DE102010049610A1 - Elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem ein Fahrzeugrad antreibenden Radnabenantrieb, insbesondere einem Radnabenmotor.
- Damit eine einen Radnabenantrieb aufweisende elektrische Antriebseinheit den in der Automobilindustrie gängigen Anforderungen an die Nutzungsdauer entspricht, muss der Radnabenantrieb eine entsprechende Abdichtung aufweisen. Problematisch hierbei ist die Tatsache, dass im Innenraum eines Radnabenantriebs, je nach Jahreszeit, Witterung und Betriebszustand, Temperaturen zwischen –30° und +50°C auftreten können. Wird der Radnabenantrieb mit einer herkömmlichen Dichtung hermetisch gegenüber der Umgebung abgedichtet, baut sich während des Betriebs des Radnabenantriebs infolge der Erwärmung ein stark erhöhter Innendruck in dem Innenraum des Radnabenantriebs auf, der dazu führen kann, dass die im Radnabenantrieb eingeschlossene Luft die Dichtlippen eines zur Abdichtung vorgesehenen Dichtungselements anheben und einen zumindest teilweise Druckausgleich nach außen herbeiführen kann. Während der nachfolgenden Stillstandsphase des Radnabenantriebs kühlt der Radnabenantrieb aus, die Luft im Innenraum des Radnabenantriebs zieht sich zusammen, es baut sich ein Unterdruck gegenüber der Umgebung außerhalb des Radnabenantriebs auf. Wird dieser Unterdruck zu groß, lässt das Dichtungselement über die Dichtlippen Luft aus der Umgebung in den Innenraum des Radnabenantriebs eindringen, so dass der Radnabenantrieb „atmet”. Dies bewirkt zum einen, dass die Dichtungsreibung und damit der Verschleiß des Dichtungselements erhöht wird, wenn während des Druckausgleichs erhöhte Anpresskraft auf die Dichtlippen des Dichtungselements wirken. Zum anderen können bei der Zufuhr von Luft durch die geöffneten Dichtlippen Fremdkörper oder Flüssigkeiten, wie Wasser, in den Innenraum des Radnabenantriebs transportiert werden. Diese können sowohl an dem Radnabenantrieb selber als auch an der aktiven Dichtfläche des Dichtungselements des Radnabenantriebs Beschädigungen hervorrufen.
- Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei welcher ein verringerter Verschleiß der Dichtungselemente als auch des Radnabenantriebs selber erreicht wird.
- Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug weist einen ein Fahrzeugrad antreibenden Radnabenantrieb auf, wobei der Radnabenantrieb ein reibungsbehaftetes Dichtungselement aufweist, mittels welchem der Innenraum des Radnabenantriebs gegenüber der Umgebung luftdicht abgeschlossen ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Belüftungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher eine Druckdifferenz zwischen dem in dem Innenraum des Radnabenantriebs herrschenden Luftdrucks und dem in der Umgebung herrschenden Luftdrucks durch Verschieben von Luftvolumina ausgleichbar ist.
- Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit weist hierbei vorzugsweise einen Radnabenantrieb auf, dessen Innenraum gegenüber der Umgebung, d. h. dem Raum außerhalb des Radnabenantriebs, mittels eines reibungsbehafteten Dichtungselements luftdicht abgedichtet ist. Würde die Abdichtung über ein als eine Labyrinthdichtung ausgebildetes Dichtungselement erfolgen, kann zwar ein Druckausgleich über das Dichtungselement selber erfolgen, jedoch besteht hierbei die Gefahr des Ansaugens von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, und/oder von Fremdkörpern aus der Umgebung in den Innenraum des Radnabenantriebs. Dadurch, dass erfindungsgemäß eine Belüftungseinrichtung zusätzlich zu einem reibungsbehafteten Dichtungselement vorgesehen ist, ist es möglich, einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Radnabenantriebs und der Umgebung sicherstellen zu können und gleichzeitig mittels der Belüftungseinrichtung Fremdkörper aus der angesaugten Luft zuverlässig herausfiltern zu können, indem mittels der Belüftungseinrichtung die Luftvolumina derart geführt werden, dass sichergestellt werden kann, dass die Fremdkörper nicht in den Innenraum des Radnabenantriebs eindringen können. Die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgeführt, dass die durch Erwärmung und Abkühlung entstehende Luftvolumendifferenz zwischen dem Innenraum des Radnabenantriebs und der Umgebung derart verschoben wird, dass sich bei einem mittels des Dichtungselements luftdicht abgeschlossenen Radnabenantriebs im Innenraum des Radnabenantriebs keine nennenswerte Druckdifferenz zur Umgebung ausbilden kann. Die dabei verschobenen Luftvolumina werden dabei derart geführt, dass gewährleistet werden kann, dass weder Fremdkörper, insbesondere in Form von Verschmutzungen, noch Wasser in den Innenraum des Radnabenantriebs eindringen können. Damit ist es möglich, das Dichtungselement vor Beschädigungen und Verschleiß zu schützen und gleichzeitig den Radnabenantrieb selber vor in den Radnabenantrieb eindringenden Fremdkörpern und/oder eindringenden Flüssigkeiten zu schützen.
- Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Belüftungseinrichtung eine Luftführungsleitung auf, wobei die Luftführungsleitung einen ersten in den Innenraum des Radnabenantriebs führenden Endabschnitt und einen in die Umgebung führenden zweiten Endabschnitt aufweist. Hierfür ist vorzugsweise an dem Radnabenantrieb eine Bohrung vorgesehen, über welche die Luftführungsleitung mit ihrem ersten Endabschnitt in den Innenraum des Radnabenantriebs geführt ist. Die Luftführungsleitung dient hierbei als Führungsleitung für Abluft und Zuluft von und zu dem Radnabenantrieb. Die Bohrung ist vorzugsweise in einem Radlagerzapfen des Radnabenantriebs oder außerhalb eines Radlagers des Radnabenantriebs an einem nicht drehenden Teil des Radnabenantriebs vorgesehen. Mittels der Luftführungsleitung ist es möglich, einen sicheren und optimalen Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Radnabenantriebs und der Umgebung zur Verfügung zu stellen. Die Luftführungsleitung kann dabei beispielsweise als ein flexibler oder starrer Schlauch ausgebildet sein.
- Die Luftführungsleitung ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit ihrem zweiten Endabschnitt in einem Innenraum eines Kraftfahrzeuges geführt. Damit kann aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs gereinigte und trockene Luft über die Luftführungsleitung angesaugt werden und in den Innenraum des Radnabenantriebs transportiert werden.
- Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Luftführungsleitung mit ihrem zweiten Endabschnitt an einer Lüftungseinrichtung des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Die Lüftungseinrichtung kann dabei als in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs vorgesehene Lüftungsanlage oder als in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs vorgesehene Klimatisierungsanlage ausgebildet sein, wobei die aus der Lüftungs- oder Klimatisierungsanlage vorgesehene gereinigte und trockene Luft angesaugt werden kann und über die Luftführungsleitung in den Innenraum des Radnabenantriebs transportiert werden kann, um dort einen Druckausgleich herstellen zu können. Dadurch, dass die Luftführungsleitung mit ihrem zweiten Endabschnitt in den Innenraum des Kraftfahrzeuges bzw. in eine Lüftungseinrichtung des Kraftfahrzeuges geführt ist, wird verhindert, dass über die Luftführungsleitung Fremdkörper und/oder Flüssigkeiten in den Innenraum des Radnabenantriebs über die Luftführungsleitung transportiert werden können.
- Alternativ hierzu ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Luftführungsleitung an ihrem zweiten Endabschnitt als ein schnorchelförmiger Schlauch ausgebildet ist. Der schnorchelförmige Schlauch kann sowohl als starrer oder auch als flexibler Schlauch ausgebildet sein. Das freie Schlauchende des schnorchelförmigen Schlauches ist vorzugsweise an einer Position in der Umgebung außerhalb des Kraftfahrzeugs und außerhalb des Fahrzeugrades angeordnet, welche gar nicht oder nur in geringen Maße mit Fremdkörpern und/oder Flüssigkeiten in Kontakt kommen kann. Das freie Schlauchende ist bevorzugt im Außenbereich des Radkastens des Kraftfahrzeuges zwischen dem Fahrzeugrad und dem Kraftfahrzeug vorgesehen. Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass das freie Schlauchende zur Straße hin ausgerichtet ist, damit steigendes Wasser bis zu einem gewissen Maß durch den Gegendruck im Innenraum des Radnabenantriebs zurückgehalten werden kann. Sollte das Fahrzeugrad im tiefen Wasser stehen, dient der schnorchelförmige Schlauch dazu, einen Druckausgleich oberhalb der Wasserlinie ermöglichen zu können.
- Der schnorchelförmige Schlauch weist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein einen Schwimmkörper aufweisendes Ventil auf. Das Ventil ist dabei vorzugsweise unmittelbar vor dem freien Schlauchende angeordnet, wobei der Schwimmkörper derart in dem Ventil geführt ist, dass er durch die in das freie Schlauchende eindringende Flüssigkeit angehoben werden kann und dadurch abdichtend gegen das freie Schlauchende gedrückt wird, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit in den schnorchelförmigen Schlauch und damit in die Luftführungsleitung hin zu dem Innenraum des Radnabenantriebs eindringen kann. Der Schwimmkörper ist dabei vorzugsweise als Kugel ausgebildet, welcher innerhalb des Ventils frei beweglich ist.
- Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Belüftungseinrichtung eine volumenveränderbare Einrichtung aufweist. Die volumenveränderbare Einrichtung kann dabei als ein Ausgleichsraum ausgebildet sein, innerhalb welchem sich in dem Innenraum des Radnabenantriebs erzeugtes Zusatzvolumen an Luft ausdehnen kann. Beispielsweise ist die volumenveränderbare Einrichtung als eine Art Faltenbalg ausgebildet, so dass sich die volumenveränderbare Einrichtung bei Luftzuführung aus dem Innenraum des Radnabenantriebs wie ein Akkordeon ausdehnen kann. Durch das Vorsehen einer derartigen volumenveränderbaren Einrichtung kann Luft in einem geschlossenen System hin und her geschoben werden, wobei hierdurch verhindert werden kann, dass Fremdkörper und/oder Flüssigkeiten in das System und damit in den Innenraum des Radnabenantriebs eindringen können. Die volumenveränderbare Einrichtung ist vorzugsweise an dem zweiten Endabschnitt der Luftführungsleitung angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass die volumenveränderbare Einrichtung unmittelbar an dem Fahrzeugrad, innerhalb welchem der Radnabenantrieb angeordnet ist, vorgesehen ist.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an einem Radlagerzapfen des Radnabenantriebs eine Bohrung vorgesehen, innerhalb welcher eine Filtereinrichtung angeordnet ist. Durch das Vorsehen einer Filtereinrichtung innerhalb einer Bohrung ist es möglich, dass aufgrund der Porosität der Filtereinrichtung zum einen Fremdkörper aus der Luft herausgefiltert werden können und gleichzeitig ein Druckausgleich ermöglicht wird. Die Filtereinrichtung kann dabei beispielsweise als ein Sinterbronzefilter ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, eine Filtereinrichtung vorzusehen, welche üblicherweise in einem Lenkungsbereich eingesetzt wird, die beim Druckausgleich zwischen dem von den Lenkmanschetten eingeschlossenen Luftvolumen und der Umgebung eine Verschmutzung des inneren Volumens verhindert. Die Bohrung kann sowohl zentriert an dem Radlagerzapfen ausgebildet sein oder aber auch exzentrisch an diesem angeordnet sein. Die exzentrische Bohrung ist vorzugsweise schräg zur Rotationsachse der Lagerung des Radnabenantriebs eingebracht.
- Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Bohrung konischförmig ausgebildet ist. Ist die Bohrung und damit auch die Filtereinrichtung konisch ausgebildet, ist es möglich, einen Flüssigkeitseintritt besonders effektiv verhindern zu können, aufgrund eines möglichen Abschleuderns der Flüssigkeit unter Fliehkrafteinwirkung. Der Konus der Bohrung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Flüssigkeit aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte wieder nach außen weg vom inneren Bereich des Radnabenantriebs abgeleitet werden kann. Weiter es aber auch möglich, dass die Bohrung und damit die Filtereinrichtung zylindrisch ausgebildet ist.
- Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrokraftfahrzeug, umfassend eine wie vorstehend aus- und weitergebildete elektrische Antriebseinheit.
- Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit; -
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit; -
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit; -
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit; -
5 eine schematische Darstellung eines Endabschnittes der in4 gezeigten Ausführungsform; -
6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit; -
7 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit; -
8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bohrung gemäß einer ersten Ausführungsform; und -
9 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bohrung gemäß einer zweiten Ausführungsform. -
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit, mit einem an einem Fahrzeugrad10 angeordneten Radnabenantrieb, hier nicht dargestellt, wobei das Fahrzeugrad10 über eine Radaufhängung12 an einem Radkasten14 eines Kraftfahrzeuges befestigt ist. Um einen Druckausgleich zwischen einem Innenraum des Radnabenantriebs, welcher über ein Dichtungselement, hier nicht dargestellt, abgedichtet ist, und der Umgebung ermöglichen zu können, ist eine Belüftungseinrichtung vorgesehen, welche eine Luftführungsleitung16 aufweist. Die Luftführungsleitung16 ist hier in Form eines Schlauches ausgebildet, welche von dem Innenraum des Radnabenantriebs innerhalb des Fahrzeugrades10 über den Radkasten14 in den Innenraum38 des Kraftfahrzeuges geführt ist. Hierbei ist ein erster Endabschnitt18 der Luftführungsleitung16 in den Innenraum des Radnabenantriebs geführt und ein dem ersten Endabschnitt18 gegenüberliegender zweiter Endabschnitt20 der Luftführungsleitung16 in den Innenraum38 des Kraftfahrzeuges geführt. Die Belüftung erfolgt hier zum Fahrzeuginnenraum38 hin. -
2 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei hierbei die Luftführungsleitung16 mit ihrem zweiten Endabschnitt20 an einer im Innenraum38 des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Lüftungseinrichtung22 , welche beispielsweise in Form einer Klimaanlage ausgebildet ist, angeschlossen ist. -
3 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei hierbei der zweite Endabschnitt20 der Luftführungsleitung16 nicht in den Innenraum38 des Kraftfahrzeuges geführt ist, sondern in die Umgebung zwischen dem Fahrzeugrad10 und dem Radkasten14 geführt ist. Der zweite Endabschnitt20 ist hierbei somit außerhalb des Kraftfahrzeuges in einer geschützten Position vorgesehen, so dass ein Druckausgleich durch Verschieben von Luftvolumina stattfinden kann, jedoch gleichzeitig verhindert werden kann, dass Fremdkörper und/oder Flüssigkeit in die Luftführungsleitung16 und damit in den Innenraum des Radnabenantriebs eindringen kann. -
4 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform, wobei an dem zweiten Endabschnitt20 der Luftführungsleitung16 ein schnorchelförmiger Schlauch24 ausgebildet ist. Der schnorchelförmige Schlauch24 grenzt hierbei vorzugsweise unmittelbar an die Außenumfangsfläche des Fahrzeugrades an, wobei das freie Schlauchende26 des schnorchelförmigen Schlauches24 zwischen dem Fahrzeugrad10 und dem Radkasten14 angeordnet ist. -
5 zeigt eine mögliche Ausbildung eines freien Schlauchendes26 des schnorchelförmigen Schlauches24 , wobei an dem freien Schlauchende26 ein Ventil28 vorgesehen ist, innerhalb welchem ein Schwimmkörper30 , vorzugsweise in Form einer Kugel ausgebildet, geführt ist, welcher durch eine in den schnorchelförmigen Schlauch24 eindringende Flüssigkeit angehoben werden kann und gegen das freie Schlauchende26 gedrückt werden kann, wobei hierbei der Durchmesser des Schwimmkörpers30 größer ist als der Durchmesser des freien Schlauchendes26 . Der Schwimmkörper30 dient hierbei als Abdichtungselement der Luftführungsleitung16 . -
6 zeigt eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer fünften Ausführungsform, bei welcher die Luftführungsleitung16 an ihrem zweiten Endabschnitt20 eine volumenveränderbare Einrichtung34 aufweist. Die volumenveränderbare Einrichtung34 ist in Form eines Faltenbalgs ausgeführt, welche sich bei Luftzuführung wie ein Akkordeon ausdehnen kann und bei Luftabführung wieder zusammenziehen kann. Die volumenveränderbare Einrichtung34 dient hierbei als Ausgleichraum für zusätzlich in den Innenraum des Radnabenantriebs erzeugtes Luftvolumen. -
7 zeigt eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit, bei welcher die volumenveränderbare Einrichtung34 unmittelbar an dem Fahrzeugrad10 angeordnet ist. -
8 und9 zeigen eine Bohrung36 , welche an einem Radlagerzapfen40 des Radnabenantriebs vorgesehen ist, innerhalb welcher eine Filtereinrichtung, hier nicht dargestellt, angeordnet ist. Die in8 gezeigte Bohrung ist zentrisch, vorzugsweise zur Rotationsachse des Radlagerzapfens40 , ausgebildet, wobei die Form der Bohrung36 konusförmig ausgebildet ist. In9 ist die Bohrung36 exzentrisch zur Rotationsachse32 des Radlagerzapfens40 ausgebildet, so dass die Bohrung36 eine schräge Fläche aufweist. Die Bohrung36 selber ist hierbei zylinderförmig ausgebildet. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Fahrzeugrad
- 12
- Radaufhängung
- 14
- Radkasten
- 16
- Luftführungsleitung
- 18
- erster Endabschnitt
- 20
- zweiter Endabschnitt
- 22
- Lüftungseinrichtung
- 24
- schnorchelförmiger Schlauch
- 26
- freies Schlauchende
- 28
- Ventil
- 30
- Schwimmkörper
- 32
- Rotationsachse
- 34
- volumenveränderbare Einrichtung
- 36
- Bohrung
- 38
- Innenraum eines Kraftfahrzeugs
- 40
- Radlagerzapfen
Claims (10)
- Elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen ein Fahrzeugrad (
10 ) antreibenden Radnabenantrieb, wobei der Radnabenantrieb ein reibungsbehaftetes Dichtungselement aufweist, mittels welchem der Innenraum des Radnabenantriebs gegenüber der Umgebung luftdicht abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Belüftungseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher eine Druckdifferenz zwischen dem in dem Innenraum des Radnabenantriebs herrschenden Luftdrucks und dem in der Umgebung herrschenden Luftdrucks durch Verschieben von Luftvolumina ausgleichbar ist. - Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungseinrichtung eine Luftführungsleitung (
16 ) aufweist, wobei die Luftführungsleitung (16 ) einen ersten in den Innenraum des Radnabenantriebs führenden Endabschnitt (18 ) und einen in die Umgebung führenden zweiten Endabschnitt (20 ) aufweist. - Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsleitung (
16 ) mit ihrem zweiten Endabschnitt (20 ) in einen Innenraum (38 ) des Kraftfahrzeuges geführt ist. - Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsleitung (
16 ) mit ihrem zweiten Endabschnitt (20 ) an einer Lüftungseinrichtung (22 ) des Kraftfahrzeuges angeschlossen ist. - Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsleitung (
16 ) an ihrem zweiten Endabschnitt (20 ) als ein schnorchelförmiger Schlauch (24 ) ausgebildet ist. - Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der schnorchelförmige Schlauch (
24 ) ein einen Schwimmkörper (30 ) aufweisendes Ventil (28 ) aufweist. - Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungseinrichtung eine volumenveränderbare Einrichtung (
34 ) aufweist. - Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Radlagerzapfen des Radnabenantriebs eine Bohrung (
36 ) vorgesehen ist, innerhalb welcher eine Filtereinrichtung angeordnet ist. - Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (
36 ) konischförmig ausgebildet ist. - Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrokraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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