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Die Erfindung betrifft eine Wellenlagerung mit einer Dichtringschmierung. Eine Wellenlagerung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs ist aus der
EP 2 455 640 A1 bekannt.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Antriebseinheit, aufweisend eine elektrische Antriebsmaschine und eine Getriebeeinrichtung, für ein Kraftfahrzeug erläutert, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine solche Anwendung zu verstehen.
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Bei einer derartigen Antriebseinheit ist die elektrische Antriebseinheit in einem sogenannten Trockenraum aufgenommen, wohingegen die Getriebeeinrichtung in einem Nassraum aufgenommen ist. Die Getriebeeinrichtung ist im Nassraum mittels eines Getriebeöls geschmiert, dabei ist zu verhindern, dass dieses Getriebeöl in den Trockenraum gelangt. Aufgrund einer bauraumoptimierten Gestaltung liegt bei einer derartigen Antriebseinheit der Nassraum vom Trockenraum nur durch eine Gehäusewandung getrennt, durch welche die Antriebswelle der elektrischen Antriebsmaschine geführt ist um Antriebsleistung (Drehzahl, Drehmoment) zur Getriebeeinrichtung zu übertragen beziehungsweise von dieser aufzunehmen. Die Abdichtung des Durchtritts der Antriebswelle durch die Gehäusewandung ist mittels einer berührenden Radialwellendichteinrichtung realisiert. Um eine ausreichende Sicherheit bei der Abdichtung zu erreichen, wird eine Radialwellendichteinrichtung mit entsprechend hoher Normalkraft auf die Antriebswelle, insbesondere ein Radialwellendichtring mit „hoher“ Vorspannung, gewählt. Die Berührstelle zwischen der Antriebswelle und der Radialwellendichteinrichtung ist damit im Betrieb der Antriebseinheit einer besonderen Wärmeentwicklung unterworfen.
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Um eine Abdichtung einer Durchführung einer Welle durch eine Gehäusewandung zu realisieren schlägt die
EP 2 455 640 A1 eine Wellenanordnung vor, wobei diese mit einer Fluidzuführeinrichtung versehen ist.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Wellenlagerung mit Radialwellendichteinrichtung anzugeben, deren Betriebssicherheit gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Wellenlagerungen verbessert ist. Diese Aufgabe wird durch eine Wellenlagerung gemäß dem ersten Patentanspruch gelöst, zu bevorzugende Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Im Sinn der Erfindung ist unter einer Wellenlagerung eine Vorrichtung mit einer Antriebswelle zu verstehen, wobei diese Antriebswelle in einem Radialwellenlager um eine Rotationsachse drehbar in einer Gehäuseeinrichtung gelagert ist. Insbesondere ist diese Gehäuseeinrichtung als eine Antriebsgehäuseeinrichtung ausgebildet, in welcher wenigstens ein Bauteil zur Übertragung von Antriebskräften angeordnet ist und wobei dieses wenigstens eine Bauteil mittels eines Fluides im planmäßigen Betrieb versorgt ist. Vorzugsweise ist diese Antriebsgehäuseeinrichtung zur Aufnahme wenigstens eines Getriebes ausgebildet, wobei dieses Getriebe ölgeschmiert ist und dieses Fluid demnach insbesondere ein Getriebeöl ist.
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Weiter ist dieses Radialwellenlager in der Gehäuseeinrichtung mittelbar oder unmittelbar aufgenommen. Unter dem unmittelbaren Aufnehmen ist dabei in diesem Sinn zu verstehen, dass dieses Radialwellenlager direkt in der Gehäuseeinrichtung aufgenommen ist, vorzugsweise direkt in einem unmittelbar in der Gehäuseeinrichtung ausgebildeten Lagersitz aufgenommen ist. Weiter ist unter dem mittelbaren Aufnehmen in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass in die Gehäuseeinrichtung ein Lagertopf eingesetzt ist, wobei das Radialwellenlager in diesen Lagertopf eingesetzt ist und damit mittelbar in der Gehäuseeinrichtung aufgenommen ist. Insbesondere eine unmittelbare Aufnahme des Radialwellenlagers in der Gehäuseeinrichtung ermöglicht eine präzise Aufnahme des Radialwellenlagers, der ein Lageraußenring direkt in der Gehäuseeinrichtung aufgenommen ist und sich keine zusätzlichen Trennspalte oder Trennspalten ausbilden. Insbesondere eine mittelbare Aufnahme ermöglicht es, einen verschleißfesten Werkstoff für den Lagertopf zu verwenden und so ist die Betriebssicherheit verbesserbar.
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Weiter ist die Antriebswelle durch eine Gehäuseausnehmung in dieser Gehäuseeinrichtung hindurchgeführt. Dabei ist die Antriebswelle entweder von einem Bereich der Gehäuseeinrichtung in einen anderen Bereich dieser, insbesondere aus einem Nassraum in einen Trockenraum, geführt oder weiter vorzugsweise ist die Antriebswelle aus diesem Nassraum durch die Gehäuseausnehmung in ein anderes Gehäuse oder in eine die Gehäuseeinrichtung umgebende Umwelt geführt, allgemein werden diese anderen, vom Nassraum abweichenden Bereiche, als Trockenraum zusammengefasst. Die Gehäuseausnehmung, durch welche die Antriebswelle hindurch geführte ist, kann als sogenannter Wellendurchtritt verstanden werden. Weiter ist zur Abdichtung der Antriebswelle gegenüber der Gehäuseeinrichtung in diesem Wellendurchtritt eine Wellendichtungseinrichtung, sogenannte Radialwellendichtungseinrichtung, vorgesehen. Nachfolgend werden die Begriffe Wellendichtungseinrichtung und Radialwellendichtungseinrichtung äquivalent gebraucht. Diese Wellendichtungseinrichtung ist insbesondere dazu vorgesehen, den Wellendurchtritt abzudichten und wobei die Wellendichtungseinrichtung die Antriebswelle zur Abdichtung dieser gegenüber der Gehäuseeinrichtung kontaktiert, die Wellendichtungseinrichtung weist demnach eine berührende Dichtung, vorzugsweise eine berührende Radialwellendichtung und bevorzugt einen sogenannten Radialwellendichtring auf.
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Weiter ist in einer axialen Richtung, also in Richtung der Rotationsachse um welche die Antriebswelle in der Gehäuseeinrichtung drehbar gelagert ist, zwischen der Wellendichtungseinrichtung und dem Radialwellenlager ein Schmierungsraum gebildet. Weiter ist dieser Schmierungsraum in radialer Richtung, also orthogonal zu er Rotationsache, von der Gehäuseeinrichtung umschlossen, beziehungsweise in dieser ausgebildet. Die Gehäuseeinrichtung weist eine als Schmiermitteldurchtritt ausgestaltete Ausnehmung auf, wobei dieser Schmiermitteldurchtritt vorzugsweise einen Schmiermittelsammelbereich mit diesem Schmierungsraum fluidleitend verbindet. Dieser Schmiermitteldurchtritt ist damit insbesondere zur Zuführung von Schmiermittel in diesen Schmierungsraum zu verstehen. Vorzugsweise ist wenigstens dieser Schmiermitteldurchtritt in einer planmäßigen Einbaulage der Gehäuseeinrichtung geodätisch oben angeordnet und weiter vorzugsweise weist der Schmierungsraum wenigstens einen weiteren Schmiermitteldurchtritt auf, wobei dieser weitere Schmiermitteldurchtritt in der planmäßigen Einbaulage der der Gehäuseeinrichtung geodätisch unten angeordnet ist und als Schmiermittelablauf aus dem Schmierungsraum verstanden werden kann.
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Weiter ist, bezogen auf die axiale Richtung, zwischen dem Radialwellenlager und der Wellendichtungseinrichtung eine Fluidzuführeinrichtung vorgesehen, vorzugsweise ist diese Fluidzuführeinrichtung im Schmierungsraum angeordnet und damit, bezogen auf eine planmäßige Strömung von Fluid zu der Wellendichtungseinrichtung hin stromabwärts zum Schmiermitteldurchtritt. Dabei ist es vorgeschlagen, dass die Fluidzuführeinrichtung als ein um die Antriebswelle radial umlaufender Abtropfring ausgebildet ist, und wenigstens eine, von einem Abtropfringgrundkörper nach radial Innen vorstehende Abtropfnase aufweist. Die Abtropfnase kann dabei als eine beliebig geformte Erhebung in radialer Richtung verstanden werden. Weiter vorzugweise ist der Abtropfring derart in den Schmierungsraum eingesetzt, dass die wenigstens eine Abtropfnase oder wenigstens eine von mehreren Abtropfnasen, in einer planmäßigen Einbaulage im geodätisch oberen Bereich liegt, vorzugsweise also zwischen einer 9 Uhr und einer 3 Uhr Position, bevorzugt zwischen einer 11 Uhr und einer 1 Uhr Position und besonders bevorzugt wenigstens im Wesentlichen an der 12 Uhr Position. Funktional tritt im planmäßigen Betrieb der Wellenlagerung Fluid durch den Schmiermitteldurchtritt in den Schmierungsraum ein. Dieses in den Schmierungsraum einströmende Fluid benetzt den Abtropfring. Auf Grund der Schwerkraftwirkung auf dieses Fluid und auf Grund der Anordnung der Abtropfnase, sammelt sich dieses Fluid, vorzugsweise also Schmierstoff, bevorzugt an der Abtropfnase und dieses Fluid tropft dann von der Abtropfnase ab, trifft auf die Antriebswelle und steht zur Versorgung der berührenden Dichtung der Wellendichtungseinrichtung zur Verfügung.
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Anders gewendet, bei einem Schmierungsraum, in welchem keine Abtropfnase vorhanden ist, verteilt sich in diesen einströmendes Fluid, insbesondere auf Grund der Wandadhäsion, nahezu beliebig an einer Wandung des Schmierungsraums und strömt entlang dieser Wandung im Schmierungsraum in der planmäßigen Einbaulage unter der Schwerkraftwirkung nach unten. Bei geringen Mengen von Fluid, kann es somit ohne Abtropfring vorkommen, dass kein oder nur sehr wenig Fluid auf die Antriebswelle geführt wird. Dahingegen wird insbesondere mit der vorgeschlagenen Erfindung ein „sicheres“ Abtropfen von Fluid, insbesondere also Schmiermittel, auf die Antriebswelle erreicht und damit wird die Schmierung der Wellendichtungseinrichtung verbessert und somit die Betriebssicherheit der Wellenlagerung verbessert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Abtropfnase derart ausgebildet, dass diese sich, ausgehend vom Abtropfringgrundkörper, nach radial Innen hin, wenigstens abschnittsweise oder vorzugsweise über deren gesamten Verlauf, verjüngt. Vorzugseise läuft die Abtropfnase zu einer Abtropfspitze zusammen. Insbesondere eine sich nach radial Innen hin verjüngende Abtropfnase weist ein radial innenliegendes, „schmales“ Ende auf, von welchem sich ein Tropfen von Fluid leicht ablöst und führt somit zu einer sicheren Versorgung der Wellendichtungseinrichtung mit Schmiermittel.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Abtropfring eine Vielzahl von diesen nach radial Innen ragenden Abtropfnasen auf. Insbesondere durch eine Vielzahl von Abtropfnasen verstärkt sich einerseits der Effekt, dass Fluid vom Abtropfring auf die Antriebswelle abtropft und dort die Wellendichtungseinrichtung mit Schmierstoff versorgt und anderseits ist es so erreichbar, insbesondere abhängig von der Anzahl und Verteilung der Abtropfnasen in Umfangsrichtung, dass der Abtropfring eine Vielzahl von Einbaupositionen aufweist, in welchen dieser „funktioniert“, beziehungsweise weist ein solcher Abtropfring, bezogen auf die Lage der Abtropfnase, keine bevorzugte Einbaulage auf, sondern ist beliebig und damit besonders einfach zu montieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Abtropfring wenigstens zwei oder mehr Abtropfnasen auf und weiter vorzugsweise ist ein Teil dieser Abtropfnasen oder es sind alle diese Abtropfnasen in der Umfangsrichtung um die Antriebswelle symmetrisch verteilt. Vorzugsweise weist der Abtropfring sechs oder mehr symmetrisch in Umfangsrichtung verteilte Abtropfnasen auf. Insbesondere mit einer derartigen Ausführungsform der Erfindung kann der Abtropfring in beliebiger Einbaulage in den Schmierungsraum eingesetzt werden, da in jeder beliebigen Einbaulage wenigstens eine Abtropfnase in der oben erläuterten Position (geodätisch oben) zu liegen kommt, so dass die Funktion des Abtropfrings sichergestellt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Radialwellenlager in einem solchen Lagertopf, wie bereits erläutert, aufgenommen. Vorzugsweise weist die Gehäuseeinrichtung als einen Bestandteil eine Aluminiumlegierung auf und weiter vorzugsweise besteht die Gehäuseeinrichtung aus der Aluminiumlegierung. Weiter vorzugsweise weist der Lagertopf als einen Bestandteil einen Stahlwerkstoff auf oder besteht aus diesem. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Abtropfring einstückig mit dem Lagertopf ausgebildet, so dass der Lagertopf mit Abtropfring ein integrales Bauteil bilden.
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Vorzugsweise ist der Lagertopf derart ausgebildet, dass in diesen das Radialwellenlager in axialer Richtung von einer Seite zu montieren ist, weiter weist der Lagertopf auf einer anderen Seite einen axialen Anschlag auf, gegen welchen sich das Radialwellenlager mittelbar oder unmittelbar abstützt. Vorzugsweise ist das Radialwellenlager mittels einer Radialwellenlagerfedereinrichtung und damit mittelbar, gegenüber diesem Anschlag des Lagertopfs abgestützt. Damit ist insbesondere auf der der Radialwellendichtungseinrichtung zugewandten Seite des Radialwellenlagers die Radialwellenlagerfedereinrichtung angeordnet. Insbesondere durch die Radialwellenlagerfedereinrichtung ist eine Vorspannkraft auf das Radialwellenlager aufgebracht, beziehungsweise kann eine solche je nach axialer Position des Radialwellenlagers auf dieses aufgebracht werden.
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Vorzugsweise ist der Abtropfring in axialer Richtung mittels des Radialwellenlagers und der Radialwellenlagerfedereinrichtung am Lagertopf festgelegt. Bevorzugt sind die Bauteile in axialer Richtung vom Radialwellenlager in Richtung zur Wellendichtungseinrichtung wie folgt angeordnet, Radialwellenlager, Radialwellenlagerfedereinrichtung, Abtropfring und als Abschluss dient der Anschlag des Lagertopfs. Insbesondere in einer solchen Anordnung ist der Abtropfring benachbart zur Radialwellendichtungseinrichtung angeordnet, so dass vom Abtropfring abtropfendes Fluid diese Dichtung sicher versorgen kann, da der Schmierstoff die Antriebswelle in der Nähe der Radialwellendichtungseinrichtung benetzt.
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Nachfolgend sind einzelne Merkmale sowie Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, dabei sind auch andere als die in den Figuren dargestellten Kombinationen von Merkmalen grundsätzlich möglich, es zeigt:
- 1: einen Teilschnitt einer Wellenlagerung,
- 2: ein schematisierter Stirnschnitt durch die Antriebswelle.
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In 1 ist ein Teilschnitt durch eine Ausführungsform der vorgeschlagenen Wellenlager dargestellt. In der Gehäuseeinrichtung 1 ist ein als Rillenkugellager ausgebildetes Radialwellenlager 2 mittelbar aufgenommen. Das Radialwellenlager 2 ist in dem Lagertopf 3 aufgenommen und dieser ist in der Gehäuseeinrichtung 1 aufgenommen. Das Radialwellenlager 2, insbesondere dessen Lageraußenring 2a wird durch die Radialwellenlagerfedereinrichtung 6 in axialer Richtung 12 mit einer Federkraft vorgespannt. Weiter ist das Radialwellenlager 2 mit seinem Lagerinnenring 2b auf der Antriebswelle 10 aufgenommen. Die Antriebswelle 10 ist mittels des Radialwellenlagers 2 drehbar gegenüber der Gehäuseeinrichtung 1 um die Rotationsachse 9 gelagert. Die Antriebswelle 10 erstreckt sich durch den Wellendurchtritt 16, welcher als eine Ausnehmung in der Gehäuseeinrichtung 1 ausgebildet ist, aus dem Nassraum 14 in den Trockenraum 15. Im Nassraum 14 der Gehäuseeinrichtung 1 sind ölgeschmierte Bauteile angeordnet, insbesondere ein Zahnradgetriebe und im Trockenraum 14 ist insbesondere der elektromechanische Energiewandler, beziehungsweise ein Elektromotor/-generator, angeordnet.
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Vorliegend sind der Lagertopf 3 und der Abtropfring 4 als separate Bauteile dargestellt, diese können in einer weiter bevorzugten, nicht dargestellten Ausführungsform stoffschlüssig miteinander verbunden sein und in einer weiter bevorzugt Ausführungsform können der Lagertopf 3 und der Abtropfring 4 einstückig miteinander ausgebildet sein.
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Mittel der Radialwellendichtungseinrichtung 7 ist der Wellendurchtritt 16 abgedichtet, dabei weist die Radialwellendichtungseinrichtung 7 einen Radialwellendichtring auf, welcher die Antriebswelle 10 zur Abdichtung kontaktiert. Der Kontaktbereich des Radialwellendichtrings auf der Antriebswelle 10 ist mit Schmierstoff zu versorgen, um einerseits Reibverluste zu verringern und andererseits entstehende Wärme abzuführen. Zur Versorgung der Radialwellendichtungseinrichtung 7 mit Schmierstoff weist die Gehäuseeinrichtung 1 den Schmiermitteldurchtritt 5 auf, durch diesen gelangt Schmierstoff entlang des Schmierstoffpfads 11 zum Abtropfring 4. Anders gewendet verbindet der Schmiermitteldurchtritt 5 den Schmiermittelsammelbereich 19 fluidleitend mit dem Schmierungsraum 18, in welchem der Abtropfring 4 angeordnet ist.
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Der Abtropfring 4 weist wenigstens die eine in der 1 erkennbare Abtropfnase 4a auf, so dass sich von dieser gezielt Schmierstofftropfen 8 beziehungsweise eine Schmierstoffströmung ablösen kann. Dieser sich vom Abtropfring 4 ablösende Schmierstoff gelangt somit zur Antriebswelle 10 in der Nähe der Radialwellendichtungseinrichtung 7 und benetzt dort Antriebswelle 10 und kann so für eine ausreichende Versorgung der Radialwellendichtungseinrichtung 7 sorgen. Die Abtropfnase 4a steht in radialer Richtung 13 nach radial Innen, also in Richtung zu der Rotationsachse 9 vor, so dass sich Schmierstoff unter Schwerkraftwirkung 20 gezielt an der Abtropfnase 4a sammelt, und so verstärkt von dieser abtropft.
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Weiter ist in 2 ein Stirnschnitt durch die Antriebswelle 10 dargestellt, um insbesondere die Positionierung der Antriebswelle 10 gegenüber dem Abtropfring 4 und dessen Ausgestaltung mit Abtropfnase 4a zu verdeutlichen. Der Abtropfring 4 weist eine Vielzahl von Abtropfnasen auf, von welchen nur die in der 12-Uhr Position 17 entsprechend als Abtropfnase 4a gekennzeichnet ist. Die Vielzahl von Abtropfnasen ist in der dargestellten Ausführungsform des Abtropfrings 4 symmetrisch in Umfangsrichtung am Abtropfringgrundkörper 4b angeordnet.
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Durch die Vielzahl an Abtropfnasen kommt eine dieser, unabhängig von der Einbaulage des Abtropfrings immer, wenigstens in der Nähe, der 12-Uhr Stellung 17 zu liegen, so dass sich damit ein bevorzugtes Abtropfverhalten einstellt. Unter Schwerkraftwirkung 20 gelangt Schmierstoff an die Abtropfnase 4a und von dieser löst sich besonders leicht und wiederholt ein Schmierstofftropfen 8 ab und benetzt so die Oberfläche der Antriebswelle 10 zur Versorgung der Radialwellendichtungseinrichtung 7. Bei einer größeren Menge von Schmierstoff, welche an den Abtropfring 4 gelangt, kann das Ablösen von Schmierstoff von der oder den Abtropfnasen auch nicht mehr in einzelnen Schmierstofftropfen 8 geschehen, sondern in eine kontinuierliche Strömung übergehen.
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Es ist in der 2 deutlich erkennbar, wie die Abtropfnasen vom Abtropfringgrundkörper 4b nach radial Innen ragen, sich also ausgehend vom Abtropfringgrundkörper 4b in Richtung hin zur Rotationsachse 9 erstrecken. Weiter ist erkennbar, wie sich die Abtropfnasen ausgehend vom Abtropfringgrundkörper 4b nach radial Innen hin verjüngen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2455640 A1 [0001, 0004]
