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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs, und ein die Antriebseinheit umfassendes Fahrzeug.
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Bekannt sind Antriebseinheiten von mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugen, wie Elektrofahrrädern, die einen innerhalb eines Gehäuses aufgenommenen Motor umfassen. Üblicherweise ist das Gehäuse aus mehreren Teilen gebildet, die miteinander verschraubt sind. Zum Schutz des Motors vor Umwelteinflüssen, wie Schmutz und Flüssigkeiten, ist eine fluiddichte Abdichtung erforderlich. Häufig wird dabei ein elastisches Dichtelement, beispielsweise ähnlich eines O-Rings, zwischen den Gehäuseteilen an dessen Rändern eingelegt und verpresst. Durch fertigungsbedingte Toleranzen oder bei der Montage kann es dabei zu ungünstigen mechanischen Belastungen oder nachteiligen Positionierungen des Dichtelements kommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch die Möglichkeit einer besonders zuverlässigen Abdichtung aus. Dabei kann zudem ein hoher Schutz gegen Korrosion bereitgestellt werden. Ferner ist die Antriebseinheit auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Antriebseinheit eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs, umfassend ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil, und eine Dichtung. Der erste Gehäuseteil und der zweite Gehäuseteil des Gehäuses sind dabei miteinander verbindbar ausgebildet, um im verbundenen Zustand einen Aufnahmeraum zu bilden, welcher eingerichtet ist zur Aufnahme eines Elektromotors. Die beiden Gehäuseteile liegen dabei im verbundenen Zustand in einer, insbesondere ringförmig, um den Aufnahmeraum umlaufenden Dichtebene an. Die Dichtung ist im verbundenen Zustand zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil angeordnet. Dabei ist die Dichtung in der Dichtebene vollständig radial innerhalb einer radial äußersten Berandung jeweils des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils angeordnet.
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Mit anderen Worten wird eine Antriebseinheit bereitgestellt, die mindestens zwei Gehäuseteile aufweist, die, beispielsweise durch Verschrauben, miteinander verbindbar sind. Im verbundenen Zustand befindet sich die Dichtung zwischen den beiden Gehäuseteilen, und wird vorzugsweise durch die Verbindung der beiden Gehäuseteile zwischen den Gehäuseteilen eingeklemmt. Dabei ist die Dichtung derart angeordnet, dass diese sich vollständig radial innerhalb der jeweiligen radial äußersten Berandung der beiden Gehäuseteile im Bereich der Dichtebene befindet. Das heißt, in der Dichtebene steht die Dichtung nicht nach radial außen über eines oder beide der beiden Gehäuseteile über, sondern liegt durch die Gehäuseteile geschützt im Inneren des Dichtbereichs.
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Die Antriebseinheit bietet somit den Vorteil, dass diese auf besonders einfache und kostengünstige Weise herstellbar ist und gleichzeitig eine besonders zuverlässige Abdichtung des Gehäuses ermöglicht werden kann. Dadurch, dass die Dichtung sich radial innerhalb der äußersten Berandung der beiden Gehäuseteile an der Dichtebene befindet, kann ein besonders guter mechanischer Schutz der Dichtung bereitgestellt werden. Beispielsweise können Gegenstände von außerhalb der Antriebseinheit die Dichtung nicht berühren und beispielsweise beschädigen. Zudem kann beispielsweise ein optimales gleichmäßiges Verquetschen der Dichtung sichergestellt werden, wodurch die Dichtwirkung besonders hoch ist. Beispielsweise kann ein ungleichmäßiges Verquetschen aufgrund von zum Beispiel gussbedingtem Gehäuseversatz an den Berandungen der Gehäuseteile auf einfache Weise und zuverlässig vermieden werden. Zudem erlaubt die spezielle Anordnung der Dichtung einen optimalen Korrosionsschutz, da beispielsweise Korrosionsschutz-Beschichtungen des Gehäuses auch im Bereich des Übergangs zwischen den beiden Gehäuseteilen optimal so ausgebildet werden können, dass Endbereiche der Beschichtungen, beispielsweise an spanend bearbeiteten Oberflächen, innerhalb des abgedichteten Bereichs liegen. Somit kann auch eine besonders hohe Lebensdauer des Gehäuses der Antriebseinheit ermöglicht werden.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Bevorzugt ist eine Kontaktfläche zwischen erstem Gehäuseteilen und zweitem Gehäuseteilen radial innerhalb der Dichtung angeordnet. Mit anderen Worten ist die Dichtung, bevorzugt vollständig, radial außerhalb der Kontaktfläche angeordnet. Beispielsweise kann die Kontaktfläche mittels spanender Bearbeitung hergestellt sein, um auf einfache Weise eine hohe Genauigkeit der mechanischen Verbindung der beiden Gehäuseteile zu ermöglichen. Beispielsweise können die beiden Gehäuseteile an der Kontaktfläche unmittelbar in Kontakt miteinander stehen, oder alternativ bevorzugt indirekt, beispielsweise über ein dazwischen liegendes Bauteil. Dadurch, dass die Kontaktfläche radial innerhalb der Dichtung liegt, kann eine besonders zuverlässige Dichtigkeit des Gehäuses ermöglicht werden.
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Besonders bevorzugt umfasst die Antriebseinheit ferner eine Dichtscheibe, welche zwischen den beiden Gehäuseteilen angeordnet ist, und an welcher die beiden Gehäuseteile im verbundenen Zustand jeweils anliegen. Die Dichtscheibe ist dabei radial innerhalb der Dichtung angeordnet. Beispielsweise kann die Dichtscheibe als ebene, insbesondere im Wesentlichen ringförmige, Scheibe ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Dichtscheibe dabei eingerichtet sein, um eine Toleranzlage der Gehäuseteile im verbundenen Zustand einzustellen. Damit kann eine besonders einfache Fertigung und Montage der Antriebseinheit erfolgen.
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Bevorzugt ist die Dichtscheibe aus Metall gebildet, beispielsweise Stahl oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
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Vorzugsweise ist die Dichtscheibe beschichtet ausgebildet, insbesondere mittels einer Korrosionsschutzbeschichtung. Alternativ bevorzugt kann die Dichtscheibe beschichtungslos ausgebildet sein.
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Weiter bevorzugt weist das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil eine Beschichtung auf. Die Beschichtung erstreckt sich dabei ausgehend von der jeweiligen Berandung des entsprechenden Gehäuseteils nach radial innen mindestens bis zur Dichtung. Das heißt, die Dichtung liegt vorzugsweise auf einem beschichteten Teilbereich von bevorzugt jedem der beiden Gehäuseteile auf. Die Beschichtung kann sich somit ausgehend von der Dichtung nach außerhalb, das heißt einer dem Aufnahmeraum abgewandten Seite der Dichtung, vollständig über die jeweiligen Gehäuseteile erstrecken, sodass ein vollständiger und besonders zuverlässiger Schutz, insbesondere Korrosionsschutz, des Gehäuses bereitgestellt werden kann. Dadurch ist ein Unterwandern der Dichtfläche durch Korrosion des Metalls ausgeschlossen.
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Insbesondere ist die Beschichtung als eine Korrosionsschutz-Beschichtung ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist die Beschichtung eine Pulverbeschichtung. Damit kann ein Korrosionsschutz auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden.
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Vorzugsweise weist der erste Gehäuseteil und/oder der zweite Gehäuseteil eine Nut auf, innerhalb welcher im verbundenen Zustand der beiden Gehäuseteile die Dichtung angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Nut die entsprechende Dichtfläche des Gehäuseteils auf. Dadurch kann eine besonders einfache und genau definierte Anordnung der Dichtung erfolgen. Zudem kann beispielsweise ein optimaler Schutz der Dichtung vor äußeren mechanischen Einflüssen oder dergleichen bereitgestellt werden, da diese im verbundenen Zustand der Gehäuseteile beispielsweise teilweise durch die Nut geschützt ist
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Bevorzugt ist die Dichtung als eine Formteil-Dichtung ausgebildet. Als Formteil-Dichtung wird insbesondere eine Dichtung angesehen, die einen Querschnitt mit einer vorbestimmten Formteil-Geometrie aufweist. Beispielsweise kann eine derartige Formteil-Geometrie mehrere vorstehende Dichtlippen aufweisen, um eine besonders gute Abdichtung erzielen zu können.
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Besonders bevorzugt weist die Dichtung einen im wesentlichen X-förmigen oder V-förmigen Querschnitt auf. Beispielsweise können dabei durch den X-förmigen Querschnitt jeweils zwei sich gegenüberliegende Dichtlippen an der Dichtung ausgebildet sein, wobei jeweils zwei dieser Dichtlippen an einem der beiden Gehäuseteile anliegen. Im Falle eines V-förmigen Querschnitts können beispielsweise an einer Seite der Dichtung zwei Dichtlippen und auf der anderen Seite genau eine Dichtlippe vorgesehen sein. Damit kann eine besonders effektive und zuverlässige Dichtwirkung bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise weist der erste Gehäuseteil und/oder der zweite Gehäuseteil radial außerhalb der Dichtung einen vorstehenden Überstand auf. Insbesondere steht der Überstand ausgehend von der entsprechenden Dichtfläche in Richtung des jeweils anderen Gehäuseteils vor. Dadurch kann ebenfalls eine definierte Lage der Dichtung ermöglicht werden, und zudem ein guter Schutz der Dichtung vor äußeren mechanischen Einwirkungen
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Bevorzugt weist jeder Gehäuseteil mehrere Schraubdome auf. Insbesondere weist jeder Schraubdom eine Sacklochbohrung oder ein Durchgangsloch auf, sodass die beiden Gehäuseteile an den Schraubdomen mittels jeweils einer Schraube pro Schraubdom-Paar miteinander verschraubt werden können. Jeweils gegenüberliegende Schraubdome der beiden Gehäuseteile berühren sich dabei im verbundenen, das heißt im verschraubten, Zustand der beiden Gehäuseteile. Dadurch kann eine einfache, zuverlässige und feste Montage der beiden Gehäuseteile zu dem Gehäuse erfolgen. Vorzugsweise erfolgt dabei eine zusätzliche Dichtwirkung an jedem Schraubdom durch eine erhöhte Flächenpressung der sich berührenden Schraubdome.
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Vorzugsweise sind die Schraubdome radial innerhalb der Dichtung angeordnet. Mit anderen Worten sind die Schraubdome Aufnahmeraum-zugewandt der Dichtung, insbesondere innerhalb des Aufnahmeraums, angeordnet. Dadurch sind auch die Schraubdome vor äußeren Einflüssen abgedichtet bzw. geschützt.
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Weiter bevorzugt ist jedes der beiden Gehäuseteile an jedem Schraubdom beschichtungslos ausgebildet. Dadurch kann das Material der beiden Gehäuseteile an den Schraubdomen in Kontakt miteinander stehen, was sich besonders vorteilhaft auf eine elektromagnetische Verträglichkeit der Antriebseinheit auswirkt, da sich beispielsweise elektrische Potenziale zwischen den beiden Gehäuseteilen über die beschichtungslosen Schraubdome ausgleichen können. Beispielsweise können die Schraubdome bei der Herstellung der Antriebseinheit durch nachträgliches, vorzugsweise spanendes, bearbeiten der Schraubdome beschichtungslos ausgebildet werden.
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Vorzugsweise sind die beiden Gehäuseteile aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gebildet. Somit kann eine besonders leichtgewichtige Antriebseinheit bereitgestellt werden. Bei derartigen Gehäuseteilen wirkt sich die optimierte Dichtigkeit durch die Dispensdichtung zudem besonders vorteilhaft aus, da die beschichteten Gehäuseteile aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung besonders zuverlässig vor Korrosion geschützt werden können.
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Vorzugsweise ist die Dichtung aus einem Elastomer, besonders bevorzugt aus Silikon, gebildet. Damit kann eine einfache und kostengünstige Bereitstellung der Dichtung erfolgen und eine zuverlässige Dichtwirkung bereitgestellt werden.
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Weiterhin führt die Erfindung zu einem mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeug, vorzugsweise einem Elektrofahrrad, das die beschriebene Antriebseinheit umfasst. Vorzugsweise ist die Antriebseinheit im Bereich eines Tretlagers des Elektrofahrrads angeordnet und umfasst insbesondere einen Elektromotor, mittels welchem ein zur Unterstützung der Tretkraft des Fahrers geeignetes Motordrehmoment erzeugt werden kann. Bevorzugt umfasst das Fahrzeug ferner einen Fahrzeugrahmen mit einer Rahmenschnittstelle, wobei die Antriebseinheit mit der Rahmenschnittstelle verschraubt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine Detailansicht der Antriebseinheit der 1,
- 3 eine Detail-Schnittansicht der Antriebseinheit der 1,
- 4 eine Detail-Schnittansicht einer Antriebseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 5 eine alternative Detail-Schnittansicht der Antriebseinheit der 4.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs 100, welches eine Antriebseinheit 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst. Bei dem Fahrzeug 100 handelt es sich um ein Elektrofahrrad. Die Antriebseinheit 10 ist im Bereich eines Tretlagers angeordnet und umfasst vorzugsweise einen Elektromotor und ein Getriebe und ist vorgesehen, um mittels eines durch den Elektromotor erzeugten Drehmoments eine mittels Muskelkraft erzeugte Tretkraft des Fahrers motorisch zu unterstützen. Der Elektromotor der Antriebseinheit 2 wird dabei von einem elektrischen Energiespeicher 109 des Fahrzeugs 100 mit elektrischer Energie versorgt.
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Details der Antriebseinheit 10 des ersten Ausführungsbeispiels sind in den 2 und 3 dargestellt.
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Die Antriebseinheit 10 umfasst ein Gehäuse 20, welches mehrteilig ausgebildet ist, im Detail mit einem ersten Gehäuseteil 1 und einem zweiten Gehäuseteil 2.
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Die beiden Gehäuseteile 1, 2 sind mittels mehreren Schrauben miteinander verschraubbar ausgebildet. Bevorzugt ist dabei eine Außenseite der Gehäuseteile 1, 2 beschichtet ausgebildet. Insbesondere liegt dabei an einem Schraubenkopf jeder Schraube, der im vollständig verschraubten Zustand an einer Außenseite des Gehäuseteils 1, 2 anliegt, eine zusätzliche Dichtwirkung zwischen dem Schraubenkopf und dem Gehäuseteil durch eine Komprimierung der Beschichtung vor.
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Im verbundenen Zustand bilden die beiden Gehäuseteile 1, 2 im Inneren des Gehäuses 20 einen Aufnahmeraum 5 aus, in welchem der Elektromotor und das Getriebe angeordnet werden können.
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Um im geschlossenen Zustand des Gehäuses 20, das heißt im verbundenen Zustand der beiden Gehäuseteile 1, 2 eine Abdichtung des Aufnahmeraums 5, um insbesondere einen Fluideintritt in den Aufnahmeraum 5 zu verhindern, umfasst die Antriebseinheit 10 eine Dichtung 3.
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Die Dichtung 3 ist aus einem Elastomer, wie vorzugsweise Silikon, als Dichtmaterial gebildet, und ist derart ausgebildet, dass diese durch die Verschraubung der Gehäuseteile 1, 2 miteinander zwischen jeweiligen Dichtflächen verpresst wird, um eine zuverlässige fluiddichte Abdichtung des Gehäuses 20 bereitstellen zu können.
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Die Dichtung 3 ist im verbundenen Zustand zwischen dem ersten Gehäuseteil 1 und dem zweiten Gehäuseteil 2 angeordnet.
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Zusätzlich umfasst die Antriebseinheit 10 eine Dichtscheibe 9, die zwischen den beiden Gehäuseteilen 1, 2 angeordnet ist. Die Dichtscheibe 9 ist dabei ringförmig um den Aufnahmeraum 5 umlaufend ausgebildet und als eine ebene Metallscheibe ausgebildet. Jeweilige Dichtflächen 16 der Gehäuseteile 1, 2 liegen im verbundenen Zustand an den gegenüberliegenden Seiten der Dichtscheibe 9 an.
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Die Dichtscheibe 9 befindet sich dabei radial innerhalb der Dichtung 3. Beispielsweise kann mittels der Dichtscheibe 9, insbesondere über dessen Dicke, auf einfache und kostengünstige Weise eine Toleranzlage und ein axialer Abstand der beiden Gehäuseteile 1, 2 eingestellt werden. Die Dichtscheibe 9 kann beispielsweise beschichtet, insbesondere mit einer Korrosionsschutzbeschichtung, oder unbeschichtet ausgebildet sein.
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Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel liegt somit an den beiden Kontaktflächen zwischen erstem Gehäuseteil 1 und Dichtscheibe 9 und zweitem Gehäuseteil 2 und Dichtscheibe 9 jeweils eine Dichtebene 15 vor.
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Die Dichtung 3 ist dabei derart angeordnet, dass diese sich in jeder der Dichtebenen 15 vollständig radial innerhalb einer radial äußersten Berandung 11, 12 jeweils des ersten Gehäuseteils 1 und des zweiten Gehäuseteils 2 befindet. Das heißt, kein Teilbereich der Dichtung 3 ragt in radialer Richtung über die beiden radial äußersten Berandungen 11, 12 der Gehäuseteile 1, 2 hinaus. Somit befindet sich die Dichtung 3 ausschließlich innerhalb eines Spalts zwischen den beiden Gehäuseteilen 1, 2.
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Die beiden Gehäuseteile 1, 2 weisen ferner eine Beschichtung 4 auf, die als Korrosionsschutzbeschichtung ausgebildet ist. Die Beschichtung 4 ist dabei an einer jeweiligen Außenseite des Gehäuseteils 1, 2 angeordnet und erstreckt sich ausgehend von der radial äußersten Berandung 11, 12 bis in den Spalt zwischen den beiden Gehäuseteilen 1, 2 und mindestens bis zur Dichtung 3. Im Detail erstreckt sich die Beschichtung 4 von radial außen bis zu der jeweiligen Dichtfläche 16, auf der die Dichtscheibe 9 anliegt.
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Die Dichtflächen 16 können dabei als spanend bearbeitete Oberflächen ausgebildet sein, um einen präzisen mechanischen Kontakt zwischen den Gehäuseteilen 1, 2 und der Dichtscheibe 9 bereitzustellen.
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Die Dichtung 3 ist beispielsweise als vollständig um den Aufnahmeraum 5 umlaufende ringförmige Dichtung ausgebildet, beispielsweise ähnlich eines O-Rings. Beispielsweise kann ein Querschnitt der Dichtung 3, wie in 3 zu erkennen, im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sein.
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Die Antriebseinheit 10 bietet dabei durch die spezielle Anordnung der Dichtung 3 in dem Bereich der vollständig radial innerhalb äußersten Grenzen des Gehäuses 20 liegt den Vorteil einer besonders guten Schutzwirkung der Dichtung 3 vor mechanischen Einwirkungen von außen oder dergleichen. Beispielsweise kann eine Beschädigung der Dichtung 3 durch Gegenstände an der Außenseite des Gehäuses 20 vermieden werden. Zudem wird sichergestellt, dass beispielsweise ein gussbedingter Gehäuseversatz nicht zu einer ungleichmäßigen Verpressung der Dichtung 3 führt, was die Dichtwirkung einschränken würde. Ferner ist die Anordnung der Dichtung 3 vollständig auf beschichteten Oberflächen vorteilhaft, da hierdurch ein Korrosionsrisiko besonders effektiv reduziert werden kann. Insbesondere ist es vorteilhaft, die bearbeiteten Oberflächen nach radial innerhalb der Dichtung 3 zu verlegen, da beispielsweise hierdurch möglicherweise zusätzlich abplatzende Bereiche der Beschichtung 4 am Übergang zwischen Beschichtung 4 und bearbeiteten Bereich zuverlässig mit innerhalb des abgedichteten Bereichs des Gehäuses 20 liegen.
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Die 4 und 5 zeigen Detail-Schnittansichten einer Antriebseinheit 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 3, mit dem Unterschied einer alternativen Ausgestaltung der Dichtung 3 und der Gehäuseteile 1, 2 im Bereich der Dichtung 3.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 3 als eine Formteildichtung ausgebildet. Dabei weist die Dichtung 3 im Wesentlichen eine X-Form auf. Das heißt, pro Gehäuseteil 1, 2 sind jeweils zwei separate Dichtlippen vorgesehen, die auf der jeweiligen Dichtfläche aufliegen.
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Das zweite Gehäuseteil 2 weist zudem eine Nut 6 auf, innerhalb der im verbundenen Zustand der beiden Gehäuseteile 1, 2 die Dichtung 3 angeordnet ist.
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Zusätzlich umfasst das erste Gehäuseteil 1 einen vorstehenden Überstand 7, der in axialer Richtung bzw. in Richtung des zweiten Gehäuseteils 2 über die Auflagefläche der Dichtung 3 am ersten Gehäuseteil 1 übersteht. Der Überstand 7 befindet sich dabei radial außerhalb der Dichtung 3, insbesondere unmittelbar an der radial äußersten Berandung 11 des ersten Gehäuseteils 1 angrenzend.
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Durch die Nut 6 und den Überstand 7 kann ein noch weiter verbesserter mechanischer Schutz der Dichtung 3 bereitgestellt werden. Zudem kann ein Spalt an den radial äußersten Berandungen 11, 12 minimiert werden, sodass beispielsweise ein Eindringen von Schmutz oder Strahlwasser vermieden oder auf ein Minimum reduziert werden kann.
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Zudem unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel durch den Kontaktbereich zwischen den beiden Gehäuseteilen 1, 2. Im zweiten Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist keine Dichtscheibe 9 vorhanden. Stattdessen erfolgt der Kontakt zwischen den beiden Gehäuseteilen 1, 2 an den Schraubdomen 8. Das heißt, die einzige Dichtebene 15 liegt an den Schraubdomen 8 vor. Die Schraubdome 8 sind dabei jeweils radial innerhalb der Dichtung 3 angeordnet.
