DE102022111412A1

DE102022111412A1 - Druckausgleichsvorrichtung für ein Gehäuse, Gehäuse für ein Antriebsstrangelement sowie Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrangelement

Info

Publication number: DE102022111412A1
Application number: DE102022111412.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Kneißl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-05-09
Filing date: 2022-05-09
Publication date: 2023-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung (1), ein Gehäuse (2) sowie ein Kraftfahrzeug (3). Die Druckausgleichsvorrichtung (1) umfasst ein Kanalelement (6), dessen erstes Kanalelementende (7) dazu eingerichtet ist, mit einem Entlüftungsstutzen (4) des Gehäuses (2) dicht verbunden zu werden. Ein zweites Kanalelementende (8) weist auf die gleiche Seite des Kanalelements (6) wie das erste Kanalelementende (7). Eine im zweiten Kanalelementende (8) angeordnete Schwimmkörpereinrichtung (5) umfasst einen Schwimmkörper (22, 23), eine fluidisch durchströmbaren Schwimmkörpersicherung (24, 25) und einen Schwimmkörpersitz (26) und ist zwischen einer Durchströmstellung, in der der Schwimmkörper (22, 23) schwerkraftbedingt auf der Schwimmkörpersicherung (24, 25) ruht und von dem Schwimmkörpersitz (26) gelöst ist, und einer Sperrstellung, in der der Schwimmkörper (22, 23) aufgrund einer in das zweite Kanalelementende (8) eingeströmten Flüssigkeit auftriebskraftbedingt angehoben und dicht in den Schwimmkörpersitz (26) gedrückt ist, verstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung für ein Gehäuse, insbesondere Maschinengehäuse. Zudem betrifft die Erfindung ein Gehäuse bzw. Maschinengehäuse für ein Antriebsstrangelement für ein Kraftfahrzeug. Unter einem Antriebsstrangelement wird hierin zum Beispiel eine elektrische Antriebseinheit, etwa ein Elektromotor, eine Getriebeeinheit, beispielsweise ein Hinterachsgetriebe, eine Hauptgetriebeeinheit etc., verstanden. Die Erfindung betrifft weiter ein Kraftfahrzeug, das mit einem solchem Antriebsstrangelement ausgerüstet ist, welches in dem Gehäuse bzw. Maschinengehäuse angeordnet ist.
Einige Nationen verlangen von Kraftfahrzeugherstellern als Zulassungsvoraussetzung für Kraftfahrzeuge, dass eine Dichtheit eines Gehäuses, in dem beispielsweise die elektrische Antriebseinheit und/oder eine Getriebeeinheit des Kraftfahrzeugs angeordnet sind/ist, nachgewiesen wird. Hierbei kann beispielsweise die international genormte Schutzart IPx7 (IP: International Protection) herangezogen werden, die vorsieht, dass das zu prüfende Gehäuse für 30 Minuten vollständig in Wasser eingetaucht sein muss, wobei während dieser 30 Minuten kein Wasser ins Innere des Gehäuses eindringen darf. Dabei ist ein unterster Punkt des Gehäuses 1 m unter der Wasseroberfläche anzuordnen, sofern das Gehäuse höchstens 850 mm hoch ist. Sofern das Gehäuse höher als 850 mm ist, ist der höchste Punkt des Gehäuses 150 mm unterhalb der Wasseroberfläche anzuordnen.
Ein hermetisches Abschließen des Gehäuses, sodass ein Innenraum des Gehäuses und eine Außenumgebung des Gehäuses luftdicht voneinander abgedichtet sind, kommt nicht infrage, da es aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen der Umgebung des Gehäuses und dem Innenraum des Gehäuses dazu kommen kann, dass sich im Innenraum des Gehäuses Kondensat bildet, das das im Innenraum des Gehäuses befindliche Antriebsstrangelement beschädigt. Kommt es im Innenraum des Gehäuses zu einem Überdruck, wirkt sich dieser nachteilig auf Radialwellendichtungen aus, durch welche hindurch beispielsweise eine Antriebswelle sich aus dem Gehäuseinnenraum in die Umgebung des Gehäuses erstreckt.
Das Dokument DE 10 2008 048 813 A1 offenbart ein Wasserablassventil, das geeignet ist, ein Eindringen von Wasser in ein Lenkungsgehäuse zu verhindern. Bei eindringendem Wasser wird ein Schwimmkörper angehoben und verschließt eine Bohrung.
Die DE 364 901 A offenbart eine Vorrichtung mittels derer es ermöglicht ist, angesammeltes Wasser aus Gehäusen elektrischer Maschinen und Apparate über ein Ventil abzuführen, wobei das Ventil schließt, sobald Wasser von außen eindringt. Wasser, das sich auf dem Boden des Gehäuses angesammelt hat, kann durch ein Sieb zwischen Flächen des Gehäuses und einer Kugel hindurch durch Löcher im Ventilgehäuse abfließen. Damit die Kugel im Ruhezustand die Löcher nicht verschließt, kann der Ventilgehäuseboden erhöht sein oder zum Beispiel Stifte tragen, auf die die Kugel aufsetzt.
Zudem offenbart die DE 10 2012 206 846 B4 eine Sicherheitsanordnung mit einem Schwimmkörper, der in einem äußeren Raum zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, in der ein innerer Raum vom äußeren Raum getrennt ist, bewegbar ist. Ferner weist die Sicherheitsanordnung einen zwischen Filter mit einem Vorsprung auf, der in den äußeren Raum hineinragt.
Überdies offenbart die WO 2011 018 129 A1 eine Verschlussvorrichtung zur kombinierten Bereitstellung einer Notentgasungsfunktion, eines Druckausgleichs sowie einer Kondensatabfuhr für ein gegenüber der Umgebung abgeschlossenes Gehäuse, das zur Aufnahme einer technischen Komponente vorgesehen ist. In einer ersten Verschlussstellung wird gibt ein Verschlusselement einen Pfad frei, der einen Luftaustausch des Gehäuseinneren mit der Umgebung sowie ein Abfließen von Kondenswasser ermöglicht. Trifft auf das Verschlusselement Wasser auf, wird Pfad dichtend verschlossen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders effiziente Lösung zu schaffen, um einen Druckausgleich zwischen einer Gehäusekammer und der Atmosphäre zu gewährleisten, ein Eintreten von Flüssigkeit in die Gehäusekammer aber zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
Eine erfindungsgemäße Druckausgleichsvorrichtung ist für ein Gehäuse, insbesondere eine Gehäusekammer, vorgesehen und weist ein Kanalelement auf, wobei das Kanalelement zwei Kanalelementenden, nämlich ein erstes Kanalelementende und ein zweites Kanalelementende, aufweist. Das erste Kanalelementende ist dazu eingerichtet, mit einem Entlüftungsstutzen des Gehäuses fluidisch dicht verbunden zu werden. Das erste Kanalelementende und das zweite Kanalelementende weisen auf die gleiche Seite des Kanalelements, was bedeutet, dass das Kanalelement beispielsweise v-förmig oder u-förmig ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten weist das Kanalelement zwei Schenkel auf, die miteinander einen Winkel von 0 Grad (einschließlich) und 90 Grad (ausschließlich) einschließen. In bestimmungsgemäßer Einbaulage des Gehäuses in Verbindung mit einer bestimmungsgemäßen Einbaulage der Druckausgleichsvorrichtung weist zumindest das zweite Kanalelementende senkrecht nach unten. In bestimmungsgemäßer Einbaulage der Druckausgleichsvorrichtung - wenn das erste Kanalelementende bestimmungsgemäß mit dem Entlüftungsstutzen des Gehäuses fluidisch dicht verbunden ist - sind ein Innenraum des Gehäuses, beispielsweise eine Gehäusekammer des Gehäuses, und eine Umgebung des Gehäuses, insbesondere die Atmosphäre, mittels des Kanalelements fluidisch miteinander verbunden oder verbindbar.
Um nun eine Lösung zu schaffen, um einen Druckausgleich zwischen der Gehäusekammer und der Atmosphäre zu gewährleisten, ein Eintreten von Flüssigkeit in die Gehäusekammer jedoch zu vermeiden, weist die Druckausgleichsvorrichtung zudem eine Schwimmkörpereinrichtung auf, die im und/oder am zweiten Kanalelementende angeordnet ist. Die Schwimmkörpereinrichtung weist einen Schwimmkörper, eine fluidisch durchströmbare Schwimmkörpersicherung und einen Schwimmkörpersitz auf. Die Schwimmkörpereinrichtung ist zwischen einer Durchströmstellung, in der das Kanalelement für ein Durchströmen mit einem Fluid freigegeben ist, und einer Sperrstellung, in der das Kanalelement gegen ein Durchströmen mit einem Fluid gesperrt ist, verstellbar. In der Durchströmstellung ruht der Schwimmkörper schwerkraftbedingt auf der Schwimmkörpersicherung und ist dadurch von dem Schwimmkörpersitz gelöst. In der Sperrstellung ist der Schwimmkörper aufgrund einer in das zweite Kanalelementende eingeströmten Flüssigkeit auftriebskraftbedingt angehoben und dicht in den Schwimmkörpersitz gedrückt. Demnach ist der Schwimmkörper zwischen dem Schwimmkörpersitz und der Schwimmkörpersicherung bewegbar angeordnet, derart, dass er auf der Flüssigkeit aufschwimmt, die in das zweite Kanalelementende einströmt. Bei der Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um Wasser, was bedeutet, dass der Schwimmkörper - um auf dem Wasser aufschwimmen zu können - eine geringere Dichte als Wasser aufweist.
Wird also das mit der Druckausgleichsvorrichtung ausgelöste Gehäuse untergetaucht, beispielsweise bei einer Überschwemmung oder bei einer Watfahrt, strömt Wasser in das zweite Kanalelementende ein, wodurch der Schwimmkörper auf dem Wasser aufschwimmt und dadurch in/an den Schwimmkörpersitz gedrückt bzw. gedrängt wird. Eine Schwimmkörpersitzgeometrie und eine Außengeometrie des Schwimmkörpers korrespondieren miteinander, sodass - wenn der Schwimmkörper in dem Schwimmkörpersitz sitzt - ein Vorbeiströmen eines Fluids (und somit auch einer Flüssigkeit) an dem Schwimmkörper vorbei - bzw. durch den Schwimmkörpersitz hindurch verhindert ist.
Durch die Druckausgleichsvorrichtung ist eine zuverlässige und gleichzeitig besonders einfache Möglichkeit geschaffen, die Gehäusekammer gegen ein Eindringen von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, zu schützen und dabei einen Druckausgleich zwischen der Gehäusekammer und der Atmosphäre zu gewährleisten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Druckausgleichs- bzw. Entlüftungskonzepten wird auf eine Membran verzichtet, die sich durch Staub und/oder Öl zusetzen und dadurch ihre Funktion verlieren kann. Des Weiteren ist mittels der Druckausgleichsvorrichtung ein Druckausgleich bereits bei geringsten Druckunterschieden möglich, da sich in der Gehäusekammer nicht zuerst ein Druck aufbauen muss, um eine Feder eines Ventilelements zu spannen, um den Druckausgleich zwischen der Gehäusekammer und der Atmosphäre herzustellen. Denn bereits ein geringer Überdruck in der Gehäusekammer kann zu einer verringerten Dichtwirkung von Radialwellendichtungen etc. führen.
Es ist des Weiteren möglich, dass die Druckausgleichsvorrichtung, insbesondere deren Kanalelement, wenigstens ein weiteres erstes Kanalelementende aufweist. Mit anderen Worten kann das Kanalelement zumindest eine Verzweigungsstelle aufweisen, an der das Kanalelement sich wenigstens einmal verzweigt, wodurch das Kanalelement dann das wenigstens eine weitere erste Kanalelementende aufweist. Die ersten Kanalelementenden sind dann jeweils dazu eingerichtet, mit einer jeweiligen Gehäusekammer (desselben Gehäuses oder verschiedener Gehäuse) fluidisch dicht verbunden zu werden, sodass eine Möglichkeit zum Druckausgleich zwischen diesen beiden Gehäusekammern geschaffen ist. Beim Druckausgleich strömt also Luft aus der ersten der beiden Gehäusekammern in das Kanalelement ein und in die anderen der beiden Gehäusekammern ein, da die beiden Gehäusekammern mittels des Kanalelements - indem die ersten Kanalelementenden jeweils mit einer jeweiligen der Gehäusekammern verbunden sind - fluidisch miteinander kommunizieren. Zudem sind die beiden Gehäusekammern jeweils mit dem zweiten Kanalelementende verbunden, sodass ein Druckausgleich auch zwischen der Atmosphäre und den beiden Gehäusekammern gewährleistet ist. Die mehreren ersten Kanalelementenden können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. So ist es möglich, mehr als eine Gehäusekammer an die Druckausgleichsvorrichtung anzuschließen, um erstens einen Druckausgleich zwischen den jeweiligen Gehäusekammern und zweitens einen Druckausgleich zwischen den Gehäusekammern und er Atmosphäre zu gewährleisten.
Gemäß einer Weiterbildung der Druckausgleichsvorrichtung ist vorgesehen, dass eine Längsmittenachse des ersten Kanalelementendes und eine Längsmittenachse des zweiten Kanalelementendes parallel zueinander sind. Auf diese Weise ist die Druckausgleichsvorrichtung besonders kompakt ausgebildet, sodass eine ohnehin bereits angespannte Packaging-Situation beim Herstellen bzw. Konzeptionieren von Kraftfahrzeugen, insbesondere von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, nicht weiter verschärft wird. Es kann in diesem Zusammenhang zum Beispiel vorgesehen sein, dass die beiden Schenkel des Kanalelements parallel zueinander angeordnet sind, das heißt miteinander einen Winkel von 0 Grad einschließen.
Mittels der Schwimmkörpersicherung ist der Schwimmkörper gegen ein Herausfallen aus dem zweiten Kanalelementende gesichert. Während der Schwimmkörper aufgrund der Schwerkraft bzw. aufgrund seiner Gewichtskraft auf der Schwimmkörpersicherung ruht, ist das Kanalelement zum Durchströmen mit einem Fluid freigegeben. Das bedeutet, es kann aus der Gehäusekammer ein Fluid, beispielsweise Luft, in das erste Ende des Kanalelements hineinströmen, durch den freien Schwimmkörpersitz hindurchströmen, an dem Schwimmkörper vorbeiströmen, durch die fluidisch durchströmbare Schwimmkörpersicherung hindurchströmen und schließlich durch das zweite Kanalelementende aus dem Kanalelement, das heißt in die Atmosphäre, hineinströmen. Die Schwimmkörpersicherung ist hierzu fest im/am zweiten Kanalelementende angeordnet.
Bei der Schwimmkörpersicherung handelt es sich gemäß einer weiteren Ausführungsform der Druckausgleichsvorrichtung um eine sieb- oder gitterartige Scheibe. Durch die sieb- oder gitterartige Struktur der Schwimmkörpersicherung ist der Schwimmkörper bestimmungsgemäß zwischen der Schwimmkörpersicherung und dem Schwimmkörpersitz gegen ein Herausfallen aus dem zweiten Kanalelementende gesichert. Dennoch kann Luft durch die Schwimmkörpersicherung hindurchströmen, sodass ein Druckausgleich zwischen der Atmosphäre und der Gehäusekammer ermöglicht ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schwimmkörper eine Schwimmerkugel bzw. ein Körper mit kugelförmiger Form ist. Hierdurch ist einem Gedanken an eine besonders einfache Herstellung der Druckausgleichsvorrichtung in besonderem Maße Rechnung getragen, da auf eine komplizierte Geometrie des Schwimmkörpers verzichtet wird. Zudem ist die Druckausgleichsvorrichtung aufgrund des kugelförmigen Schwimmkörpers besonders zuverlässig, da auf eine Ausrichtung des Schwimmkörpers bzw. der Schwimmerkugel in Bezug zu dem Schwimmkörpersitz nicht geachtet werden muss. Der Schwimmkörpersitz weist - wie bereits dargelegt - eine mit dem Schwimmkörper korrespondierende Schwimmkörpersitzgeometrie auf, was bedeutet, dass der Schwimmkörpersitz beispielsweise gemäß einer Kugelpfanne bzw. Kugelschale ausgebildet sein kann. Weitere Geometrien des Schwimmkörpersitzes, die mit der Schwimmerkugel korrespondieren, sind denkbar, beispielsweise eine kegelstumpfförmige Geometrie, eine zylindrische Geometrie etc.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass - bezogen auf eine Einströmrichtung - stromauf der Schwimmkörpereinrichtung ein Kanalfortsatz an das zweite Kanalelementende fluidisch angeschlossen ist. Unter der Einströmrichtung ist hierin die Richtung zu verstehen, die das Wasser nimmt, wenn es in Richtung hin zu dem Schwimmkörper strömt, das heißt in das zweite Kanalelementende einströmt. Strömt also Luft aus der Gehäusekammer in die Atmosphäre, strömt die Luft entgegen der Einströmrichtung und über das zweite Kanalelementende in die Atmosphäre. Der stromauf der Schwimmkörpereinrichtung an das zweite Kanalelementende fluidisch angeschlossene Kanalfortsatz fungiert als ein Schutzelement für die Schwimmkörpereinrichtung und infolgedessen als ein Schutzelement für das Antriebsstrangelement, das in der Gehäusekammer angeordnet ist. Kommt es - insbesondere bei einer Watfahrt - zu einem Wasserschwall, trifft dieser nicht unmittelbar auf die Schwimmkörpersicherung auf, sondern wird mittels des Kanalfortsatzes am schnellen Aufprallen gehindert. Mit anderen Worten wird der Wasserschwall durch den Kanalfortsatz umgelenkt, sodass verhindert ist, dass der Wasserschwall mit zu hoher Geschwindigkeit auf den Schwimmkörper auftrifft, diesen umspült und letztlich in die Gehäusekammer eindringt, bevor der Schwimmkörper den Schwimmkörpersitz erreicht.
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Druckausgleichsvorrichtung sieht vor, dass das erste Kanalelementende als ein Verbindungselement mit einer vorgegebenen Verbindungsgeometrie ausgeführt ist. Dadurch ist das erste Kanalelementende dazu eingerichtet, mit einem Gegenverbindungselement des Entlüftungsstutzens kraft- und/oder formschlüssig und fluidisch dicht verbunden zu werden. Dabei ist die Verbindungsgeometrie des Verbindungselements durch die Gestalt bzw. die Geometrie des Gegenverbindungselements vorgegeben. So ist es beispielsweise ermöglicht, die Druckausgleichsvorrichtung an bereits bestehende bzw. fertig entwickelte Entlüftungsstutzen und/oder Gehäuse anzuschließen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Druckausgleichsvorrichtung, das heißt dessen erstes Kanalelementende, mit herkömmlichen Entlüftungsvorrichtungen kompatibel ist, sodass beispielsweise eine herkömmliche Entlüftungsvorrichtung durch die Druckausgleichsvorrichtung ersetzt werden kann.
Die Erfindung betrifft weiter ein Gehäuse für ein Antriebsstrangelement, wobei das Gehäuse eine gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Druckausgleichsvorrichtung aufweist. Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, weist das Gehäuse den Entlüftungsstutzen auf, der insbesondere einstückig mit einer Gehäusewandanordnung des Gehäuses ausgebildet sein kann. Sind der Entlüftungsstutzen und die Druckausgleichsvorrichtung bestimmungsgemäß miteinander verbunden, kommuniziert die Gehäusekammer mittels des Entlüftungsstutzens und mittels der Druckausgleichsvorrichtung mit der Atmosphäre. Um einen besonders zuverlässigen Sitz der Druckausgleichsvorrichtung an/auf dem Entlüftungsstutzen zu gewährleisten, kann weiter vorgesehen sein, dass der Entlüftungsstutzen und/oder die Druckausgleichsvorrichtung, insbesondere deren erstes Kanalelementende, eine Arretiereinrichtung aufweisen/aufweist, mittels derer die Druckausgleichsvorrichtung kraft- und/oder formschlüssig gegen ein unbeabsichtigtes Lösen vom Entlüftungsstutzen gesichert ist. Des Weiteren kann zwischen dem Gegenverbindungselement des Entlüftungsstutzens und dem Verbindungselement des ersten Kanalelementendes ein Dichtelement, etwa ein Dichtungsring bzw. O-Ring, vorgesehen sein.
Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen, einen Kraftomnibus, ein Kraftrad etc., das mittels einer Verbrennungskraftmaschine und/oder mittels einer elektrischen Antriebseinheit antreibbar, das heißt fortbewegbar, ist. Demnach kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein rein verbrennungskraftmaschinenbetriebenes Kraftfahrzeug, um ein Hybrid-Kraftfahrzeug oder um ein rein elektrisch antreibbares bzw. fortbewegbares Kraftfahrzeug handeln. Das Kraftfahrzeugt weist das gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Gehäuse auf, in dessen Gehäusekammer ein Antriebsstrangelement aufgenommen ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Antriebsstrangelement um eine elektrische Maschine, um eine elektrische Batterie, um eine Hauptgetriebeeinheit, um eine Differenzialgetriebeeinheit, um eine Verteilergetriebeeinheit etc.
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.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Ansicht eines Gehäuses mit einer Druckausgleichsvorrichtung, wobei eine Schwimmkörpereinrichtung in einer Durchströmstellung angeordnet ist;
2 eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsform einer Schwimmkörpersicherung; und
3 eine schematische Ansicht des Gehäuses mit der Druckausgleichsvorrichtung, wobei die Schwimmkörpereinrichtung in einer Sperrstellung angeordnet ist.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden eine Druckausgleichsvorrichtung 1, ein Gehäuse 2 und ein Kraftfahrzeug 3 in gemeinsamer Beschreibung dargelegt. In 1 und 2 ist das Gehäuse 2 lediglich teilweise dargestellt, und vor Kraftfahrzeug 3 ist lediglich das Gehäuse 2 als Teil des Kraftfahrzeugs 3 dargestellt.
1 zeigt in schematischer Ansicht das Gehäuse 2 des Kraftfahrzeugs 3, wobei an einem Entlüftungsstutzen 4 des Gehäuses 2 die Druckausgleichsvorrichtung 1 angeschlossen ist. 1 zeigt einen Zustand der Druckausgleichsvorrichtung 1, wobei eine Schwimmkörpereinrichtung 5 der Druckausgleichsvorrichtung 1 in einer Durchströmstellung angeordnet ist. Die Druckausgleichsvorrichtung 1 weist ein Kanalelement 6 auf, das ein erstes Kanalelementende 7 und ein zweites Kanalelementende 8 aufweist. Im vorliegenden Beispiel ist das erste Kanalelementende 7 als ein Verbindungselement 9 ausgebildet oder das erste Kanalelementende 7 weist das Verbindungselement 9 auf. Dabei hat das Verbindungselement 9 eine Verbindungsgeometrie, die mit einer Verbindungsgeometrie eines Gegenverbindungselements 10, vorliegend dem Entlüftungsstutzen 4, korrespondiert. Mittels der miteinander korrespondierenden Verbindungsgeometrien des Verbindungselements 9 und des Gegenverbindungselements 10 ist das erste Kanalelementende 7 der Druckausgleichsvorrichtung 1 kraft- und/oder formschlüssig fluidisch dicht mit dem Entlüftungsstutzen 4 verbunden.
Im vorliegenden Beispiel ist es weiterhin vorgesehen, dass der Entlüftungsstutzen 4, das heißt das Gegenverbindungselement 10, einen Rastkragen 11 aufweist, der mit einem Rastkeil 12 des Verbindungselements 9 bzw. des ersten Kanalelementendes 7 korrespondiert. Hierdurch ist verhindert, dass die Druckausgleichsvorrichtung 1 in unbeabsichtigter Weise sich von dem Entlüftungsstutzen 4 löst.
1 zeigt des Weiteren, dass das erste Kanalelementende 7 in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Druckausgleichsvorrichtung 1 in den Entlüftungsstutzen 4 eingreift und außenumfangsseitig an eine Innenumfangseite des Entlüftungsstutzens 4 angrenzt bzw. anliegt. Zwischen der Innenumfangsseite des Entlüftungsstutzens 4 und einer Außenumfangseite des ersten Kanalelementendes 7 ist in einem Bereich, in dem das erste Kanalelementende 7 in den Entlüftungsstutzen 4 hineinragt, ein Dichtungselement 13, vorliegend ein torusförmiger Dichtungsring, angeordnet.
Das Gehäuse 2 weist eine Gehäusewandanordnung 14 auf, die eine Gehäusekammer 15 umschließt bzw. definiert. Das Kraftfahrzeug 3, das das Antriebsstrangelement (nicht dargestellt) aufweist, weist demnach das Gehäuse 2 und infolgedessen die Druckausgleichsvorrichtung 1 auf, da in der Gehäusekammer 15 das Antriebsstrangelement angeordnet ist. Mittels der Druckausgleichsvorrichtung 1 ist ein Druckausgleich zwischen der Gehäusekammer 15 und der Atmosphäre 16 ermöglicht, indem ein Fluid, insbesondere Luft, aus der Gehäusekammer 15 in Ausströmrichtung 17 durch das Kanalelement 6 hindurch in die Atmosphäre 16 strömt. Gleichermaßen kann die Luft in Einströmrichtung 18 durch das Kanalelement 6 hindurch in die Gehäusekammer 15 einströmen.
In 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass eine Längsmittenachse des ersten Kanalelementendes 7 und eine Längsmittenachse 20 des zweiten Kanalelementendes 8 parallel zueinander angeordnet sind. In bestimmungsgemäßer Einbaulage der Druckausgleichsvorrichtung 1 und in bestimmungsgemäßer Einbaulage des die Druckausgleichsvorrichtung 1 aufweisenden Gehäuses 2 weisen also die Kanalelementenden 7, 8 nach unten, insbesondere entgegen einer Hochachse 21 des Kraftfahrzeugs 3. Damit weisen die Kanalelementenden 7, 8 auf dieselbe Seite des Kanalelements 6 bzw. der Druckausgleichsvorrichtung 1.
Im/am zweiten Kanalelementende 8 ist die Schwimmkörpereinrichtung 5 angeordnet, die einen Schwimmkörper 22, vorliegend eine Schwimmerkugel 23, eine fluidisch durchströmbare Schwimmkörpersicherung 24, vorliegend eine sieb- oder gitterartige Scheibe 25, und einen Schwimmkörpersitz 26 aufweist.
In der Durchströmstellung, die in 1 dargestellt ist, ruht der Schwimmkörper 22 bzw. die Schwimmerkugel 23 bedingt durch deren Gewichtskraft 27 auf der Schwimmkörpersicherung 24. Anders ausgedrückt liegt die Schwimmerkugel 23 auf der Scheibe 25 auf.
Denn die Scheibe 25 ist derart in/an dem zweiten Kanalelementende 8 angeordnet, dass eine freie Querschnittsfläche des zweiten Kanalelementendes 8 zumindest soweit durch die Schwimmkörpersicherung 24 eingenommen wird, dass die Schwimmerkugel 23 bzw. der Schwimmkörper 22 nicht aus dem zweiten Kanalelementende 8 herausfallen kann. In diesem Zustand ist also die Schwimmerkugel 23 von dem Schwimmkörpersitz 26 entfernt bzw. gelöst, sodass der Druckausgleich in Ausströmrichtung 17 und in Einströmrichtung 18 möglich ist. Mit anderen Worten ist in diesem Zustand, das heißt in der Durchströmstellung, die Druckausgleichsvorrichtung 1, insbesondere deren Kanalelement 6, von einem Fluid, beispielsweise Luft, durchströmbar. In der Durchströmstellung ist also das Kanalelement 6 für ein Durchströmen mit dem Fluid bzw. mit der Luft freigegeben.
2 zeigt in schematischer Ansicht eine mögliche Ausführungsform der Schwimmkörpersicherung 24 bzw. der sieb- oder gitterartigen Scheibe 25. Es ist zu erkennen, dass die Schwimmkörpersicherung 24 bzw. die Scheibe 25 von einem Fluid, beispielsweise Luft und/oder Wasser, durchströmbar ist, indem die Schwimmkörpersicherung 24 materialfreie Bereiche 28 aufweist, durch welche hindurch das Fluid strömen kann. Natürlich handelt es sich bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Schwimmkörpersicherung 24 um lediglich ein einziges Beispiel aus einer Vielzahl von möglichen Ausgestaltungsformen; die Schwimmkörpersicherung 24 kann beispielsweise im einfachsten Fall als ein Zapfen ausgebildet sein, der innenseitig in das zweite Kanalelementende 8 bzw. in den entsprechenden Kanalabschnitt des Kanalelements 6 hineinragt, sodass die Schwimmerkugel 23 nicht nach unten herausfallen kann.
Die Schwimmkörpereinrichtung 5 ist - siehe 1 - in der Durchströmstellung, wenn das Gehäuse 2 und infolgedessen die Druckausgleichsvorrichtung 1 nicht vollständig unterhalb eines Flüssigkeitsspiegels 29 angeordnet sind. 3 zeigt in schematischer Ansicht das Gehäuse 2 mit der Druckausgleichsvorrichtung 1, wobei die Schwimmkörpereinrichtung 5 in der Sperrstellung angeordnet ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Gehäuse 2 und infolgedessen die Druckausgleichsvorrichtung 1 zumindest soweit in die Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, eingetaucht ist, dass der Flüssigkeitsspiegel 29 soweit in das zweite Kanalelementende 8 gestiegen ist, dass eine dadurch an den Schwimmkörper 22 angreifende Auftriebskraft 30 die Gewichtskraft 27 übersteigt. Denn auf der in das zweite Kanalelementende 8 eingeströmten Flüssigkeit schwimmt dann der Schwimmkörper 22 auf und wird dadurch angehoben und in/an den Schwimmkörpersitz 26 gedrückt, wodurch der Schwimmkörpersitz 26 mittels des Schwimmkörpers 22 fluidisch dicht verschlossen wird. Bei dem Schwimmkörpersitz 26 handelt es sich hier um eine kugelpfannenförmige oder kegelstumpfförmige Verengung eines Querschnitts des Kanalelements 6 im Bereich des zweiten Kanalelementendes 8. In dieser Sperrstellung ist das Kanalelement 6 am Schwimmkörpersitz 26 gegen ein Durchströmen mit einem Fluid und somit gegen ein Durchströmen mit dem Wasser gesperrt. Anders ausgedrückt: In der in 3 dargestellten Sperrstellung der Schwimmkörpereinrichtung 5 ist der Schwimmkörper aufgrund des in das zweite Kanalelementende 8 eingeströmten Wassers auftriebskraftbedingt angehoben und dicht in den Schwimmkörpersitz 26 gedrückt, wodurch das Kanalelement 6 gegen ein Durchströmen mit dem Wasser gesperrt ist.
In 1 und in 3 ist des Weiteren zu erkennen, dass im vorliegenden Beispiel die Druckausgleichsvorrichtung 1 am zweiten Kanalelementende 8 einen Kanalfortsatz 31 aufweist, der sich - bezogen auf die Einströmrichtung 18 - stromauf der Schwimmkörpereinrichtung 5 an das zweite Kanalelementende 8 fluidisch anschließt. Mit anderen Worten ist durch den Kanalfortsatz 31 eine Verlängerung des Kanalelements 6 gebildet, die sich ausgehend von dem zweiten Kanalelementende 8 in Ausströmrichtung 17, vorliegend in Richtung hin zu dem Gehäuse 2, erstreckt. Der Kanalfortsatz 31 fungiert als Schutzelement für die Schwimmkörpereinrichtung 5 und infolgedessen für das in der Gehäusekammer 15 angeordnete Antriebsstrangelement des Kraftfahrzeugs 3. Es wird mittels des Kanalfortsatzes 31 verhindert, dass eine Wasserwelle bzw. ein Wasserschwall zu schnell auf den Schwimmkörper 22 auftrifft und diesen umspült, bevor die Auftriebskraft 30 sich auswirken kann, um den Schwimmkörper 22 bestimmungsgemäß an den Schwimmkörpersitz 26 zu drängen.
Durch die Druckausgleichsvorrichtung 1, durch das Gehäuse 2 und durch das Kraftfahrzeug 3 ist eine jeweilige besonders effiziente Lösung aufgezeigt, um einen Druckausgleich zwischen der Gehäusekammer 15 und der Atmosphäre 16 zu gewährleisten, wobei ein Eintreten von Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, in die Gehäusekammer 15 vermieden ist. So ist eine effiziente Entlüftung einer elektrischen Antriebseinheit und/oder einer Getriebeeinheit, die in der Gehäusekammer 15 angeordnet sind/ist, unter Berücksichtigung der IPx7-Tauglichkeit gegeben. Herkömmliche IPx7-fähige Entlüftungskonzepte sehen eine Membran vor, die sich durch Staub und Öl zusetzen und dadurch blockiert werden kann. Indem bei der Druckausgleichsvorrichtung 1 auf eine solche Membran verzichtet wird, ist die Druckausgleichsvorrichtung 1 vergleichsweise zuverlässig. Zudem ist aufgrund eines Verzichts auf ein federvorgespanntes Ventil bei der Druckausgleichsvorrichtung 1 die Möglichkeit gegeben, den Druckausgleich bereits bei geringsten Druckunterschieden zwischen der Gehäusekammer 15 und der Atmosphäre 16 durchzuführen. Denn in der Durchströmstellung der Schwimmkörpereinrichtung 5 kann die Luft aus der Gehäusekammer 15 ungehindert entweichen. Gleichermaßen kann Luft aus der Atmosphäre 16 ungehindert in die Gehäusekammer 15 strömen - zumindest solange der Flüssigkeitsspiegel 29 unterhalb des zweiten Kanalelementendes 8 oder ggf. unterhalb des freien Endes des Kanalfortsatzes 31 verläuft. Zudem weist die Druckausgleichsvorrichtung 1 eine besonders einfache Struktur bzw. Mechanik auf.
Bezugszeichenliste

1: Druckausgleichsvorrichtung
2: Gehäuse
3: Kraftfahrzeug
4: Entlüftungsstutzen
5: Schwimmkörpereinrichtung
6: Kanalelement
7: erstes Kanalelementende
8: zweites Kanalelementende
9: Verbindungselement
10: Gegenverbindungselement
11: Rastkragen
12: Rastkeil
13: Dichtungselement
14: Gehäusewandanordnung
15: Gehäusekammer
16: Atmosphäre
17: Ausströmrichtung
18: Einströmrichtung
19: Längsmittenachse des ersten Kanalelementendes
20: Längsmittenachse des zweiten Kanalelementendes
21: Hochachse
22: Schwimmkörper
23: Schwimmerkugel
24: Schwimmkörpersicherung
25: Scheibe
26: Schwimmkörpersitz
27: Gewichtskraft
28: materialfreier Bereich
29: Flüssigkeitsspiegel
30: Auftriebskraft
31: Kanalfortsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008048813 A1 [0004]
DE 364901 A [0005]
DE 102012206846 B4 [0006]
WO 2011018129 A1 [0007]

Claims

Druckausgleichsvorrichtung (1) für ein Gehäuse (2), wobei die Druckausgleichsvorrichtung (1) aufweist: - ein Kanalelement (6) mit - einem ersten Kanalelementende (7), das dazu eingerichtet ist, mit einem Entlüftungsstutzen (4) des Gehäuses (2) dicht verbunden zu werden; - einem zweiten Kanalelementende (8), das auf die gleiche Seite des Kanalelements (6) weist wie dessen erstes Kanalelementende (7); - eine im zweiten Kanalelementende (8) angeordnete Schwimmkörpereinrichtung (5) mit einem Schwimmkörper (22, 23), einer fluidisch durchströmbaren Schwimmkörpersicherung (24, 25) und einem Schwimmkörpersitz (26), wobei die Schwimmkörpereinrichtung (5) zwischen einer - Durchströmstellung, in der der Schwimmkörper (22, 23) schwerkraftbedingt auf der Schwimmkörpersicherung (24, 25) ruht und von dem Schwimmkörpersitz (26) gelöst ist, wodurch das Kanalelement (6) für ein Durchströmen mit einem Fluid freigegeben ist, und einer - Sperrstellung, in der der Schwimmkörper (22, 23) aufgrund einer in das zweite Kanalelementende (8) eingeströmten Flüssigkeit auftriebskraftbedingt angehoben und dicht in den Schwimmkörpersitz (26) gedrückt ist, wodurch das Kanalelement (6) gegen ein Durchströmen mit einem Fluid gesperrt ist, verstellbar ist.
Druckausgleichsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsmittenachse (19) des ersten Kanalelementendes (7) und eine Längsmittenachse (20) des zweiten Kanalelementendes (8) parallel zueinander sind.
Druckausgleichsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörpersicherung (24) eine sieb- oder gitterartige Scheibe (25) ist.
Druckausgleichsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (22) eine Schwimmerkugel (23) ist.
Druckausgleichsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf eine Einströmrichtung (18), stromauf der Schwimmkörpereinrichtung (5) ein Kanalfortsatz (31) an das zweite Kanalelementende (8) fluidisch angeschlossen ist.
Druckausgleichsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kanalelementende (7) als ein Verbindungselement (9) mit einer vorgegebenen Verbindungsgeometrie ausgeführt und dadurch dazu eingerichtet ist, mit einem die Verbindungsgeometrie vorgebenden Gegenverbindungselement (10) des Entlüftungsstutzens (4) kraft- und/oder formschlüssig und fluidisch dicht verbunden zu werden.
Gehäuse (2) für ein Antriebsstrangelement, wobei das Gehäuse (2) eine nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildete Druckausgleichsvorrichtung (1) aufweist.
Kraftfahrzeug (3) mit einem Antriebsstrangelement, das in einem nach Anspruch 7 ausgebildeten Gehäuse (2) sitzt.