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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, ein die Antriebseinheit umfassendes Fahrzeug, und ein Verfahren zur Herstellung einer Antriebseinheit.
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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 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 Dispensdichtung. 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. Jeder Gehäuseteil weist dabei eine Dichtfläche auf. Die Dichtflächen der Gehäuseteile sind an jeweiligen im miteinander verbundenen Zustand zueinander gewandten Stirnseiten der Gehäuseteile angeordnet. Die Dispensdichtung ist dabei im verbundenen Zustand der beiden Gehäuseteile zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil jeweils auf der ersten Dichtfläche und auf der zweiten Dichtfläche angeordnet. Jeder Gehäuseteil weist an dessen jeweiliger Dichtfläche eine Beschichtung auf.
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Insbesondere ist die Beschichtung als eine Korrosionsschutz-Beschichtung ausgebildet.
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Als Dispensdichtung wird insbesondere eine mittels Dispensieren eines, insbesondere fließfähigen, Dichtungsmaterials hergestellte Dichtung angesehen.
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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 Dispensdichtung zwischen den beiden Gehäuseteilen, und wird vorzugsweise durch die Verbindung der beiden Gehäuseteile zwischen den Gehäuseteilen eingeklemmt. Dabei ist die Dispensdichtung jeweils auf der jeweiligen Beschichtung der beiden Gehäuseteile angeordnet.
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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. Durch die Verwendung einer Dispensdichtung kann eine besonders vorteilhafte präzise Positionierung bereitgestellt werden, welche beispielsweise auch optimal an fertigungsbedingte Toleranzen angepasst werden kann. Beispielsweise kann die Dispensdichtung an einen fertigungsbedingten Gehäuseversatz zwischen den beiden Gehäuseteilen an einem äußeren Rand optimal angepasst werden, sodass beispielsweise ein stets gleichmäßiger Anpressdruck der Gehäuseteile an die Dispensdichtung sichergestellt wird. Dadurch, dass die Dispensdichtung direkt auf die Beschichtung der Gehäuseteile aufgebracht ist, kann zudem eine besonders hohe Beständigkeit des Gehäuses gegen Korrosion sichergestellt werden, da beispielsweise ein möglichst großer Anteil der Gehäuseoberfläche mit der Beschichtung versehen sein kann.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Bevorzugt ist die Dispensdichtung im unverbundenen Zustand der Gehäuseteile an dem ersten Gehäuseteil mittels Adhäsion befestigt. Insbesondere ist die Dispensdichtung dabei auf einer ersten Dichtfläche des ersten Gehäuseteils mittels Adhäsion befestigt. Insbesondere ist die Dispensdichtung derart ausgebildet, dass diese im unverbundenen Zustand der Gehäuseteile mittels Kohäsion in sich selbst sowie an der ersten Dichtfläche hält. Damit kann eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Antriebseinheit erfolgen, und es kann eine besonders zuverlässige Dichtigkeit bereitgestellt werden.
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Besonders bevorzugt weist der erste Gehäuseteil und/oder der zweite Gehäuseteil eine Nut auf, in welcher in dem verbundenen Zustand der beiden Gehäuseteile die Dispensdichtung angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Nut die entsprechende Dichtfläche des Gehäuseteils auf. Dadurch kann eine besonders einfache und genau definierte Anordnung der Dispensdichtung erfolgen. Zudem kann beispielsweise ein optimaler Schutz der Dispensdichtung vor äußeren mechanischen Einflüssen oder dergleichen bereitgestellt werden, da diese im verbundenen Zustand der Gehäuseteile beispielsweise zumindest teilweise durch die Nut geschützt ist.
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Vorzugsweise weist der erste Gehäuseteil und/oder der zweite Gehäuseteil radial außerhalb der entsprechenden Dichtfläche einen vorstehenden Überstand auf. Insbesondere steht der Überstand ausgehend von der entsprechenden Dichtfläche in Richtung des jeweils anderen Gehäuseteils vor. Dadurch kann auf einfache Weise eine definierte Lage der Dispensdichtung ermöglicht werden, und zudem ein guter Schutz vor äußeren mechanischen Einwirkungen.
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Besonders vorteilhaft ist eine Kombination mit einem Überstand am ersten Gehäuseteil und einer Nut am zweiten Gehäuseteil. Dadurch kann neben einer einfachen und kostengünstigen Montage und Herstellbarkeit ein besonders guter mechanischer Schutz der Dispensdichtung bereitgestellt werden.
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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 verschraubten, Zustand der beiden Gehäuseteile. Dadurch kann eine einfache, zuverlässige und feste Montage der beiden Gehäuseteile zu dem Gehäuse erfolgen.
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Vorzugsweise sind die Schraubdome radial innerhalb der Dispensdichtung angeordnet. Mit anderen Worten sind die Schraubdome Aufnahmeraumzugewandt der Dispensdichtung, 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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Bevorzugt ist die Beschichtung eine Pulverbeschichtung. Somit kann auf kostengünstige und einfach herzustellende Weise eine gut schützende Korrosionsschutzbeschichtung bereitgestellt 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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Bevorzugt ist die Dispensdichtung mindestens zweilagig ausgebildet. Das heißt, die Dispensdichtung ist insbesondere durch mindestens zweifaches Dispensieren auf die entsprechende Dichtfläche aufgebracht. Insbesondere liegen die beiden Lagen der Dispensdichtung entlang einer zur Dichtfläche senkrechten Richtung übereinander. Damit kann eine Dispensdichtung mit größerem Querschnitt bereitgestellt werden, sodass beispielsweise durch die Möglichkeit einer größeren Verpressung der Dispensdichtung eine besonders zuverlässige Abdichtung bereitgestellt werden kann.
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Vorzugsweise ist die Dispensdichtung aus einem Elastomer, besonders bevorzugt aus Silikon, gebildet. Damit kann eine einfache und kostengünstige Bereitstellung der Dispensdichtung 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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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Antriebseinheit eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft betreibbaren Fahrzeugs, vorzugsweise der oben beschriebenen Antriebseinheit. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen eines ersten Gehäuseteils und eines zweiten Gehäuseteils,
- - Aufbringen einer Dispensdichtung auf eine erste Dichtfläche des ersten Gehäuseteils durch Dispensieren eines, insbesondere fließfähigem, Dichtmaterials auf die erste Dichtfläche, und
- - Verbinden der beiden Gehäuseteile miteinander, so dass die Dispensdichtung im verbundenen Zustand auf einer zweiten Dichtfläche des zweiten Gehäuseteils aufliegt.
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Dabei weist jeder Gehäuseteil an der jeweiligen Dichtfläche eine Beschichtung auf, insbesondere auf welcher die Dispensdichtung angeordnet ist. Vorzugsweise werden die beiden Gehäuseteile durch Verschrauben miteinander verbunden. Beispielsweise kann die Dispensdichtung derart ausgebildet sein, dass diese während des Verfahrens in fließfähigem Zustand vorliegt, wobei die Dispensdichtung nach dem Aufbringen auf die erste Dichtfläche, und insbesondere vor dem Verbinden der beiden Gehäuseteile, aushärtet.
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Bevorzugt wird die Dispensdichtung bei dem Verfahren mindestens zweilagig auf die erste Dichtfläche aufgebracht, vorzugsweise durch mindestens zweifaches Dispensieren des, bevorzugt fließfähigem, Dichtmaterials auf die erste Dichtfläche. Insbesondere wird die Dispensdichtung somit dadurch aufgebracht, dass diese mindestens zweimal entlang des gesamten Umfangs der ersten Dichtfläche auf die erste Dichtfläche bzw. auf den bereits aufgetragenen Teil dispensiert wird. Dadurch kann auf einfache Weise eine Dispensdichtung mit größerem Querschnitt bereitgestellt werden, um eine besonders gute Dichtwirkung zu ermöglichen.
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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 Schnittansicht der Antriebseinheit der 1,
- 4 ein Detail der 3,
- 5 eine Detailansicht einer Antriebseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 6 eine Detail-Schnittansicht einer Antriebseinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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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 10 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 bis 4 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 (vergleiche 2).
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Die beiden Gehäuseteile 1, 2 sind mittels mehreren Schrauben 9 miteinander verschraubbar ausgebildet. 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 kann.
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Die beiden Gehäuseteile 1, 2 sind dabei in einer Gehäuseebene 25 aneinandergefügt. Die Gehäuseebene 25 ist orthogonal zu einer Tretlagerachse 15, entlang welcher sich beispielsweise eine Abtriebswelle 16 des Elektromotors erstreckt.
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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 bereitzustellen, um insbesondere einen Fluideintritt in den Aufnahmeraum 5 zu verhindern, umfasst die Antriebseinheit 10 eine Dispensdichtung 3.
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Die Dispensdichtung 3 ist im verbundenen Zustand zwischen dem ersten Gehäuseteil 1 und dem zweiten Gehäuseteil 2 angeordnet. Dabei ist die Dispensdichtung 3 jeweils auf einer ersten Dichtfläche 11 des ersten Gehäuseteils 1 und auf einer zweiten Dichtfläche 12 des zweiten Gehäuseteils 2 angeordnet. Die Dichtflächen 11, 12 befinden sich an den jeweiligen im verbundenen Zustand zueinander gewandten Stirnseiten der Gehäuseteile 1, 2.
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Die Dichtflächen 11, 12 und die Dispensdichtung 3 erstrecken sich dabei vollständig um den gesamten Umfang des Aufnahmeraums 5 (vgl. 2).
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Die Dispensdichtung 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 den jeweiligen Dichtflächen 11, 12 verpresst wird. Dadurch wird eine zuverlässige fluiddichte Abdichtung des Gehäuses 20 bereitgestellt.
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Bei der Herstellung der Antriebseinheit 10 wird nach dem Bereitstellen der beiden Gehäuseteile 1, 2 die Dispensdichtung 3 durch Dispensieren des Dichtmaterials auf die erste Dichtfläche 11 aufgetragen. Hierbei liegt das Dichtmaterial in einem fließfähigen Zustand vor, welcher beispielsweise durch Erwärmung des Dichtmaterials erreicht werden kann. Dabei wird die Dispensdichtung 3 mittels Adhäsion an der ersten Dichtfläche 11 des ersten Gehäuseteils 1 gehalten. Beispielsweise härtet die Dispensdichtung 3 nach dem Dispensieren durch Abkühlen aus.
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Das Dispensieren des Dichtmaterials erfolgt dabei in mindestens zwei Lagen (vgl. 4). Das heißt, es wird zunächst eine erste Schicht 31 an Dichtmaterial auf die erste Dichtfläche 11 aufgetragen und anschließend eine zweite Schicht 32 an Dichtmaterial auf die erste Schicht 31 aufgetragen. Dadurch kann eine größere Dicke der Dispensdichtung 3 bereitgestellt werden, um eine ausreichende Verpressung zwischen den beiden Gehäuseteilen 1, 2 und damit eine zuverlässige Dichtwirkung erzielen zu können.
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Wie in der 4 zu erkennen, sind die beiden Dichtflächen 11, 12 jeweils plan ausgebildet. Der erste Gehäuseteil 1 weist dabei einen Überstand 7 auf, der radial außerhalb der ersten Dichtfläche 11 angeordnet ist. Der Überstand 7 steht dabei entlang einer zur ersten Dichtfläche 11 senkrechten Richtung von der ersten Dichtfläche 11 vor.
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Am zweiten Gehäuseteil 2 ist eine Nut 6 vorgesehen, welche in einer dem ersten Gehäuseteil 1 zugewandten Stirnseite des zweiten Gehäuseteils 2 ausgebildet ist. Die Nut 6 weist dabei die zweite Dichtfläche 12 auf. Somit ist die Dispensdichtung 3 innerhalb der Nut 6 angeordnet. Insbesondere ist die Nut 6 dabei, wie in der 4 zu erkennen, einseitig offen in Richtung des Aufnahmeraums 5 ausgebildet. Mit anderen Worten bildet die Nut 6 einen Absatz in der Stirnseite des zweiten Gehäuseteils 2.
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Durch die Nut 6 und den Überstand 7 kann eine besonders vorteilhafte Anordnung der Dispensdichtung 3 bereitgestellt werden, welche einen zuverlässigen Schutz der Dispensdichtung 3, beispielsweise vor mechanischen Einwirkungen bietet. So kann beispielsweise vermieden werden, dass durch einen Kontakt der Dispensdichtung 3 mit Gegenständen eine Beschädigung der Dispensdichtung 3 erfolgt. Zudem kann ein verbesserter Schutz vor Eindringen von Strahlwasser unter hohem Druck in das Gehäuse 20 bereitgestellt werden.
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Die beiden Gehäuseteile 1, 2 sind dabei mit einer Beschichtung 4, welche als Pulverbeschichtung ausgebildet ist, beschichtet, für einen Korrosionsschutz der Gehäuseteile 1, 2. Dabei sind auch die beiden Dichtflächen 11, 12 mit der Beschichtung 4 beschichtet. Das heißt, die Dispensdichtung 3 ist an beiden Dichtflächen 11, 12 jeweils auf der Beschichtung 4 angeordnet.
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Die Antriebseinheit 10 bietet somit den Vorteil, dass diese besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig eine besonders zuverlässige Abdichtung des Gehäuses 20 ermöglicht wird. Dadurch, dass die Dispensdichtung 3 auf die beschichteten Dichtflächen 11, 12 dispensiert ist, kann insbesondere ohne zusätzlichen Bearbeitungsschritt und damit besonders zeit- und kosteneffizient eine zuverlässige Abdichtung des Gehäuses 20 bereitgestellt werden. Zudem kann dadurch eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit ermöglicht werden. Insbesondere kann durch das nachträgliche Aufbringen der Dispensdichtung 3 auf die fertiggestellten Gehäuseteile 1, 2 eine optimal an fertigungsbedingte Toleranzen angepasste Positionierung der Dispensdichtung 3 erfolgen.
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Die Verschraubung der beiden Gehäuseteile 1, 2 erfolgt an mehreren Schraubdomen 8. Im ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 sind die Schraubdome 8 radial außerhalb der Dispensdichtung 3 angeordnet (vgl. 2).
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Eine Abdichtung der Verschraubung, das heißt an den Schrauben 9 (vgl. 3), erfolgt dabei dadurch, dass jeweilige Schraubenköpfe der Schrauben 9 durch die Verschraubung in die Beschichtung 4 des entsprechenden Gehäuseteils 1, 2 eingedrückt werden. Das heißt, die Beschichtung 4 wird durch die Schraubenköpfe geringfügig verformt bzw. komprimiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Schraubenköpfe der Schrauben 9 somit am ersten Gehäuseteil 1 an.
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Im vollständig verschraubten Zustand berühren sich die beiden Gehäuseteile 1, 2 dabei an den jeweiligen Schraubdomen 8. Dadurch wird eine genau definierte Lage der beiden Gehäuseteile 1, 2 zueinander eingestellt.
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5 zeigt eine Detailansicht einer Antriebseinheit 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 5 ist dabei nur der erste Gehäuseteil 1 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4, mit dem Unterschied, dass die Schraubdome 8 radial innerhalb der Dispensdichtung 3 angeordnet sind. Dadurch liegen die Kontaktflächen der Schraubdome 8 innerhalb des fluiddicht abgedichteten Aufnahmeraums 5, sodass diese ebenfalls vor Flüssigkeiten geschützt sind.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel sind die beiden Gehäuseteile 1, 2 an den Schraubdomen 8 jeweils an den zueinander gewandten Stirnseiten beschichtungslos ausgebildet. Beispielsweise ist die Beschichtung 4 an den Schraubdomen 8 jeweils mittels spanender Bearbeitung entfernt worden. Durch den bei der Verschraubung hergestellten mechanischen Kontakt der beschichtungslosen Schraubdome 8 wird somit ein Ausgleich elektrischer Potenziale der beiden Gehäuseteile 1, 2 ermöglicht.
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6 zeigt eine Detail-Schnittansicht einer Antriebseinheit 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4, mit dem Unterschied, dass an beiden Gehäuseteilen 1, 2 jeweils eine Nut 6 vorgesehen ist, in der die jeweilige Dichtfläche 11, 12 angeordnet ist. Dadurch können beispielsweise ein besonders guter mechanischer Schutz und eine einfache und genau definierte Anordnung der Dispensdichtung 3 ermöglicht wird. Unmittelbar nach radial innen in Richtung des Aufnahmeraums 5 an die Nuten 6 angrenzend sind dabei die Schraubdome 8 der Gehäuseteile 1, 2 angeordnet.
