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Die Erfindung betrifft ein Dichtelement für eine Welle, eine Dichtanordnung für eine Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie einen elektrischen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
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Die
CN 210715957 U offenbart eine Dichtungsvorrichtung zur Abdichtung und Staubabdichtung eines rotierenden Zylinders. Bei der Dichtungsvorrichtung handelt es sich um eine Labyrinthdichtungsvorrichtung, welche eine Filzdichtung umfasst.
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Weiterhin ist aus der
US 4 509 764 A eine Dichtungsanordnung zum Abdichten eines Raums zwischen einem Zylinder und einem Kolben gegen Staub- und Schmutzpartikel bekannt, wobei die Dichtungsanordnung einen Filzring mit einem rechteckigen Querschnitt aufweist. Eine Seite des Filzrings liegt an einer Schulter des Kolbens an und eine andere Seite des Filzrings liegt an einer radialen Fläche des Kolbens an.
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Weiterhin ist aus der
DE 9400995 U1 ein Dichtungssystem für Wälzlager mit einem am Lageraußenring angeordneten Dichtring bekannt, der mit einer auf der Welle angeordneten Dichtkappe zusammenwirkt und eine oder mehrere Dichtlippen und/oder Dichtspalte und mehrere Fangrinnen oder Fangkammern aufweist, sowie mit Schleuderscheiben versehen ist. Der im Außenring des Wälzlagers befestigte Dichtring erstreckt sich mit einem axialen Bereich bis zur Dichtkappe, mit der er einen Dichtspalt bildet. In der Bohrung des axialen Bereichs ist axial vor dem Wälzlager ein Filzring angeordnet, wobei beiderseits des Filzrings mit Fett gefüllte Kammern vorgesehen sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, welche ein besonders gutes Abfangen von Schmutzpartikeln im Bereich einer Welle ermöglicht, um ein Wandern von Verschmutzungen entlang der Welle zwischen zueinander abgedichteten Bereichen zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
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Die Erfindung betrifft ein Dichtelement für eine Welle, insbesondere für eine Abtriebswelle eines Elektromotors, welches aus Filz bereitgestellt ist. Das Dichtelement weist eine Durchgangsöffnung auf, über welche das Dichtelement auf die Welle aufsteckbar ist. Das bedeutet, dass in einer Einbausituation die Welle durch die Durchgangsöffnung des Dichtelements hindurchgesteckt ist. Das Dichtelement umfasst weiterhin wenigstens eine integrierte Fangkammer, welche einen Eingang aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, Schmutz einzufangen und zu einem Sammelbereich der Fangkammer zu führen. In diesem Sammelbereich ist der gesammelte Schmutz zu halten. Um von einer Staubbeziehungsweise Schmutzquelle verursachten Schmutz besonders sicher und zuverlässig mittels des Dichtelements auffangen zu können, kann es vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Eingang der Schmutzquelle zugewandt ausgerichtet ist. Hierdurch kann besonders zuverlässig der von der Schmutzquelle verursachte Schmutz über den Eingang in den Sammelbereich der Fangkammer geführt und in diesem Sammelbereich der Fangkammer gehalten werden. Um ein Wandern des Schmutzes auf der Welle zu vermeiden, kann eine die Durchgangsöffnung begrenzende Wandung des Dichtelements dazu eingerichtet sein, in Einbaulage auf der Welle zu gleiten. Ist somit die Welle in die Durchgangsöffnung eingesteckt, dann liegt die die Durchgangsöffnung begrenzende Wandung des Dichtelements an der Welle an, wodurch mittels des Dichtelements zwei zueinander unterschiedliche Bereiche entlang der Welle gegeneinander abgedichtet werden können. Das Bereitstellen des Dichtelements aus dem Filz ermöglicht ein besonders reibungsarmes Gleiten der die Durchgangsöffnung begrenzenden Wandung an der Welle bei einem besonders dichten und nahen Anliegen der die Durchgangsöffnung begrenzenden Wandung an der Welle. Die wenigstens eine Fangkammer ermöglicht ein Binden von Schmutz möglichst bald nach dessen Entstehung, insbesondere besonders nah an dessen Entstehungsort, um ein Wandern des Schmutzes entlang der Welle zu vermeiden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement wenigstens zwei gestapelte Filzlagen umfasst und die Fangkammer durch eine Materialaussparung in wenigstens einer dieser Filzlagen bereitgestellt ist. Das bedeutet, dass das Dichtelement mehrlagig ausgebildet ist. Für ein besonders einfaches Bereitstellen der wenigstens einen Kammer kann das Dichtelement insbesondere mindestens drei Filzlagen aufweisen, wobei die Materialaussparung zumindest in einer mittleren der mehreren Filzlagen vorgesehen ist. Durch jeweilige äußere Filzlagen kann die Fangkammer nach außen begrenzt werden. Das Bereitstellen des Dichtelements aus den mehreren Filzlagen ermöglicht ein besonders einfaches Bereitstellen der wenigstens einen Fangkammer. Darüber hinaus ermöglicht das Bereitstellen des Dichtelements aus den jeweiligen Filzlagen ein besonders präzises und individuelles Vorgeben der jeweiligen Geometrie der wenigstens einen Fangkammer. Hierdurch kann die wenigstens eine Fangkammer derart gestaltet werden, dass dieser Schmutz besonders einfach und schnell einsammelt und sicher speichert.
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Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Dichtelement wenigstens eine Vertiefung aufweist, an welche Vertiefung der Eingang anschließt und welche dazu eingerichtet ist, eine Schmutzquelle aufzunehmen, insbesondere zumindest bereichsweise zu umschließen. Das Anschließen des Eingangs an die Vertiefung ermöglicht, dass von der Schmutzquelle bereitgestellter Schmutz möglichst schnell über den Eingang in den Sammelbereich der Fangkammer transportiert werden kann, in welchem der Schmutz sicher zu halten ist. Insbesondere kann das Dichtelement für jede Schmutzquelle eine der jeweiligen Schmutzquelle zugeordnete Vertiefung aufweisen, mittels welcher die jeweilige Schmutzquelle zumindest bereichsweise aufzunehmen ist. Die wenigstens eine Vertiefung des Dichtelements, in welcher die Schmutzquelle zumindest bereichsweise aufzunehmen ist, ermöglicht ein Abfangen von von der Schmutzquelle bereitgestelltem Schmutz zu besonders vielen Richtungen um die Schmutzquelle. Hierdurch kann eine Gefahr eines Wanderns des von der Schmutzquelle bereitgestellten Schmutzes, ohne dass dieser Schmutz in der wenigstens einen Fangkammer des Dichtelements gefangen wird, besonders gering gehalten werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Dichtanordnung für eine Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Welle, einem auf die Welle aufgesteckten Wellenerdungsring sowie mit einem Dichtelement. Bei der Welle kann es sich insbesondere um eine Abtriebswelle eines als Antriebsmaschine ausgebildeten Elektromotors handeln, über welche Antriebsmaschine ein Antriebsmoment für ein Getriebe des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann. Der Wellenerdungsring umfasst ein Ringelement und wenigstens ein an dem Ringelement angeordnetes Erdungselement, beispielsweise ein Bürstenkohlenelement. Insbesondere kann der Wellenerdungsring drei an dem Ringelement angeordnete Erdungselemente umfassen, welche an der Welle anliegen. Das wenigstens eine Erdungselement ermöglicht ein elektrisches Kontaktieren der Welle, wodurch die Welle geerdet werden kann. Das Dichtelement umschließt gemeinsam mit dem Ringelement und der Welle ein Volumen dicht, in welchem das wenigstens eine Erdungselement angeordnet ist. Insbesondere sind in dem Volumen sämtliche Erdungselement, insbesondere die drei Erdungselement des Wellenerdungsrings, angeordnet. Durch das dichte Umschließen des Volumens kann ermöglicht werden, dass von dem wenigstens einen Erdungselement, insbesondere dem Bürstenkohlenelement als Schmutzquelle bereitgestellter Kohlenstaub als Schmutz in dem Volumen gehalten wird und somit ein Wandern des Kohlenstaubs entlang der Welle außerhalb des Volumens zumindest im Wesentlichen vermieden werden kann. Das dichte Umschließen des Volumens ermöglicht, dass von dem wenigstens einen Bürstenkohlenelement ausgesandter Kohlenstaub in dem Volumen sicher gehalten werden kann. Hierdurch kann ein Staubpfad entlang der Welle vermieden werden.
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Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Dichtanordnung einen Radialwellendichtring umfasst, hin zu welchem das Dichtelement das Volumen abdichtet. Der Radialwellendichtring ist insbesondere dazu eingerichtet, einen trockenen Bereich des Elektromotors gegen einen nassen Bereich des Getriebes und somit einen mit Öl geschmierten Bereich des Getriebes abzudichten. Der Radialwellendichtring verhindert somit ein Eintreten des Schmieröls des Getriebes in den Elektromotor. Um zu verhindern, dass sich Kohlenstaub zwischen dem Radialwellendichtring und der Welle ansammelt und infolgedessen einen Spalt zwischen dem Radialwellendichtring und der Welle freihält, über welchen Getriebeöl von dem Getriebe zu dem Elektromotor gelangen kann, wird mittels des Dichtelements das Volumen zu dem Radialwellendichtring hin dicht abgeschlossen. Das Dichtelement stellt somit sicher, dass ein Wandern von Kohlenstaub von dem wenigstens einen Bürstenkohlenelement zu dem Radialwellendichtring hin unterbunden wird. Hierdurch kann eine Gefahr einer Undichtigkeit an dem Radialwellendichtring besonders gering gehalten werden.
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Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Dichtelement aus Filz gebildet ist. Die Ausgestaltung des Dichtelements aus Filz ermöglicht ein besonders sicheres Einfangen von von dem wenigstens einen Erdungselement, insbesondere Bürstenkohlenelement, ausgesandtem Schmutz, insbesondere Kohlenstaub. Darüber hinaus ermöglicht das Bereitstellen des Dichtelements aus dem Filz ein besonders dichtes Anschließen des Dichtelements an die Welle, wodurch ein Staubpfad des Kohlenstaubs entlang der Welle insbesondere zu dem Radialwellendichtring hin mittels des Dichtelements unterbrochen werden kann. Weiterhin kann das Dichtelement aus Filz besonders reibungsarm entlang der Welle gleiten.
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Es ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als das Dichtelement der Dichtanordnung das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement für die Welle beschriebene Dichtelement herangezogen wird. Das bedeutet, dass das Dichtelement die wenigstens eine integrierte Fangkammer aufweist, in welcher der gesammelte Schmutz, insbesondere der Kohlenstaub, gesammelt werden kann. Insbesondere kann das Dichtelement für jedes Erdungselement wenigstens eine Fangkammer aufweisen. Um den von dem wenigstens einen Erdungselement, insbesondere dem Bürstenkohlenelement ausgesandten Schmutz, insbesondere Kohlenstaub besonders sicher mittels des Dichtelements einfangen zu können, kann das Dichtelement für jedes Erdungselement eine Vertiefung aufweisen, in welcher das jeweilige zugeordnete Erdungselement angeordnet ist. Das bedeutet, dass das Dichtelement mit den jeweiligen Vertiefungen über die zugeordneten Erdungselemente übergestülpt ist. Hierdurch sind die jeweiligen Erdungselemente zu besonders vielen Seiten von dem Dichtelement überdeckt, sodass von dem jeweiligen Erdungselement bereitgestellter Schmutz besonders zuverlässig mittels des Dichtelements eingefangen kann. Das Dichtelement überdeckt hierdurch jedes Erdungselement des Wellenerdungsrings in axialer Richtung der Welle zu dem Radialwellendichtring hin. Die jeweiligen den Erdungselementen zugeordneten Fangkammern können jeweils in die den jeweiligen Erdungselementen zugeordneten Vertiefungen münden. Das bedeutet, dass die Eingänge der jeweiligen Fangkammern in die jeweiligen Vertiefungen begrenzenden Wandungen des Dichtelements angeordnet sind. Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Dichtelements für die Dichtanordnung kann der von dem wenigstens einen Erdungselement bereitgestellte Schmutz, insbesondere der Kohlenstaub besonders frühzeitig mittels des Dichtelements eingefangen und besonders sicher in der wenigstens einen Fangkammer des Dichtelements gehalten werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement für jedes Erdungselement eine Vertiefung aufweist, in welcher das jeweilige Erdungselement angeordnet ist, wobei die jeweilige Vertiefung zur Welle hin offen ausgebildet ist und sich in Radialrichtung der Welle zur Welle hin in ihrem Querschnitt vergrößert. Mit anderen Worten weist die jeweilige Vertiefung in radialer Richtung zur Welle hin wenigstens eine Einführschräge auf, insbesondere entlang der Umfangsrichtung, sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn. Über diese Einführschrägen kann von dem wenigstens einen Erdungselement ausgesandter Schmutz, welcher zu der Welle gelangt ist, eingesammelt und zu dem Eingang der wenigstens einen Fangkammer transportiert werden. Das wenigstens eine Erdungselement gleitet für ein Erden der Welle entlang einer Außenoberfläche der Welle, wodurch sich Abrieb des Erdungselements auf der Außenoberfläche der Welle ablagern kann. Die wenigstens eine Einführschräge des Dichtelements ermöglicht ein Absammeln des Abriebs von der Außenoberfläche der Welle und ein Führen des abgesammelten Abriebs als Schmutz zu dem Eingang der wenigstens einen Fangkammer. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass ein besonders großer Anteil von von dem wenigstens einen Erdungselement bereitgestellter Schmutz mittels der wenigstens einen Fangkammer des Dichtelements gefangen wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind für jedes Erdungselement zwei Fangkammern in dem Dichtelement vorgesehen, deren Eingänge in gegenüberliegende Richtungen entlang einer Umfangsrichtung der Welle ausgerichtet sind. Mit anderen Worten können die Eingänge von zwei derselben Vertiefung zugeordneten Fangkammern in die in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Einführschrägen bereitstellende Wandungen des Dichtelements münden. Hierdurch wird ermöglicht, dass sowohl bei einem Drehen der Welle um deren Mittelachse im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Wellenerdungsring und dem Dichtelement der von dem wenigstens einen Erdungselement verursachte Schmutz besonders sicher in wenigstens einer der Fangkammern des Dichtelements gesammelt wird. Durch das Vorsehen von zwei Fangkammern für jedes Erdungselement kann somit die Dichtanordnung für elektrische Maschinen verwendet werden, bei welchen eine Rotationsrichtung der Welle umkehrbar ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen elektrischen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer Dichtanordnung, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Dichtanordnung beschrieben worden ist, über welche eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs gegen ein Getriebe des Kraftfahrzeugs abgedichtet ist. Sowohl die elektrische Maschine als auch das Getriebe sind Teil des elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, über welchen das Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie antreibbar ist. Die beschriebene Dichtanordnung ermöglicht ein besonders dichtes Abtrennen des ölgeschmierten Getriebes von der trocken betriebenen elektrischen Maschine. Hierdurch kann eine besonders hohe Lebensdauer des elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Dichtelements sowie der erfindungsgemäßen Dichtanordnung sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des elektrischen Antriebsstrangs anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die Zeichnung in:
- 1 eine schematische Perspektivansicht einer Dichtanordnung für eine Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Welle, auf welcher ein Wellenerdungsring und ein Radialwellendichtring aufgesteckt sind, wobei jeweilige Bürstenkohlenelemente des Wellenerdungsrings mittels eines auf die Welle aufgesteckten Dichtelements gegen den Radialwellendichtring abgedichtet sind;
- 2 eine schematische Explosionsdarstellung des Dichtelements, welches aus vier miteinander verbundenen Filzlagen bereitgestellt ist und für jedes Bürstenkohlenelement des Wellenerdungsrings eine Vertiefung aufweist, in welcher das jeweilige Bürstenkohlenelement aufnehmbar ist, sowie mit wenigstens einer Fangkammer für jedes der Bürstenkohlenelemente, mittels welchen von dem jeweiligen Bürstenkohlenelement abgeriebener Kohlenstaub einfangbar ist;
- 3 eine schematische Perspektivansicht des Dichtungselements, wobei in jeder Vertiefung des Dichtungselements ein Bürstenkohlenelement angeordnet ist, wobei ein Ringelement des Wellenerdungsrings, an welchem die Bürstenkohlenelemente angeordnet sind, nicht dargestellt ist; und
- 4 eine schematische Schnittansicht des Dichtelements, wobei erkannt werden kann, dass das Dichtelement für jede Vertiefung zu der Welle hin führende Einführschrägen aufweist und für jede Vertiefung eine Fangkammer vorgesehen ist, deren Eingang in eine jeweilige Einführschräge mündet.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Dichtanordnung 10 für eine Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Mittels dieser Dichtanordnung 10 ist vorliegend ein trockener Elektromotor gegen ein nassgeschmiertes Getriebe abzudichten. Dieser Elektromotor kann dazu eingerichtet sein, das Kraftfahrzeug mittels elektrischer Energie anzutreiben. In 1 ist die Dichtanordnung 10 ausschnittsweise vergrößert gezeigt.
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Die Dichtanordnung 10 umfasst eine Welle 12, über welche ein Abtriebsmoment des Elektromotors an das Getriebe übertragen werden kann. In einer Abtriebsrichtung 14 sind auf der Welle 12 vor einem Kugellager 16 ein Wellenerdungsring 18, ein Dichtelement 20 sowie ein Radialwellendichtring 22 angeordnet. Der Übersichtlichkeit halber ist der Radialwellendichtring 22 lediglich ausschnittsweise gezeigt. Der Radialwellendichtring 22 ist dazu eingerichtet, in der Abtriebsrichtung 14 das Getriebes zu dem Elektromotor hin abzudichten, wodurch ein Übertreten von Getriebeöl aus dem Getriebe in den Elektromotor verhindert werden kann.
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Der Wellenerdungsring 18 ist dazu eingerichtet, elektrische Spannungen von der Welle 12 abzuleiten. Hierfür umfasst der Wellenerdungsring 18 wenigstens ein Erdungselement, welches vorliegend als Bürstenkohlenelement 24 ausgebildet ist. Vorliegend umfasst der Wellenerdungsring 18 drei Bürstenkohlenelemente 24, welche an einem Ringelement 26 des Wellenerdungsrings 18 gehalten sind und mittels Federkraft, insbesondere über jeweilige Federn, auf die Welle 12 gedrückt werden. Bei einem Betrieb des Elektromotors dreht sich die Welle 12 relativ zu dem Wellenerdungsring 18, wodurch die Bürstenkohlenelemente 24 über eine Außenoberfläche der Welle 12 gleiten. Durch das Gleiten der Bürstenkohlenelemente 24 entlang der Außenoberfläche der Welle 12 kann Staub von den Bürstenkohlenelementen 24 abgerieben werden. Dieser Staub könnte bei einem Eindringen in das Kugellager 16 dieses Kugellager 16 schädigen und bei einem Erreichen des Radialwellendichtrings 22 eine Undichtigkeit des Radialwellendichtrings 22 bedingen.
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Um das Eindringen des von den Bürstenkohlenelementen 24 verursachten Staubs zu dem Kugellager 16 sowie zu der Radialwellendichtring 22 zu vermeiden, ist das Dichtelement 20 vorgesehen. Das Dichtelement 20 umschließt gemeinsam mit dem Ringelement 26 und der Welle 12 ein Volumen dicht, in welchem die Bürstenkohlenelemente 24 angeordnet sind. Durch das dichte Umschließen des Volumens, in welchem die Bürstenkohlenelemente 24 angeordnet sind, kann ein Verschmutzen des Kugellagers 16 sowie des Radialwellendichtrings 22 zumindest im Wesentlichen vermieden werden. Für das Abdichten des Volumens kann das Dichtelement 20 aus einem Kunststoff ausgebildet sein und eine Dichtlippe aufweisen. Vorliegend ist das Dichtelement 20 jedoch aus Filz gebildet.
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Das Dichtelement 20 ist in 2 in einer Explosionsdarstellung, in 3 in einer schematischen Perspektivansicht und in 4 in einer Querschnittsansicht gezeigt. Wie in 2 besonders gut erkannt werden kann, ist das aus Filz gebildete Dichtelement 20 vorliegend aus mehreren aufeinander gestapelten Filzlagen 28 bereitgestellt. Die Filzlagen 28 weisen jeweils eine Durchgangsöffnung 30 auf, wobei die Filzlagen 28 mit ihren Durchgangsöffnungen 30 konzentrisch zueinander ausgerichtet aufeinander gestapelt sind. In die Durchgangsöffnung 30 ist die Welle 12 einsteckbar, wodurch das Dichtelement 20 auf die Welle 12 aufgesteckt werden kann. Wie in den 3 und 4 besonders gut erkannt werden kann, weist das Dichtelement 20 für jedes Bürstenkohlenelement 24 eine Vertiefung 32 auf. In die jeweiligen Vertiefungen 32 sind die zugeordneten Bürstenkohlenelemente 24 in Einbaulage der Dichtanordnung 10 einsteckbar. Hierdurch werden die Bürstenkohlenelemente 24 durch das Dichtelement 20 zu besonders vielen Seiten hin umschlossen. Die Vertiefungen 32 werden vorliegend durch jeweilige Materialaussparungen 34 in jeweilige Filzlagen 28 des Dichtelements 20 bereitgestellt.
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Das Dichtelement 20 weist weiterhin für jedes Bürstenkohlenelement 24 eine Fangkammer 36 auf. Jede Fangkammer 36 umfasst einen Eingang 38, über welchen Schmutz in die Fangkammer 36 eintreten kann. Weiterhin umfasst jede Fangkammer 36 einen Sammelbereich 40, in welchem der über den Eingang 38 in die jeweilige Fangkammer 36 eingetretene Schmutz gesammelt und insbesondere gehalten werden kann. Die jeweiligen Eingänge 38 der Fangkammern 36 sind den zugeordneten Bürstenkohlenelementen 24 zugewandt ausgerichtet. Hierdurch kann sich von den Bürstenkohlenelementen 24 ablösender Staub über den Eingang 38 in die zugeordnete Fangkammer 36 eintreten und in dem Sammelbereich 40 der Fangkammer 36 gesammelt werden. Ein freies Herumfliegen des Staubs in dem Volumen kann somit zumindest im Wesentlichen vermieden werden. Weiterhin kann ein Austreten des Staubs aus dem Volumen durch das Einfangen des Staubs in den Fangkammern 36 zumindest im Wesentlichen vermieden werden. Die Fangkammern 36 können durch Materialaussparungen 34 in den jeweiligen Filzlagern 28 des Dichtelements 20 bereitgestellt werden. Hierbei können die die Fangkammern 36 bereitstellenden Materialaussparungen 34 insbesondere in mittleren Filzlagen 28 des Dichtelements 20 vorgesehen sein. Um ein Rotieren der Welle 12 sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Wellenerdungsring 18 und dem Dichtelement 20 hinsichtlich entstehenden Staubs abzusichern, können für jede Vertiefung 32 zwei Fangkammern 36 vorgesehen sein, deren jeweilige Einfangrichtungen, in welchen der Schmutz von den jeweiligen Eingängen 38 zu den Sammelbereichen 40 zu transportieren ist, in Umfangsrichtung sich in gegenüberliegende Richtungen ausgehend von der Vertiefung 32 erstrecken.
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Um die Welle 12 mittels der Bürstenkohlenelemente 24 erden zu können, ist es vorgesehen, dass die Bürstenkohlenelemente 24 mit der Außenoberfläche der Welle 12 in Kontakt stehen und entlang der Außenoberfläche der Welle 12 laufen. Hierdurch kann sich Staub auf der Außenoberfläche der Welle 12 ablagern. Um diesen auf der Außenoberfläche der Welle 12 abgelagerten Staub besonders gut in den Fangkammern 36 einfangen zu können, können die jeweiligen Vertiefungen 32 sich in Radialrichtung der Welle 12 zu der Welle 12 hin in ihrem Querschnitt vergrößern. Die jeweiligen Vertiefungen 32 können somit in radialer Richtung zur Welle 12 hin jeweilige Einführschrägen 42 aufweisen. Über die Einführschrägen 42 kann von den Bürstenkohlenelementen 24 bereitgestellter Staub zu den jeweiligen Eingängen 38 der Fangkammern 36 geführt werden.
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Dem beschriebenen Dichtelement 20 beziehungsweise der beschriebenen Dichtanordnung 10 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Abdichtung von rotierenden Bauteilen, welche aus einem Gehäuse ragen, üblicherweise Wellendichtringe zum Einsatz kommen. Diese können insbesondere bei einem Ottomotor dafür sorgen, dass Öl aus einem Kurbelraum nicht über einen Wellenzapfen, welcher eine Verbindung zum Getriebe darstellt, aus dem Kurbelgehäuse fließt. Es werden also ein nasser und ein trockener Wellenabschnitt voneinander getrennt.
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In elektrischen Antriebsmaschinen werden Dichtsysteme benötigt, um einen ölgeschmierten Getriebebereich von einem trockenen Rotor-Stator-Bereich des Elektromotors abzutrennen. Es kann durch eine konstruktive Gestaltung vorstellbar sein, dass durch den Wellenerdungsring 18 erzeugter Kohlenstaub in Richtung des Kugellagers 16 und/oder in Richtung des Radialwellendichtrings 22 wandert und dort deren Funktion beeinträchtigt. Dieser Partikelpfad aus dem Wellenerdungsring 18 über Luft, Gehäusewand oder rotierender Welle 12 ist zu unterbinden. Der Radialwellendichtring 22 kann sehr empfindlich gegenüber Verschmutzungen sein. Partikel aus einem trockenen Wellenabschnitt können unter eine Dichtlippe des Radialwellendichtrings 22 wandern, diese schädigen oder sich unter dieser verklemmen. Als Folge kann Öl von der nassen Seite unter der Dichtlippe hindurchfließen. Infolgedessen ist der Elektromotor undicht.
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Bauraumbedingt können auf der Welle 12 neben dem Radialwellendichtring 22 der Wellenerdungsring 18 und das Kugellager 16 verbaut sein. Im Betrieb drücken die Bürstenkohlenelemente 24 des Wellenerdungsrings 18 auf die Welle 12. Hierbei entsteht über die Lebenszeit eine gewisse Menge Kohlenstaub. Unterwandert der Kohlenstaub die Dichtlippe des Radialwellendichtrings 22, dann kann eine Leckage des Getriebeöls verursacht werden, wodurch es zu Ausfällen der elektrischen Maschine kommen kann. Um das Wandern dieses Kohlenstaubs zu vermeiden, ist das Dichtelement 20 vorgesehen, bei welchem es sich um eine Filzstaubfalle mit Fangkammern 36 handelt.
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Dieses Dichtelement 20 wird zwischen dem Wellenerdungsring 18 und dem Radialwellendichtring 22 angeordnet. Das Dichtelement 20 ist aus mehreren Filzlagen 28 aus vorliegend herkömmlichem Industriefilz bereitgestellt, wobei die mehreren Filzlagen 28 miteinander verklebt sind. Anders als konventionelle Staubschutzfilzringe, welche nur einen kleinen Wellenabschnitt überstreichen, deckt das Dichtelement 20 maximal viel axiale Fläche entlang der Welle 12 ab. Im Mittelteil weist das Dichtelement 20 die wenigstens eine Fangkammer 36 auf, welche tangential von den Bürstenkohlenelementen 24 weggeschleuderte Partikel einfangen und festhalten kann. Die Fangkammern 36 können aufgrund des schichtweisen Aufbaus des Dichtelements 20 aus den mehreren gestapelten Filzlagern 28 besonders einfach bereitgestellt werden. Das beschriebene Dichtelement 20 bietet eine minimalinvasive Möglichkeit, ohne Änderung von Welle 12, Wellenerdungsring 18, Radialwellendichtring 22 oder Gehäuse, ein Unterwandern der Dichtlippe des Radialwellendichtrings 22 mit Kohlenstaub zu vermeiden.
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Das Dichtelement 20 weist ein besonders großes Verdrängervolumen auf, wodurch anders als schmale, ausgerichtete Filzdichtlippen das Dichtelement 20 einen besonders großen Anteil eines möglichen Wanderpfads des Kohlenstaubs ausfüllt. Wo sich das Material des Dichtelements 20 befindet, kann sich der Kohlenstaub nicht im Freiflug befinden. Durch die Welle 12 mitgeschleuderter Staub beziehungsweise mitgeschleuderte Kohlenpartikel werden durch Fliehkräfte tangential zur Wellenoberfläche weggeschleudert. Dieser Staub beziehungsweise diese Kohlenpartikel können mittels der Fangkammern 36 eingefangen werden. Eine innere Wandung, insbesondere die die Durchgangsöffnung 30 begrenzende Wandung des Dichtelements 20, gleitet auf der Welle 12 und kann ein Wandern des Kohlenstaubs längs zur Welle 12 verhindern. Das Dichtelement 20 ermöglicht eine Vermeidung von Staub- und Partikelhäufung am Radialwellendichtring 22 oder am Kugellager 16. Weiterhin ermöglicht das Dichtelement 20 eine Vermeidung von Leckagen. Das Dichtelement 20 ermöglicht, dass Kohlenstaub möglichst am Ort des Geschehens gebunden werden kann. Das Dichtelement 20 ist insbesondere relativ zu einem Gehäuse der Antriebsmaschine fix und rotiert somit nicht mit der Welle 12 mit. Insbesondere kann das Dichtelement 20 in einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs eingebracht werden, ohne dass weitere Komponenten zu ändern sind.
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Bei dem Dichtelement 20 handelt es sich um einen einlegbaren Volumenkörper aus geklebtem Filz, welcher Entstehungsorte für Partikel bestmöglich umschließt. Weiterhin ermöglicht das Dichtelement 20 eine Reduzierung eines freien Volumens, was zu besonders geringen Verwirbelungen führt, welche den Kohlenstaub transportieren. Weiterhin ermöglicht das Dichtelement 20, dass von der Welle 12 mitgeschleuderte Partikel an Kohlenstaub innerhalb der Dichtanordnung 10 zur Ruhe kommen können.
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Insgesamt zeigt die Erfindung, wie eine Filzstaubfalle mit Fangkammern 36, vorliegend das Dichtelement 20, bereitgestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dichtanordnung
- 12
- Welle
- 14
- Abtriebsrichtung
- 16
- Kugellager
- 18
- Wellenerdungsring
- 20
- Dichtelement
- 22
- Radialwellendichtung
- 24
- Bürstenkohlenelement
- 26
- Ringelement
- 28
- Filzlage
- 30
- Durchgangsöffnung
- 32
- Vertiefung
- 34
- Materialaussparung
- 36
- Fangkammer
- 38
- Eingang
- 40
- Sammelbereich
- 42
- Einführschräge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 210715957 U [0002]
- US 4509764 A [0003]
- DE 9400995 U1 [0004]
