacht werden kann. Sobald es aber zu einer (verschleißbedingten oder durch Beschädigung begünstigten) Leckage kommt, wäre auch mit einer Beschädigung und ggf. einem Ausfall des Elektroantriebs zu rechnen. Zur Vermeidung der Beschädigung des Elektroantriebs wären daher (sehr kurze) Serviceintervalle erforderlich, die sich an einem maximal möglichen Verschleiß orientieren.
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Diese neu identifizierten Probleme können durch die hier vorgeschlagene Dichtungsanordnung gelindert oder beseitig werden. Dazu wird die Dichtung mit der Dichtfläche auf einem Durchmesser der Welle angeordnet, der größer ist als der Gehäusebohrungsdurchmesser.
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Insbesondere kann hierzu eine Art Hülse (bevorzugt als separates Bauteil) auf der Welle zwischen Gehäusebohrung und dem Wälzlager angeordnet werden, wobei die Dichtfläche der Dichtung dann auf der Hülse aufliegt. Die Hülse kann, nach dem Durchschieben des zweiten Endes der Welle durch die Gehäusebohrung, auf der Welle (dauerhaft) angeordnet werden.
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Erfindungsgemäß ist zwischen der Dichtung und der Gehäusebohrung ein Reservoir für ein Fluid angeordnet; wobei das Fluid bei horizontaler Anordnung der Welle und (allein) infolge der Schwerkraft und/oder infolge einer Förderwirkung der Dichtung aus dem Reservoir nur in Richtung des zweiten Volumens abfließt.
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Ein Abfließen ist bei horizontaler Anordnung der Welle insbesondere dann sicher gewährleistet, wenn eine Abflussmöglichkeit für das Fluid hin zum zweiten Volumen tiefer angeordnet ist als die tiefste Position der Gehäusebohrung. Das Reservoir ermöglicht insbesondere, dass eine Leckage an der Dichtung nicht direkt zu einem Übertreten eines Fluids in das erste Volumen führt. Das Fluid kann sich so in dem Reservoir sammeln und/oder nur in Richtung hin zum zweiten Volumen aus dem Reservoir wieder abgeführt werden.
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Erfindungsgemäß fließt das Fluid aus dem Reservoir ausschließlich über die Dichtfläche in Richtung des zweiten Volumens ab. Hier bildet also die Dichtfläche der Dichtung die Abflussmöglichkeit für das Fluid hin zum zweiten Volumen.
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Insbesondere weist das Reservoir ein, durch das Abfließen des Fluids über die Gehäusebohrung hin zum ersten Volumen begrenztes drittes Volumen für das Fluid auf, wobei das dritte Volumen mindestens 1cm3 [Kubikzentimeter], bevorzugt mindestens 3cm3 umfasst. Ganz besonderes bevorzugt ist das dritte Volumen auf ein maximales Maß begrenzt, das mit dem zu erwartenden und/oder maximal zulässigen Volumen von Fluid übereinstimmt, das sich dort sammeln soll. So kann das dritte Volumen beispielsweise auf maximal 15cm3 [Kubikzentimeter] oder sogar nur 8cm3 begrenzt sein.
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Insbesondere umfasst das dritte Volumen des Reservoirs einen Raum für das Fluid, der nur durch die Gehäusebohrung, d. h. durch den tiefsten Punkt der Gehäusebohrung, an dem ein Abfließen des Fluids über die Gehäusebohrung hin zu dem ersten Volumen erfolgt, und der Welle begrenzt ist. Hierfür kann das Gehäuse benachbart oder anschließend zur Gehäusebohrung mit einer Nut, Rille, Fase oder dergleichen ausgeführt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Reservoir über einen Verbindungskanal mit einer Außenseite des Gehäuses verbunden, so dass ein Füllstand des Reservoirs an einer Außenseite des Gehäuses erfassbar ist bzw. dass festgestellt werden kann, dass sich überhaupt ein Fluid (bzw. eine Mindestmenge eines Fluids) in dem Reservoir befindet. Der (bevorzugt einzelne) Verbindungskanal erstreckt sich insbesondere durch das Gehäuse hindurch bis zu einer Außenseite des Gehäuses. An der Außenseite des Gehäuses (oder beabstandet davon) kann der Verbindungskanal so ausgebildet sein, dass sich der Füllstand des Fluids im Reservoir außerhalb des zweiten Volumens und insbesondere außerhalb des Gehäuses ablesen lässt. Insbesondere kann in dem Verbindungskanal z. B. ein saugfähiger Körper (insbesondere eine Art Docht) angeordnet sein, der sich mit einem in dem Reservoir befindlichen Fluid sukzessive vollsaugt. Der Docht kann so das Fluid zu einer Art Schauglas an der Außenseite des Gehäuses weiterleiten, so dass dann z. B. eine Eintrübung des Schauglases festgestellt werden kann. So kann besonders einfach durch eine Inspektion eine Leckage entdeckt und ein ggf. erforderlicher Wartungszeitpunkt festgelegt werden. Der Verbindungskanal ist insbesondere Teil des dritten Volumens des Reservoirs. Bevorzugt wird der Verbindungskanal nicht dem dritten Volumen des Reservoirs zugerechnet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Wälzlager zumindest einen Innenring und zumindest einen Außenring sowie dazwischen angeordnete Wälzkörper, wobei die Dichtung zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet ist.
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Insbesondere ist die Dichtfläche auf einem Außendurchmesser des Innenrings angeordnet.
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Es wird demnach vorgeschlagen, dass die Dichtung in dem Wälzlager integriert angeordnet ist. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die Dichtfläche der Dichtung auf einem Durchmesser anzuordnen, der größer ist als der Gehäusebohrungsdurchmesser. Die Dichtung ist hierbei bevorzugt wenigstens teilweise benachbart zu den Wälzkörpern angeordnet, inbesondere hin zum zweiten/dritten Volumen. Gerade bei horizontaler Anordnung der Welle ist es so möglich, dass ein Fluid allein infolge der Schwerkraft über die dann tieferliegende Dichtfläche in Richtung zweites Volumen abfließt, anstatt über die Gehäusebohrung in Richtung hin zum ersten Volumen zu fließen.
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Insbesondere weist die Welle zwischen der Gehäusebohrung und dem Wälzlager eine konisch ausgeführte Umfangsfläche auf, wobei sich ein Wellendurchmesser hin zum Wälzlager vergrößert. „Konisch“ meint in diesem Zusammenhang insbesondere eine Umfangsfläche, die sich stetig bzw. gleichmäßig über eine axialen Abschnitt der Welle vergrößert. Eine solche stetige/gleichmäßige Vergrößerung ist jedoch nicht zwingend, sondern es ist möglich, dass die Vergrößerung auch mit unterschiedlichen Steigungen ausgeführt ist. Die konisch ausgeführte Umfangsfläche bewirkt, dass sich ein Fluid infolge der Fliehkraft (bei bewegter Welle) entlang der Umfangsfläche in radialer Richtung nach außen bewegt. Dabei wird das Fluid nun weg von der Gehäusebohrung und hin zum Wälzlager befördert. Insbesondere wird das Fluid so hin zu der Dichtfläche der Dichtung gefördert, über die das Fluid dann hin zum zweiten Volumen abströmen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Dichtung in Abhängigkeit von einer Drehrichtung der Welle eine unterschiedliche Dichtwirkung an der Dichtfläche auf. In einer bevorzugten Drehrichtung der Welle kann so das Fluid, insbesondere aus dem Reservoir, über die Dichtfläche hin zum zweiten Volumen gefördert werden. In der anderen Drehrichtung (z. B. bei Rückwärtsfahrt eines Kraftfahrzeuges), mit welcher die Welle insbesondere seltener bzw. nur zu Wartungszwecken dreht, wird das Fluid ausgehend von dem zweiten Volumen über die Dichtfläche hin zur Gehäusebohrung gefördert, wobei das Fluid aber insbesondere nicht über die Gehäusebohrung in das erste Volumen übertritt sondern in dem Reservoir aufgefangen wird.
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Insbesondere weist die Dichtung eine Spiralnut auf, durch die das Fluid in der bevorzugten Drehrichtung aus dem Reservoir und über die Dichtfläche hin zum zweiten Volumen gefördert wird.
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Bevorzugt weist die Dichtung an der Dichtfläche eine in Abhängigkeit von einer Durchtrittsrichtung eines Fluids unterschiedliche Dichtwirkung auf. Insbesondere verstärkt sich die Dichtwirkung der Dichtfläche also gegenüber einer Einwirkung eines Fluids auf die Dichtung aus einer bestimmten Richtung. Insbesondere kann bei der vorliegenden Dichtungsanordnung eine Dichtung vorgesehen sein, die einen verminderten Anpressdruck auf die Dichtfläche aufweist. Bevorzugt kann die Dichtung also ohne einen metallischen Federring verwendet werden, der üblicherweise einen hohen Anpressdruck auf die Dichtfläche einstellt.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass sich ausgehend von dem zweiten Volumen ein Fluidkanal durch einen Außenring des Wälzlagers bis hin zu einem Bereich zwischen der Dichtung und den Wälzkörpern erstreckt. Insbesondere kann über diesen Fluidkanal ein Fluid aus dem zweiten Volumen hin zu dem Wälzlager gefördert werden, so dass hier eine ausreichende Schmierung des Wälzlagers gewährleistet wird.
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Vorzugsweise ist in dem ersten Volumen ein Elektroantrieb und in dem zweiten Volumen ein Getriebe angeordnet.
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Insbesondere ist die Welle mit einem Rotor des Elektroantriebs verbunden, so dass ein Drehmoment von dem Elektroantrieb über die Welle auf das Getriebe übertragen wird.
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Weiter wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend einen Elektroantrieb mit einem Gehäuse. Das Gehäuse bildet ein ersten Volumen, in dem ein Stator und ein Rotor angeordnet sind, wobei der Rotor mit einer Antriebswelle (der Welle) verbunden ist. Die Antriebswelle erstreckt sich über die hier erläuterte, neue und vorteilhafte Dichtungsanordnung in ein zweites Volumen hinein, in dem ein Getriebe angeordnet ist.
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Weiter wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das zumindest eine vorstehend angegebene Antriebsanordnung mit einem Elektroantrieb sowie mehrere Räder aufweist, wobei der Elektroantrieb zum Antrieb mindestens eines Rades und insbesondere zweier Räder einer gemeinsamen Achse vorgesehen ist.
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Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen schematisch:
- 1: eine Antriebsanordnung in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 2: eine aus dem Stand der Technik bekannte Dichtungsanordnung in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 3: eine (nicht erfindungsgemäße) Dichtungsanordnung in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 4: eine Dichtungsanordnung in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 5: die Dichtungsanordnung gemäß 4 in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 6: die Dichtungsanordnung 1 gemäß 4 in einer weiteren Seitenansicht in einem anderen Schnitt; und
- 7: ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsanordnung.
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1 zeigt eine Antriebsanordnung 37 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Antriebsanordnung 37 umfasst einen Elektroantrieb 34 mit einem Gehäuse 11 mit einem ersten Volumen 14 und darin angeordnet einen Stator 39 und einen Rotor 36, wobei der Rotor 36 eine Drehachse 40 aufweist. Über den Rotor 36 wird die (Antriebs-)Welle 2 angetrieben, die sich über die Dichtungsanordnung 1 in ein zweites Volumen 15 des Gehäuses 11 erstreckt, in dem ein Getriebe 35 angeordnet ist.
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Die Welle 2 erstreckt sich ausgehend von einem ersten Ende 3 durch eine Gehäusebohrung 4 mit einem Gehäusebohrungsdurchmesser 5 hin zu einem zweiten Ende 6. Die Welle 2 ist auf einer dem zweiten Ende 6 zugewandten Seite 8 der Gehäusebohrung 4 durch ein Wälzlager 9 mit Wälzkörpern 10 drehbar gegenüber dem Gehäuse 11 gelagert. Zwischen der Gehäusebohrung 4 und den Wälzkörpern 10 ist eine die Welle 2 umgebende Dichtung 12 angeordnet, zur Abdichtung des zweiten Volumens 15, in dem das zweite Ende 6 angeordnet ist, gegenüber dem ersten Volumen 14, in dem das erste Ende 3 angeordnet ist.
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Das Getriebe 35 überträgt das Drehmoment, ausgehend von dem Elektroantrieb 34 auf eine Achse 41. An der Achse 41 ist ein Differential 42 angeordnet, so dass die Achse 41 z. B. eine lenkbare (Vorder-)Achse 41 eines Kraftfahrzeuges 38 darstellt.
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2 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Dichtungsanordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Hier ist auf einem Wellendurchmesser 7, der dem Wellendurchmesser in der Gehäusebohrung 4 entspricht, zwischen dem Wälzlager 9 und der Gehäusebohrung 4 eine Dichtung 12 angeordnet. Das Wälzlager 9 umfasst einen Außenring 26 und einen Innenring 25 sowie dazwischen angeordnete Wälzkörper 10.
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Die Dichtung 12 ist zwischen dem Wälzlager 9 und der Gehäusebohrung 4 auf der Welle 2 angeordnet. Der größte Wellendurchmesser 7 zwischen der Gehäusebohrung 4 und dem zweiten Ende 6 ist - aus Montagegründen - kleiner als der Gehäusebohrungsdurchmesser 5. Der kleinste Durchmesser 16 der Dichtfläche 13 ist hier ebenfalls kleiner als der Gehäusebohrungsdurchmesser 5. Die Dichtung 12 kann, insbesondere nach Anordnung des Wälzlagers 9 vor der Dichtung 12 in dem Gehäuse 11, nicht mehr hinsichtlich Sitz und erreichbarer Dichtwirkung überprüft werden. Auch aus diesem Grund ist es dann erforderlich, eine Dichtung auszuwählen, die z. B. über einen (metallischen) Federring 43 einen hohen Anpressdruck auf die Dichtfläche 13 der Dichtung 12 mit der Welle 2 ausübt. Infolge eines hohen Anpressdruckes erhöht sich aber auch der Verschleiß an der Dichtung 12. Im Falle einer Leckage kann ein Fluid 18 (hier nicht dargestellt), ausgehend von dem zweiten Volumen 15 über die Dichtung 12 entlang der Welle 2 durch die Gehäusebohrung 4 in das erste Volumen 14 gelangen.
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3 zeigt eine (nicht erfindungsgemäße) Dichtungsanordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Auf die Ausführungen zu 2 wird Bezug genommen. Auch hier ist die Dichtung 12 zwischen dem Wälzlager 9 und der Gehäusebohrung 4 angeordnet. Zwischen der Dichtung 12 und der Gehäusebohrung 4 ist ein Reservoir 17 angeordnet, in dem ein Fluid 18 aufgefangen werden kann. Hier weist die Welle 2 zwischen der Gehäusebohrung 4 und dem Wälzlager 9 eine konisch ausgeführte Umfangsfläche 28 auf, wobei sich ein Wellendurchmesser 29 hin zum Wälzlager 9 vergrößert. Die konisch ausgeführte Umfangsfläche 28 bewirkt, dass sich ein Fluid 18 infolge der Fliehkraft (bei bewegter Welle 2) entlang der Umfangsfläche 28 in radialer Richtung nach außen bewegt. Dabei wird das Fluid 18 nun weg von der Gehäusebohrung 4 und hin zum Wälzlager 9 befördert. Hier wird das Fluid 18 hin zu der Dichtfläche 13 der Dichtung 12 gefördert, über die das Fluid 18 dann hin zum zweiten Volumen 15 abströmen kann.
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Durch das hier gezeigt Reservoir 17 kann allerdings nicht sichergestellt werden, dass ein Fluid 18 nicht über die Gehäusebohrung 4 in das erste Volumen 14 übertreten kann. Das ist dadurch begründet, dass aufgrund der zu ermöglichenden Montage der Welle 2 in der Gehäusebohrung 4 der kleinste Durchmesser 16 der Dichtfläche 13 kleiner ist als der Gehäusebohrungsdurchmesser 5. Bei horizontaler Anordnung der Welle 2 liegt damit ein Teil der Dichtfläche 13 über dem tiefsten Punkt der Gehäusebohrung 4, so dass bei gefülltem Reservoir 17 ein Fluid 18 aus dem Reservoir 17 über die Gehäusebohrung 4 in das erste Volumen 14 eindringen kann.
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4 zeigt eine Dichtungsanordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Welle 2 erstreckt sich ausgehend von dem ersten Ende 3 durch eine Gehäusebohrung 4 mit einem Gehäusebohrungsdurchmesser 5 hin zu dem zweiten Ende 6. Die Welle 2 weist, zum Einschieben der Welle 2 in die Gehäusebohrung 4 mit dem zweiten Ende 6, von der Gehäusebohrung 4 bis zum zweiten Ende 6 einen größten Wellendurchmesser 7 auf, der kleiner ist als der Gehäusebohrungsdurchmesser 5. Die Welle 2 ist auf einer dem zweiten Ende 6 zugewandten Seite 8 der Gehäusebohrung 4 durch ein Wälzlager 9 mit Wälzkörpern 10 drehbar gegenüber einem Gehäuse 11 gelagert, wobei zwischen der Gehäusebohrung 4 und den Wälzkörpern 10 eine die Welle 2 umgebende Dichtung 12 mit einer Dichtfläche 13 angeordnet ist, zur Abdichtung eines zweiten Volumens 15, in dem das zweite Ende 6 angeordnet ist, gegenüber einem ersten Volumen 14, in dem das erste Ende 3 angeordnet ist. Dabei ist ein kleinster Durchmesser 16 der Dichtfläche 13 größer als der Gehäusebohrungsdurchmesser 5.
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Die Welle 2 wird über das Wälzlager 9 drehbar gegenüber dem Gehäuse 11 gelagert. Ein Außenring 26 des Wälzlagers 9 ist drehfest mit dem Gehäuse 11 verbunden. Ein Innenring 25 des Wälzlagers 9 ist mit der Welle 2 drehfest verbunden. Über Wälzkörper 10 zwischen Außenring 26 und Innenring 25 des Wälzlagers 9 ist die Welle 2 drehbar gelagert. Das Wälzlager 9 ist auf einer dem zweiten Ende 6 der Welle 2 zugewandten Seite 8 der Gehäusebohrung 4 angeordnet, also in dem zweiten Volumen 15 des Gehäuses 11.
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Hier ist die Dichtung 12 zwischen dem Innenring 25 und dem Außenring 26 des Wälzlagers 9 angeordnet. Die Dichtfläche 13 ist dabei auf einem Außendurchmesser des Innenrings 25 angeordnet. Hier ist die Dichtung 12 in dem Wälzlager 9 integriert angeordnet. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die Dichtfläche 13 der Dichtung 12 auf einem kleinsten Durchmesser 16 anzuordnen, der größer ist als der Gehäusebohrungsdurchmesser 5.
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Weiter ist hier zwischen der Dichtung 12 und der Gehäusebohrung 4 ein Reservoir 17 für ein Fluid 18 angeordnet. Gerade bei horizontaler Anordnung der Welle 2 ist es sichergestellt, dass ein Fluid 18 infolge der Schwerkraft 19 über die dann tieferliegende Dichtfläche 13 in Richtung 20 hin zum zweiten Volumen 15 abfließt, anstatt über die Gehäusebohrung 4 in Richtung 20 hin zum ersten Volumen 14 zu fließen.
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Das Reservoir 17 ermöglicht zudem, dass sich im Falle einer Leckage das Fluid 18 in dem Reservoir 17 sammelt und nur in Richtung 20 hin zum zweiten Volumen 15 aus dem Reservoir 17 wieder abgeführt wird.
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Hier erstreckt sich, ausgehend von dem zweiten Volumen 15, ein Fluidkanal 32 durch einen Außenring 26 des Wälzlagers 9 bis hin zu einem Bereich 33 zwischen der Dichtung 12 und den Wälzkörpern 10. Über diesen Fluidkanal 32 kann ein Fluid 18 aus dem zweiten Volumen 15 hin zu dem Wälzlager 9 gefördert werden, so dass hier eine ausreichende Schmierung des Wälzlagers 9 gewährleistet wird.
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5 zeigt die Dichtungsanordnung 1 gemäß 4 in einer Seitenansicht im Schnitt. Auf die Ausführungen zu 4 wird Bezug genommen. Hier sind die Richtungen 20 dargestellt, in die das Fluid 18 gerade bei bewegter Welle 2 (infolge der Fliehkraft) gefördert wird.
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Das Reservoir 17 weist ein, durch das Abfließen des Fluids 18 über die Gehäusebohrung 4 hin zum ersten Volumen 14 begrenztes drittes Volumen 21 für das Fluid 18 auf. Das dritte Volumen 21 des Reservoirs 17 umfasst einen (gedachten) Raum für das Fluid 18, der nur durch die Gehäusebohrung 4, d. h. durch den tiefsten Punkt der Gehäusebohrung 4, an dem ein Abfließen des Fluids 18 über die Gehäusebohrung 4 hin zu dem ersten Volumen 14 erfolgen würde, begrenzt wird.
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Das Reservoir 17 ist über einen Verbindungskanal 22 mit einer Außenseite 23 des Gehäuses 11 verbunden, so dass ein Füllstand 24 des Reservoirs 17 an einer Außenseite 23 des Gehäuses 11 darstellbar ist. Der Verbindungskanal 22 erstreckt sich durch das Gehäuse 11 bis zu einer Außenseite 23 des Gehäuses 11. An der Außenseite 23 des Gehäuses 11 (hier beabstandet davon) ist der Verbindungskanal 22 so ausgebildet, dass sich der Füllstand 24 des Reservoirs 17 außerhalb des zweiten Volumens 15 und außerhalb des Gehäuses 11 ablesen lässt. So kann eine Leckage entdeckt und ein ggf. erforderlicher Wartungszeitpunkt festgelegt werden. Der Verbindungskanal 22 ist Teil des dritten Volumens 21 des Reservoirs 17.
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Das Fluid 18 fließt aus dem Reservoir 17 ausschließlich über die Dichtfläche 13 in Richtung 20 des zweiten Volumens 15 ab. Hier bildet also die Dichtfläche 13 der Dichtung 12 die Abflussmöglichkeit für das Fluid 18 hin zum zweiten Volumen 15.
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Die Welle 2 weist zwischen der Gehäusebohrung 4 und dem Wälzlager 9 eine konisch ausgeführte Umfangsfläche 28 auf, wobei sich ein Wellendurchmesser 29 hin zum Wälzlager 9 vergrößert. Die konisch ausgeführte Umfangsfläche 28 bewirkt, dass sich ein Fluid 18 infolge der Fliehkraft (bei bewegter Welle 2) entlang der Umfangsfläche 28 in radialer Richtung nach außen bewegt. Dabei wird das Fluid 18 nun weg von der Gehäusebohrung 4 und hin zum Wälzlager 9 befördert. Vorliegend wird das Fluid 18 so hin zu der Dichtfläche 13 der Dichtung 12 gefördert, über die das Fluid 18 dann hin zum zweiten Volumen 15 abströmen kann.
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Aufgrund der Form der Dichtung 12 bzw. der Anordnung der Dichtfläche 13 an der Dichtung 12 ist erkennbar, dass die Dichtung 12 an der Dichtfläche 13 eine in Abhängigkeit von einer Durchtrittsrichtung eines Fluids 18 unterschiedliche Dichtwirkung aufweist. Hier verstärkt sich die Dichtwirkung der Dichtfläche 13 also gegenüber einer Einwirkung eines Fluids 18 auf die Dichtung 12 ausgehend vom zweiten Volumen 15 (also in der 5 von rechts).
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Weiterhin kann eine Dichtung 12 eingesetzt werden, die eine von der Drehrichtung 30 der Welle 2 abhängige Dichtwirkung aufweist. Dies kann z. B. durch eine Spiralnut in der Dichtung 12 erreicht werden, durch die ein Fluid 18 in Abhängigkeit von der Drehrichtung 30 der Welle 2 entweder hin zum Reservoir 17 oder hin zum zweiten Volumen 15 (bevorzugt) gefördert wird.
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Wie bereits ausgeführt, kann bei der vorliegenden Dichtungsanordnung 1 eine Dichtung 12 ausgewählt werden, die einen verminderten Anpressdruck auf die Dichtfläche 13 aufweist. Die Dichtung 12 kann also ohne einen metallischen Federring 43 (vgl. 2) verwendet werden, der sonst den hohen Anpressdruck auf die Dichtfläche 13 gewährleistet.
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6 zeigt die Dichtungsanordnung 1 gemäß 4 in einer weiteren Seitenansicht in einem anderen Schnitt. Auf die Ausführungen zu 5 wird Bezug genommen. Das Reservoir 17 ist hier über einen anderen Verbindungskanal 22 mit einer Außenseite 23 des Gehäuses 11 verbunden, so dass bereits das Vorhandensein eines Fluids 18 bzw. einer Mindestmenge des Fluids 18 in dem Reservoir 17 an einer Außenseite 23 des Gehäuses 11 darstellbar ist. Der Verbindungskanal 22 erstreckt sich durch das Gehäuse 11 bis zu einer Außenseite 23 des Gehäuses 11. In dem Verbindungskanal 22 ist eine Art Docht 44 angeordnet, der sich von dem Reservoir 17 bis zu einem Schauglas 45 an der Außenseite 23 des Gehäuses 11 erstreckt. Der Docht 44 saugt das Fluid 18 sukzessive auf und leitet es infolge von Kapillarkräften bis zum Schauglas 45. Dort kann dann eine Eintrübung des Schauglases 45 festgestellt werden. Damit kann eine Leckage entdeckt und ein ggf. erforderlicher Wartungszeitpunkt festgelegt werden. Der Verbindungskanal 22 ist Teil des dritten Volumens 21 des Reservoirs 17.
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7 zeigt ein Kraftfahrzeug 38 mit einer Antriebsanordnung 37. Die Antriebsanordnung 37 umfasst einen Elektroantrieb 34 mit einem Gehäuse 11 mit einem ersten Volumen 14. Über den Elektroantrieb 34 wird eine (Antriebs-)Welle 2 angetrieben, die sich über eine Dichtungsanordnung 1 in ein zweites Volumen 15 hinein erstreckt, in dem ein Getriebe 35 angeordnet ist.
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Das Kraftfahrzeug 38 mit der Antriebsanordnung 37 weist mehrere Räder auf, wobei der Elektroantrieb 34 zum Antrieb mindestens eines Rades und insbesondere zweier Räder einer gemeinsamen Achse 41 vorgesehen ist. Die Räder der Achse 41 sind über ein Differential 42 miteinander verbunden.
