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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Antriebseinrichtung die einen Elektromotor und eine in axialer Nachbarschaft neben diesem angeordnete Getriebeeinrichtung umfasst, wobei die Getriebeeinrichtung wenigstens eine als Umlaufrädergetriebe ausgeführte Getriebestufe beinhaltet und der Elektromotor eine Hohlwelle aufweist, welche ein Sonnenrad der genannten Getriebestufe treibt und durch diese Hohlwelle eine Abtriebswelle hindurchgeführt ist, zur Schaffung einer den Elektromotor zentral durchsetzenden Wellenverbindung zwischen der Getriebeeinrichtung und einem dieser abgewandten Seitenbereich des Elektromotors.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus
EP 2 821 672 A1 ist eine Getriebeeinrichtung als Bestandteil einer elektrischen Antriebseinheit bekannt. Die elektrische Antriebseinheit weist eine Rotorwelle auf, die eine Eingangswelle der Getriebeeinrichtung darstellt. Die Getriebeeinrichtung umfasst ein Differentialgetriebe sowie eine Reduzierstufe. Die Reduzierstufe ist als Planetengetriebe ausgeführt, dessen Sonnenrad auf der genannten Rotorwelle sitzt. Das Differential ist als sog. Stirnraddifferential ausgeführt, in welchem die Ausgleichsräder Planetenräder und die Abtriebsräder Sonnenräder sind. Jedes Sonnenrad sitzt auf einer Ausgangswelle des Differentials. Die über die Eingangswelle/Rotorwelle eingebrachten Drehmomente werden über die Reduzierstufe in das Differential eingeleitet und über das Differential auf die Ausgangswellen und damit auf angetriebene Fahrzeugräder verteilt. Die Rotorwelle ist eine Hohlwelle, durch die eine der Ausgangswellen hindurch geführt ist. Dabei ist ein Ringspalt zwischen der Rotorwelle und der Ausgangswelle ausgebildet. Die Ausgangswelle und das jeweilige Sonnenrad sind über eine Steckverzahnung rotationsfest miteinander verbunden. Der Bereich der elektrischen Maschine zwischen dem Stator und dem Rotor sollte, abgesehen von nass laufenden Elektromotoren, von Schmieröl frei gehalten werden. Die Getriebevorrichtung jedoch wird mit Getriebeöl geschmiert. Es gibt Antriebseinheiten, in welchen der Ringspalt zwischen der Ausgangswelle und der Rotorwelle als Ölkanal genutzt wird, um zum Beispiel einem axial außen liegenden Wälzlager Schmieröl zuzuführen. Es gibt jedoch auch Antriebseinheiten, in denen das außen liegende Wälzlager über andere Wege beölt wird oder auf Lebensdauer geschmiert ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Antriebseinrichtung der oben genannten Art zu schaffen, die sich durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet und bei welcher eine vorteilhafte Abschottung des vom Schmieröl erfassten Innenbereichs der Getriebeeinrichtung gegenüber dem Innenbereich des Elektromotors erreicht wird.
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Figurenliste
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische Antriebseinrichtung, mit:
- - einem Elektromotor mit einem Rotor, und
- - einer Getriebeeinrichtung die in axialer Nachbarschaft des Elektromotors neben diesem angeordnet ist, wobei
- - die Getriebeeinrichtung eine Getriebestufe umfasst, die als Umlaufrädergetriebe ausgeführt ist und ein Sonnenrad aufweist,
- - der Elektromotor eine Hohlwelle aufweist welche das Sonnenrad der genannten Getriebestufe treibt,
- - durch die Hohlwelle eine Abtriebswelle hindurchgeführt ist, zur Schaffung einer den Elektromotor zentral durchsetzenden Wellenverbindung zwischen der Getriebeeinrichtung und einem dieser abgewandten Seitenbereich des Elektromotors, und
- - das Sonnenrad als Träger für eine Dichtungseinrichtung fungiert, zur Abdichtung eines aus der Hohlwelle hervortretenden und das Sonnenrad durchquerenden Bereiches der genannten Abtriebswelle gegenüber einem zwischen der Hohlwelle und der Abtriebswelle definierten Ringraum.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, über das Sonnenrad eine mit diesem mitlaufende und an der die Hohlwelle durchsetzenden Abtriebswelle anlaufende Dichtung in das Getriebe einzubinden, wobei sich hierbei eine axial von dem Stirnende der Hohlwelle und vom Elektromotor beabstandete Dichtungsposition realisieren lässt. Hierdurch ergibt sich im Innenbereich des Getriebes ein großer Raumbereich in welchen bei Schrägstellung der Antriebseinrichtung Getriebeöl abwandern kann, ohne dass der Ölspiegel hierbei die im Sonnenrad sitzende Dichtungseinrichtung erreicht oder einer signifikanten statischen Druckbelastung aussetzt. Über das Sonnenrad kann in vorteilhafter Weise eine optimale Trägergeometrie für die Dichtungseinrichtung bereitgestellt werden und zudem eine Montagestelle realisiert werden die im Rahmen der Montage der Antriebseinrichtung vorteilhaft bestückt werden kann. Das erfindungsgemäße Konzept schafft eine Dichtungslösung für koaxiale elektrische Achsen, durch welche der Eintritt von Schmierstoff in den Hohlwelleninnenbereich des E-Motors zuverlässig verhindert wird.
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Bei elektrischen Achsantrieben der oben genannten Art wird die Abtriebswelle koaxial durch die Rotorwelle der elektrischen Maschine geführt. Diese Abtriebswelle führt außerhalb der elektrischen Maschine zur Gelenkwelle. Da Rotorwelle und Abtriebswelle unterschiedliche Drehzahlen und häufig auch unterschiedliche Drehrichtungen aufweisen, sowie Rundlauftoleranzen und Verformungen im Betrieb zu berücksichtigen sind, ist zwischen beiden Wellen ein koaxialer Spalt ausgebildet, der regelmäßig eine Spaltbreite von mindestens 2 mm aufweist. Durch das erfindungsgemäße Konzept wird vermieden, dass neben der oben bereits beschriebenen Schrägstellung des Fahrzeugs im Stillstand auch bei Kurvenfahrten mit hohen Querbeschleunigung Schmierstoff aus dem Getriebe in den Wellenspalt gelangt. Nach dem erfindungsgemäßen Konzept erfolgt die Positionierung einer Dichtung in einem Sonnenrad einer Planetenstufe, insbesondere im Sonnenrad der ersten Planetenstufe (bezogen auf den Leistungsfluss vom E-Maschine zum Abtrieb) zum Zwecke der Abdichtung des Spalts zwischen der Abtriebs- und der Rotorwelle. Die Dichtung selbst steht gegenüber der üblichen Einbauposition von dynamischen Dichtungen selbst nicht still, sondern rotiert aufgrund des Verbaus mit dem Bauteil, welches die Dichtung trägt (hier: Sonnenrad).
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sonnenrad als zunächst von der Hohlwelle separates Bauteil gefertigt und über eine Steckverzahnung drehfest mit der Hohlwelle gekoppelt. Diese Koppelung wird vorzugsweise derart bewerkstelligt, dass das Sonnenrad in abdichtender Weise auf der Hohlwelle angeordnet ist. Diese Dichtungswirkung kann insbesondere durch einen beispielsweise als O-Ring ausgeführten Dichtring erreicht werden der entweder in einer Umfangsnut der Hohlwelle oder einer Umfangsnut des Sonnenrades sitzt. Die Abdichtung des Sonnenrades auf der Hohlwelle kann auch auf anderweitige Weise, ggf. auch durch Zugabe von Klebe- oder Dichtstoffen, oder einen Abschnitt mit einer leichten Presspassung erreicht werden, da es sich hier um eine Abdichtung von zwei drehfest gekoppelten Bauteilen handelt. Weiterhin alternativ kann das Sonnenrad auch einstückigen Bestandteil der Hohlwelle bilden.
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Die zur Realisierung der Dichtungsfunktion zwischen der Hohlwelle und der Abtriebswelle vorgesehene, im Sonnerad angeordnete Dichtungseinrichtung kann in vorteilhafter Weise so aufgebaut sein, dass diese einen Wellendichtring umfasst, der z.B. im Inneren des Sonnenrades sitzt und dessen Dichtungsstruktur auf der Außenumfangsfläche der Abtriebswelle läuft. Dieser Wellendichtring ist hierbei vorzugsweise so aufgebaut, dass dieser eine aus einem Elastomermaterial z.B. NPBR, VITON oder anderweitigem hinreichend flexiblen thermisch hinreichend beständigen Material (z.B. Teflon) bestehende eine Dichtlippenstruktur aufweist, die auf einer Außenumfangsfläche der Abtriebswelle läuft. Soweit im Bereich der Dichtungseinrichtung keine hinreichend hohen Oberflächengüten an der Abtriebswelle realisierbar sind, ist es auch möglich, auf die Abtriebswelle ein kurzes Buchsenelement aufzusetzen, das eine hohe Laufflächengüte bietet und dabei selbst abdichtend auf der Abtriebswelle sitzt. Durch dieses Konzept kann auch bei der Montage des Getriebes ein vorteilhafter Schutz der Dichtungseinrichtung vor Schäden durch eine am Ende der Abtriebswelle vorgesehene Verzahnung erreicht werden. Die Dichtungseinrichtung kann auch von komplexerer Bauart sein. So kann die Dichtungseinrichtung eine Spaltdichtungsstruktur z.B. in Form Labyrinthdichtungen, Federblechringen oder anderweitigen dynamischen Dichtungen enthalten die dann in Kombination mit einem schleifend dichtenden Wellendichtring („Simmerring“) kombiniert werden. Weiterhin ist es möglich, in einem hinsichtlich eines potentiellen Ölkriechweges hinter der Dichtungseinrichtung liegenden Bereich eine Kapillar- oder Saugstruktur vorzusehen, die zunächst etwaiges Lecköl aufnimmt und dann im Rahmen der Rotation der Hohlwelle durch Zentrifugaleffekte in einen Leckölabführungsbereich, z.B. in den Umgebungsbereich eines dauergeschmierten Lagers abgibt.
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Die Dichtungseinrichtung kann in vorteilhafter Weise in dem Sonnenrad positioniert werden, indem im Innenbereich des Sonnenrades eine Schultergeometrie ausgebildet ist, an welcher die Dichtungseinrichtung bei der Montage ansteht, so dass z.B. im Falle eines Dichtringes dieser an der Schultergeometrie ansteht und damit dessen Axialposition in dem Sonnenrad durch die Schultergeometrie festgelegt ist.
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Alternativ zu dem oben genannten Ansatz, oder auch in Kombination hiermit ist es auch möglich, die Axialposition der Dichtungsseinrichtung in Verbindung mit einem Einsatzteil fest zu legen das sich am Sonnenrad, einem Sicherungsring, oder einem Stirnende der Hohlwelle abstützt. Dieses Einsatzteil ist nur geringer mechanischer Belastung ausgesetzt und kann ggf. auch aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein. Das Einsatzteil kann als einfacher Ring gefertigt sein, der lediglich als Distanzring fungiert und z.B. den Abstand der Dichtungseinrichtung von der Stirnseite der Hohlwelle definiert. Das Einsatzteil kann jedoch auch als komplexere räumliche Struktur realisiert sein die neben der Positionierung der Dichtungseinrichtung noch weiter Funktionen übernimmt, indem dieses z.B. als Fliehkraftsicherungsring für einen Federring fungiert, oder einen Dichtungsträger bildet, welcher die Abdichtung des Sonnenrades auf der Hohlwelle weiter unterstützt.
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Soweit im Innenbereich des Sonnenrades eine zylindrische Innenfläche ausgebildet ist, ist es auch möglich, die Axialposition der Dichtungseinrichtung im Rahmen des Einpressens der Dichtungseinrichtung in das Sonnenrad lediglich kraftschlüssig festzulegen. Die Dichtungseinrichtung kann hierbei insbesondere als konventioneller Wellendichtring gestaltet sein.
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Die Dichtungseinrichtung kann wie oben bereits angesprochen so ausgebildet sein, dass diese eine wenigstens einlippige Dichtlippenstruktur umfasst, welche mit einer Stirnfläche der Hohlwelle abdichtend in Kontakt treten kann. Die Dichtlippenstruktur kann auch mehrere Dichtlippen bilden, oder Dichtlippen aufweisen, die gemeinsam den Dichteffekt bewirken, oder die erst bei Verschleiß einer vorgelagerten Dichtlippe auf der Lauffläche aufsitzen und dann aktiv werden.
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Es ist auch möglich, die Dichtungseinrichtung so auszubilden, dass diese z.B. keramische Ringelemente umfasst die unter Bildung eines lediglich dünnen Schmierfilmes plan aneinander laufen und hierbei eine hochdrehzahlfeste Abdichtung unter geringem Reibmoment bewirken.
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Weiterhin ist es auch möglich, die Dichtungseinrichtung so zu realisieren, dass diese eine Dichtlippenstruktur aufweist, die mit der Abtriebswelle mitläuft und an einer von dem Sonnenrad getragenen, oder durch dieses Sonnenrad bereitgestellten Lauffläche anläuft.
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Die Dichtungseinrichtung kann weiterhin auch derart ausgebildet sein, dass diese im Rahmen des Betriebs der Antriebseinrichtung als Hydrodynamische Dichtungseinrichtung fungiert und welche dann, wenn die Rotorwelle zum Stillstand kommt, oder nur mit niedriger Drehzahl rotiert in einen Zustand mit schleifender oder berührender Dichtung kommt und dabei ebenfalls einen potentiellen Schmierölkriechweg hinreichend sperrt.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1a eine Axialschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues eines Abschnitts des Getriebes einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung, sowie des diesem Getriebeabschnitt benachbarten Bereichs des Elektromotors;
- 1b eine Detailschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der bei der Ausführungsform nach 1 eingesetzten ersten Variante der Dichtungseinrichtung;
- 2 eine Detailschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer zweiten Variante der Dichtungseinrichtung bei welcher durch ein zusätzliches Bauteil ein Radialwellendichtring gestützt wird, wobei dieses zusätzliche Bauteil noch weitere Funktionen übernimmt;
- 3 eine Detailschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer dritten Variante der Dichtungseinrichtung bei welcher ein Radialwellendichtring an einer durch Wahl der Einpresstiefe definierten Position kraftschlüssig in dem Sonnenrad einer Eingangsstufe angeordnet ist;
- 4 eine Detailschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer vierten Variante der Dichtungseinrichtung bei welcher die Dichtungseinrichtung eine Dichtungsstruktur bildet, welche eine Stirnfläche der Hohlwelle kontaktiert.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1a zeigt einen Teilabschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromechanische Antriebseinrichtung. Diese umfasst einen Elektromotor M mit einem Rotor 2 und einem Stator 3, wobei der Stator 3 in einer Gehäuseeinrichtung 4 drehstarr verankert ist. Die Antriebseinrichtung beinhaltet weiterhin eine Getriebeeinrichtung G die in axialer Nachbarschaft des Elektromotors M also in der Verlängerung der Rotorachse X desselben neben diesem angeordnet ist.
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Die Getriebeeinrichtung G umfasst eine Getriebestufe G1 die als Umlaufrädergetriebe ausgeführt ist das ein Sonnenrad S1 aufweist. Weiterhin umfasst die Getriebeeinrichtung G eine zweite Getriebestufe G2, sowie ein als Achsdifferential fungierendes Verteilergetriebe VG. Die zweite Getriebestufe G2 treibt das Verteilergetriebe VG an, indem das Ausgangsdrehmoment der zweiten Getriebestufe G2 an das Umlaufgehäuse CVG des Verteilergetriebes VG angelegt wird.
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Der Elektromotor M ist derart ausgebildet, dass dessen Rotor 2 auf einer Hohlwelle 6 sitzt, welche das Sonnenrad S1 der genannten Getriebestufe G1 treibt. Durch die Hohlwelle 6 ist eine Abtriebswelle 7 hindurchgeführt, zur Schaffung einer den Elektromotor M koaxial durchsetzenden Wellenverbindung zwischen der Getriebeeinrichtung G und einem dieser abgewandten, in dieser Darstellung nicht weiter gezeigten linken Seitenbereich des Elektromotors M.
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Die hier gezeigte Antriebseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Sonnenrad S1 als Träger für eine Dichtungseinrichtung 9 fungiert, die der Abdichtung eines aus der Hohlwelle 6 hervortretenden und die Dichtungseinrichtung 9 durchquerenden Bereiches der Abtriebswelle 7 gegenüber einem zwischen der Hohlwelle 6 und der Abtriebswelle 7 definierten Ringraum 8 dient. Die Dichtungseinrichtung 9 ist über das Sonnenrad S1 in die Antriebseinrichtung eingebunden. Die Dichtungseinrichtung 9 trennt innerhalb der Antriebseinrichtung zwei Innenbereiche der Antriebseinrichtung voneinander, wobei diese beiden Innenbereiche jeweils Abschnitte der Abtriebswelle 7 aufnehmen. Im vorliegenden Falle trennt die Dichtungseinrichtung 9 den sich zwischen der Abtriebswelle 7 und der Hohlwelle 6 definierten Ringraum 8, sowie einen sich daran bis zur Dichtungseinrichtung 9 anschließenden Innenraumbereich des Sonnenrades S1 von dem in axialer Fortsetzung „hinter“ der Dichtungseinrichtung 9 liegenden, und Schmieröl beherbergenden Innenbereich der Getriebeeinrichtung G. Die Dichtungseinrichtung 9 verhindert damit den Abfluss von Schmieröl durch das Sonnenrad S1 in den Ringraum 8. Die Dichtungseinrichtung 9 bildet hierbei eine an einer Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 7 anlaufende Dichtlippe und fungiert als Bewegungsdichtung.
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Das Sonnenrad S1 umfasst einen Bundabschnitt S1A welcher über eine Innenverzahnung auf einer komplementären Außenverzahnung der Hohlwelle 6 sitzt. Das Sonnenrad S1 ragt axial über ein Stirnende 6a der Hohlwelle 6 hinaus. Die Dichtungseinrichtung 9 ist in einem axialen Zwischenbereich zwischen dem Stirnende 6a der Hohlwelle 6 und einem diesem abgewandten Stirnende S1b des Sonnenrades S1 angeordnet.
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Die Abtriebswelle 7 ist derart ausgebildet, dass sich diese in einem axial zwischen der Dichtlippenanlauffläche und einer Abtriebswellenverzahnung 7a liegenden Bereich verjüngt. Das Außenumfangsniveau der Außenverzahnung 7a der Abtriebswelle 7 liegt unter dem Umfangsniveau der Dichtlippenanlauffläche der Abtriebswelle 7, so dass im Rahmen des Einschiebens der Abtriebswelle 7 in das Verteilergetriebe VG jene Außenverzahnung 7a die Dichtlippe 9b der Dichtungseinrichtung 9 nicht beeinträchtigt. Das Sonnenrad S1 umfasst somit einen die Hohlwelle 6 axial übergreifenden Abschnitt, sowie einen axial über das Stirnende 6a der Hohlwelle 6 überstehenden Abschnitt in dessen Innerem die Dichtungseinrichtung 9 aufgenommen ist und den vom Sonnenrad S1 umgriffenen Umfangsbereich der Abtriebswelle 7 in abdichtender Weise kontaktiert.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist das Sonnenrad S1 weiterhin in abdichtender Weise auf die Hohlwelle 6 aufgesetzt, so dass über den Sitz des Sonnenrades S1 auf der Hohlwelle 6 kein Schmierstoffabfluss in den Innenbereich der Hohlwelle 6 hinein erfolgen kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies unter Einsatz eines O-Ringes 6b erreicht, der in einer flachen Außenumfangsnut der Hohlwelle 6 sitzt. Die axiale Sicherung des Sonnenrades S1 auf der Hohlwelle 6 wird über einen Seegerring 6c erreicht, der in einer entsprechenden Federringnut der Hohlwelle 6 sitzt und das Sonnenrad S1 auf der Hohlwelle 6 axial gegen ein Abziehen über die Stirnfläche 6a der Hohlwelle 6 abstützt.
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Die Hohlwelle 6 ist über eine Lagereinrichtung L1 in dem Getriebegehäuse 4 gelagert. Die Lagereinrichtung L1 ist als Festlager ausgelegt und lagert die Hohlwelle G radial und axial. Da das Sonnenrad S1 axial starr auf der Hohlwelle 6 festgelegt ist, ergibt sich damit auch eine exakte Positionierung der Dichtungseinrichtung 9 in axialer Richtung.
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Die Dichtungseinrichtung 9 ist derart aufgebaut, dass diese einen Wellendichtring 9a umfasst. Der Wellendichtring 9a weist eine Dichtlippenstruktur 9b auf, die auf einer Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 7 läuft. Alternativ zu der hier gezeigten Bauform bei welcher die Dichtlippenstruktur 9b direkt auf der Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 7 läuft ist es auch möglich, auf die Abtriebswelle 7 im Bereich der Dichtungseinrichtung 9 ein Buchsenelement aufzusetzen, zur Bereitstellung einer besonders hochwertigen Lauffläche.
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Wie aus der Darstellung nach 1a weiter ersichtlich, ist im Innenbereich des Sonnenrades S1 eine Schultergeometrie ausgebildet, durch welche die Axialposition der Dichtungseinrichtung 9 festgelegt wird. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Dichtungseinrichtung 9 derart weit axial in das Sonnenrad S1 eingepresst, dass eine Seitenfläche des die Dichtungseinrichtung 9 bildenden Ringelementes an einer Stirnfläche der Schultergeometrie axial ansteht.
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Die Getriebeeinrichtung G umfasst wie oben bereits ausgeführt eine erste Getriebestufe S1, eine durch diese getriebene zweite Getriebestufe S2, sowie das durch die zweite Getriebestufe G2 getriebene Verteilergetriebe VG. Alle vorgenannten Getriebestufen sind als Umlaufrädergetriebe ausgeführt deren Planetenträger C1, C2, CVG um eine mit der Rotorachse X identische Getriebeachse umlaufen. Der zweite Planetenträger C2 der zweiten Getriebestufe G2 ist starr mit dem als Umlaufgehäuse fungierenden Planetenträger CVG des Verteilergetriebes verbunden. Der Planetenträger C1 der ersten Getriebestufe G1 treibt das Sonnenrad S2 der zweiten Getriebestufe G2. Dieses Sonnenrad S2 greift radial von innen her in Planeten P2 der zweiten Getriebestufe G2 ein. Diese zweiten Planeten P2 wiederum greifen radial von innen her in ein Hohlrad H2 der zweiten Getriebestufe G2 ein. Dieses zweite Hohlrad H2 ist drehfest im Getriebegehäuse 4 festgelegt.
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Das Verteilergetriebe VG umfasst ein erstes und ein zweites Verteilersonnenrad VS1, VS2. Diese beiden Verteilersonnenräder VS1, VS2 sind über eine Verteilerplanetenanordnung VP gegensinnig drehbar gekoppelt. Die Abtriebswelle
7 greift über deren oben genannte Axialverzahnung
7a radial von innen her in eine komplementäre Axialverzahnung des ersten Verteilersonnenrades VS1 ein. Im Innenbereich des zweiten Verteilersonnenrades VS2 ist ebenfalls eine Axialverzahnung ausgebildet, in welche eine komplementäre, hier nicht weiter dargestellte Abtriebswelle drehfest axial einsteckbar ist. Hinsichtlich der Funktionsweise dieses Verteilergetriebes wird auf die auf die Anmelderin zurückgehende Patentanmeldung
DE 10 2010 050 604 A1 verwiesen, wobei abweichend von der aus dieser Druckschrift bekannten Ausführungsform der Antriebs des Umlaufgehäuses oder des Trägers CVG nicht durch ein Stirnrad sondern den Planetenträger C2 der zweiten Getriebestufe G2 bewerkstelligt wird, der starr mit dem Umlaufgehäuse CVG gekoppelt ist, oder auch zum Teil durch das Umlaufgehäuse CVG des Verteilergetriebes VG unmittelbar mit gebildet wird.
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Wie aus den im unteren Bereich der Darstellung nach 1a eingetragenen Angaben erkennbar ist, setzt sich die Antriebseinrichtung in axial abfolgender Anordnung aus dem Elektromotor M und der zur Motorachse X gleichachsigen Umlaufrädergetriebeeinrichtung G zusammen. Die Umlaufrädergetriebeeinrichtung G wiederum setzt sich aus axial abfolgenden zur Motorachse X gleichachsigen Stufen G1 und G2, sowie dem Verteilergetriebe VG zusammen. Die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 9 befindet sich im Innenbereich des Sonnenrades S1 der ersten Getriebestufe G1. Die Dichtungseinrichtung 9 bewirkt eine Abschottung eines Innenbereichs der Hohlwelle 6 von einem außerhalb des ersten Sonnenrades S1 liegenden und zum Verteilergetriebe VG vordringenden Bereich der Abtriebswelle 7. Das so geschaffene Dichtungssystem befindet sich im Innenbereich des ersten Sonnenrades S1 und arbeitet mit der Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 7 zusammen.
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Die Darstellung nach 1b veranschaulicht in Form einer Detaildarstellung den Aufbau der Dichtungseinrichtung 9 wie er bei dem Ausführungsbeispiel nach 1a realisiert ist. Die Dichtungseinrichtung 9 umfasst wie oben beschrieben einen Wellendichtring 9a der in einen kreiszylindrischen Bohrungsabschnitt des Sonnenrades S1 eingepresst ist, wobei dessen Axialposition durch eine Stirnfläche einer Schulterstruktur des ersten Sonnenrades S1 festgelegt ist. Der Wellendichtring 9a umfasst eine Dichtlippe 9b die auf einer Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 7 anläuft und damit den Innenbereich der Hohlwelle 6 von dem sich außerhalb des Sonnenrades S1 erstreckenden Getriebebereich abschottet. Das Sonnenrad S1 ist über eine Verzahnung SZ1 drehfest mit der Hohlwelle 6 gekoppelt und auf dieser über einen Seegering 6c axial gesichert. Zudem ist der Fügespalt dieser beiden Komponenten S1, 6 über einen O-Ring 6b statisch abgedichtet. Der Wellendichtring 9a wird nach der Montage des Sonnenrades S1 auf der Hohlwelle 6 in das Sonnerad S1 eingepresst bis dieser an der im Sonnenrad S1 ausgebildeten Schulter ansteht. Der Wellendichtring 9a wird dabei über die vorzugsweise bereits montierte Abtriebswelle 7 geschoben. Auf die so vorbereitete Anordnung kann dann das ansonsten fertig zusammengesetzte, in 1a weiter dargestellte Getriebe G axial aufgesetzt werden, ohne dass hierbei der Wellendichtring 9a gefährdet ist. Die Darstellung nach 1a zeigt im Kern den Verbau des Dichtrings 9a gegen eine axial wirkende Schulter im Sonnenrad S1. Die Dichtung 9 wird vorzugsweise Kraft-Weg-Überwacht gegen die Schulter eingepresst.
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Die Darstellung nach 2 veranschaulicht in Form einer Detaildarstellung den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der Dichtungseinrichtung. Die Dichtungseinrichtung 9 umfasst wiederum wie oben beschrieben einen Wellendichtring 9a der in einen kreiszylindrischen Bohrungsabschnitt des Sonnenrades S1 eingepresst ist, wobei dessen Axialposition durch eine Stirnfläche einer Schulterstruktur des ersten Sonnenrades S1 festgelegt ist. Der Wellendichtring 9a umfasst eine Dichtlippe 9b die auf einer Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 7 anläuft und damit den Innenbereich der Hohlwelle 6 von dem sich außerhalb des Sonnenrades S1 erstreckenden Getriebebereich abschottet. Das Sonnenrad S1 ist über eine Verzahnung SZ1 drehfest mit der Hohlwelle 6 gekoppelt und auf dieser über einen Seegering 6c axial gesichert. Zudem ist der Fügespalt dieser beiden Komponenten S1, 6 wiederum über einen O-Ring 6b statisch abgedichtet. Abweichend von der Variante nach 1b ist hier ein Einsatzteil 10 vorgesehen, das den Seegering 6c axial übergreift und damit als Fliehkraftsicherung fungiert. Zudem stützt das Einsatzteil 10 auch die Dichtlippe 9b des Wellendichtringes 9a in axialer Richtung. Das Einsatzteil 10 ist als torusartiges Bauteil ausgebildet und hat den hier gezeigten Querschnitt. Es bildet damit einen Hülsenabschnitt der den Seegering 6c umgreift und einen Ringabschnitt welcher die Dichtlippe 9b axial stützt. Das Einsatzteil 10 kann auch vereinfacht als einfacher Zylinderring ausgebildet sein welcher lediglich den Seegering 6c umgreift und sich axial derart weit in das Sonnenrad S1 hinein erstreckt, dass dieses Einsatzteil die Setztiefe des Wellendichtringes 9a festlegt. Beim Zusammenbau der Antriebseinrichtung wird damit nach der Montage des Sonnenrades S1 auf der Hohlwelle 6 zunächst das Einsatzteil 10 in das Sonnenrad S1 eingesetzt und erst dann der Wellendichtring 9a in das Sonnerad S1 eingepresst bis dieser an der im Sonnenrad S1 ausgebildeten Schulter und/oder dem Einsatzteil 10 ansteht. Die Darstellung nach 2 zeigt im Kern den Verbau des Dichtrings 9 mit axialem Anschlag gegen ein fremdes Bauteil, welches grundsätzlich nicht, oder nicht nur für die Funktion der Abdichtung erforderlich ist. In der Darstellung nach 2 handelt es sich um eine Fliehkraft-Sicherungshülse, die verhindern soll, dass sich der Sicherungsring 6c zur axialen Sicherung des Sonnenrads S1 bei hohen Drehzahlen öffnet und unwirksam wird.
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Die Darstellung nach 3 veranschaulicht in Form einer Detaildarstellung den Aufbau einer weiteren, nunmehr dritten Ausführungsform der Dichtungseinrichtung 9 einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung. Die Dichtungseinrichtung 9 umfasst wiederum wie oben beschrieben einen Wellendichtring 9a der in einen kreiszylindrischen Bohrungsabschnitt des Sonnenrades S1 eingepresst ist, wobei dessen Axialposition hier nicht durch eine Stirnfläche einer Schulterstruktur des ersten Sonnenrades S1 festgelegt ist, sondern lediglich kraftschlüssig im Rahmen eines Weg-überwachten Einpressvorgangs des Wellendichtringes 9a festgelegt wird. Der Wellendichtring 9a umfasst wiederum eine Dichtlippe 9b die auf einer Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 7 anläuft und damit den Innenbereich der Hohlwelle 6 von dem sich außerhalb des Sonnenrades S1 erstreckenden Getriebebereich abschottet. Abhängig von der Dichtungsbauart kann es sinnvoll sein, die Dichtung 9 nicht gegen einen axialen Anschlag zu pressen, um eine Verletzung der Dichtlippe durch Kanten der Anlageschulter zu verhindern. Dies zeigt die Darstellung nach 3. Der Einpressvorgang erfolgt hierbei weggesteuert.
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Die Darstellung nach 4 veranschaulicht in Form einer Detaildarstellung den Aufbau einer vierten Ausführungsform der Dichtungseinrichtung 9 einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung. Die Dichtungseinrichtung 9 umfasst wiederum wie oben beschrieben einen Wellendichtring 9a der in einen kreiszylindrischen Bohrungsabschnitt des Sonnenrades S1 eingepresst ist, wobei dessen Axialposition hier in gleicher Weise wie bei der Variante nach 3 nicht durch eine Stirnfläche einer Schulterstruktur des ersten Sonnenrades S1 festgelegt ist, sondern lediglich kraftschlüssig im Rahmen des Einpressvorgangs des Wellendichtringes 9a festgelegt wird. Der Wellendichtring 9a umfasst wiederum eine Dichtlippe 9b die auf einer Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 7 anläuft und damit den Innenbereich der Hohlwelle 6 von dem sich außerhalb des Sonnenrades S1 erstreckenden Getriebebereich abschottet. Der Wellendichtring 9a bildet eine weitere Dichtflächenstruktur 9c die hier die Stirnfläche 6a der Hohlwelle 6 kontaktiert und damit auch den Fügespalt zwischen dem Sonnenrad S1 und der Hohlwelle 6, d.h. die Verzahnung SZ1 abdichtet. Auf den bei den Varianten nach den 1a, 1b, 2 und 3 vorgesehenen O-Ring 6b kann damit verzichtet werden.
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Bei der Variante nach 4 wird damit die Dichtung 9 axial gegen die Rotorwelle 6 eingepresst. So kann der O-Ring zur statischen Abdichtung der Passverzahnung entfallen und es wird weiterhin verhindert, dass Schmierstoff zwischen den Flanken bzw. in Zahnkopf und -fuß hindurch kriecht und so in den Spalt zw. Rotor- und Abtriebswelle gelangt. Hierfür ist eine zusätzliche Dichtkante oder Dichtlippenstruktur 9c an der Stirnfläche der Dichtung 9 vorgesehen. Diese Dichtlippenstruktur 9c gewährleistet trotz des toleranzbedingten Axialspiels zwischen dem Sonnenrad S1 und der Rotorwelle 6 (gesichert über Sprengring 6c) eine sichere statische Dichtfunktion.
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Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich eine statische Abdichtung des Innenraums 8 der Hohlwelle 6 zum Außenbereich des Sonnenrades S1. Der Dichtungssitz im Sonnenrad S1 muss statisch dicht sein. Dies kann über die von der Erfindung umfassten Maßnahmen gewährleistet werden, insbesondere:
- - Einpressen des Dichtrings in das Sonnenrad S1 (in Ausführung mit Stahl-Armierung am Einpressdurchmesser mit ausreichender Überdeckung bei ausreichend hohen Oberflächengüten).
- - Einpressen des Dichtrings und zusätzliche chemische Abdichtung, z.B. mittels Flüssigdichtmitteln auf dem Dichtring-Außendurchmesser oder in der Bohrung im Sonnenrad.
- - Einpressen des Dichtrings mit Elastomer-Beschichtung am Außendurchmesser der Stahl-Armierung.
- - Dichtringkonstruktion, die über die Ausführung des Elastomerteils auch eine statische Abdichtung gewährleistet (z.B. gem. 4).
- - Verwendung von Hilfselementen wie O-Ringen mit axialer oder radialer Wirkrichtung (wahlweise) vom Sonnenrad zur Dichtungsarmierung.
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Abhängig von den vorliegenden Drehzahlen und der dem Dichtringhersteller zur Verfügung stehenden Technologie sind verschiedene Ausgestaltungsformen des Dichtrings denkbar. Während bei der Variante nach den 1a und 1b ein Dichtring bestehend aus einem Armierungsring mit darüber tiefgezogener PTFE-Folie eingesetzt wird, handelt sich bei dem Dichtring nach 3 um eine klassische Radialwellendichtring-Bauform mit drehzahlspezifischen Anpassungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2821672 A1 [0002]
- DE 102010050604 A1 [0028]
