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QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 22. März 2004 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr.
60/555,270 und der am 22. März 2004 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr.
60/555,141 , die durch Verweis in ihrer Gesamtheit jeweils einbezogen sind.
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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Hybridgetriebe und eine Teilanordnung mit Drahtanschlüssen für ein elektromechanisches Hybridgetriebe.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektrisch variable Getriebe (EVTs) weisen typischerweise zwei Elektromotoren/Generatoren mit je einem jeweiligen Rotor auf. EVTs enthalten auch eine Getriebeanordnung, die typischerweise mehrere Planetengetriebesätze mit Sonnen-, Ring- und Planetenträgergliedern aufweist. Selektiv in Eingriff bringbare Drehmomente übertragende Einrichtungen wie z.B. Kupplungen und Bremsen verbinden selektiv Glieder der Planetengetriebesätze miteinander und mit dem Getriebegehäuse, um selektive Kraftwege von einer Antriebswelle des Getriebes zu einer Abtriebswelle des Getriebes einzurichten.
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Die Rotoren sind mit einem jeweiligen Glied eines Planetengetriebesatzes für eine gemeinsame Drehung mit diesen verbunden, so dass das Getriebe ein stufenlos variables Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle einrichten kann, wobei das Übersetzungsverhältnis der Drehzahl eines der Rotoren proportional ist. Ein EVT enthält typischerweise eine Energiespeichereinrichtung wie z.B. eine Batterie und einen elektronischen Controller, der mit sowohl der Batterie als auch den Motoren/ Generatoren verbunden ist, um den Strom elektrischer Energie zu und von den Motoren/Generatoren zu steuern.
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Beim Zusammenbauen von EVTs müssen daher elektrische Verbindungen zwischen dem elektronischen Controller und jedem der Motoren/Generatoren eingerichtet werden. Das Einrichten der elektrischen Verbindungen zwischen den Motoren/Generatoren und dem elektronischen Controller kann jedoch aufgrund der komplexen Beschaffenheit eines EVT und der Anordnung der Motoren/Generatoren innerhalb des Getriebegehäuses schwierig sein. Außerdem hat eine große Anzahl von Teilen, die mit elektrischen Verbindungen eines EVT nach dem Stand der Technik verbunden sind, zur Folge, dass der Zusammenbau des EVT arbeitsintensiv ist.
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Die Druckschrift
JP 2004 072 946 A offenbart ein elektromechanisches Hybridgetriebe mit mehreren Drahtanschlüssen, mehreren Hülsen, die jeweils ein jeweiliges erstes Ende und ein jeweiliges zweites Ende aufweisen und eine jeweilige Öffnung definieren, die vom jeweiligen ersten Ende zum jeweiligen zweiten Ende verläuft, sowie mehreren Verbindungselementen, die sich jeweils durch ein jeweiliges Befestigungsloch eines der mehreren Drahtanschlüsse und durch die jeweilige Öffnung einer der Hülsen erstrecken.
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In der Druckschrift
US 2 507 242 A ist ein Motoranschlussblock offenbart, der mehrere Drähte, mehrere Drahtanschlüsse, die jeweils ein jeweiliges Befestigungsloch definieren und mit einem jeweiligen der mehreren Drähte wirksam verbunden sind, mehrere Hülsen, die jeweils ein jeweiliges erstes Ende und ein jeweiliges zweites Ende aufweisen und eine jeweilige Öffnung definieren, die vom jeweiligen ersten Ende zum jeweiligen zweiten Ende verläuft, sowie mehrere Verbindungselemente mit Gewinde umfasst, die sich jeweils durch das jeweilige Befestigungsloch eines der mehreren Drahtanschlüsse und durch die jeweilige Öffnung einer der Hülsen erstrecken. Dabei sind die Drähte, Drahtanschlüsse, Hülsen und Verbindungselemente mit Gewinde ausreichend miteinander verbunden für eine selektive einheitliche Bewegung als Modul während eines Montageschritts.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein erfindungsgemäßes elektromechanisches Hybridgetriebe umfasst mehrere Drähte, mehrere Drahtanschlüsse, die jeweils ein jeweiliges Befestigungsloch definieren und mit einem jeweiligen der mehreren Drähte wirksam verbunden sind, mehrere elektrisch leitfähige Hülsen, die jeweils ein jeweiliges erstes Ende und ein jeweiliges zweites Ende aufweisen und ein jeweiliges Hülsenloch definieren, das vom jeweiligen ersten Ende zum jeweiligen zweiten Ende verläuft, und mehrere Verbindungselemente mit Gewinde, die sich jeweils durch das jeweilige Befestigungsloch eines der mehreren Drahtanschlüsse und durch das jeweilige Hülsenloch einer der Hülsen erstrecken. Weiterhin umfasst das elektromechanische Hybridgetriebe eine erste Motor/Generatoranordnung mit einem ersten Motor/Generator, einem ersten Gehäuse, das einen ersten Hohlraum definiert, der zumindest teilweise den ersten Motor/Generator enthält, eine erste Verbinderanordnung, die einen in Bezug auf das erste Gehäuse montierten ersten Isolator enthält, eine erste Mehrzahl von Gewindemuttern, die in Bezug auf den ersten Isolator jeweils nicht drehbar montiert sind und ein jeweiliges Mutterloch mit Gewinde definieren, und eine erste Mehrzahl von leitfähigen Bahnen, die mit dem ersten Motor/Generator wirksam verbunden sind und jeweils einen jeweiligen leitfähigen Bahnanschluss enthalten, der ein jeweiliges Anschlussloch definiert, das mit dem Gewindemutterloch einer jeweiligen der ersten Mehrzahl Gewindemuttern ausgerichtet ist. Weiterhin umfasst das elektromechanische Hybridgetriebe ein Isolatorglied, das sich zumindest teilweise zwischen den Hülsen erstreckt, um eine elektrische Verbindung dazwischen zu verhindern, und ein Anschlusskastengehäuse, das eine Anschlusskastenöffnung definiert. Die Drähte, Drahtanschlüsse, Hülsen und Verbindungselemente mit Gewinde sind ausreichend miteinander verbunden für eine selektive einheitliche Bewegung als Modul während einer Getriebemontage. Jedes der mehreren Verbindungselemente mit Gewinde steht mit dem Mutterloch mit Gewinde einer jeweiligen der ersten Mehrzahl von Gewindemuttern in Eingriff, so dass das erste Ende jeder der mehreren Hülsen einen der Drahtanschlüsse und das zweite Ende jeder der mehreren Hülsen einen der leitfähigen Bahnanschlüsse berührt, um eine elektrische Verbindung zwischen einem der mehreren Drähte und einer der ersten Mehrzahl leitfähiger Bahnen einzurichten. Das Isolatorglied definiert mehrere zylindrische Durchbrechungen und jede der mehreren Hülsen erstreckt sich durch eine jeweilige der mehreren zylindrischen Durchbrechungen. Die mehreren Drahtanschlüsse sind innerhalb der Anschlusskastenöffnung angeordnet. Das Isolatorglied weist eine Schleife auf, durch die einer der Drahtanschlüsse verläuft. Ein Abschnitt der Schleife hält das Isolatorglied zusammen mit den mehreren Hülsen und den mehreren Verbindungselementen am Anschlusskastengehäuse fest.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines elektromechanischen Hybridgetriebes gemäß der Erfindung;
- 2 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines vorderen Teils des Getriebes von 1;
- 3 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines hinteren Teils des Getriebes von 1;
- 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Gehäuses und einer angebrachten Abdeckung für ein Motormodul mit einer elektrischen Verbinderanordnung, die im Getriebe von 1 verwendet wird;
- 5 ist eine schematische perspektivische, teilweise auseinandergezogene Ansicht der elektrischen Verbinderanordnung und internen Motorverdrahtung von 4;
- 6 ist eine schematische perspektivische, teilweise auseinandergezogene Ansicht einer Verdrahtungsanordnung, die die elektrischen Verbinderanordnungen der Motormodule der 1-3 mit einem Steuermodul verbindet;
- 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Verdrahtungsanordnung von 6; und
- 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Gehäuses des Getriebes von 1.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten verweisen, zeigt 1 die obere Hälfte eines Getriebes 10 in eine Querschnittansicht. Die untere Hälfte des Getriebes (nicht dargestellt) ist auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelachse 12 angeordnet. Erste und zweite Elektromotormodule 14 bzw. 16 sind um die Mittelachse 12 innerhalb des Getriebes 10 angeordnet. Eine Hauptwelle 20 ist in Längsrichtung und drehbar um die Mittelachse 12 angeordnet. Mehrere Innenhülse wie z.B. eine Hülse 22 sind konzentrisch um die Hauptwelle 20 angeordnet und gleichfalls um die Mittelachse 12 drehbar. Eine Antriebswelle 24 ist vor der Hauptwelle 20 angeordnet und dient dazu, Kraft von einer (nicht dargestellten) Antriebsmaschine zum Getriebe 10 zu übertragen. Ein Eingriff von einer oder mehr von mehreren Kupplungen, die im Getriebe 10 enthalten sind (wobei eine erste, zweite, dritte und vierte Kupplung 26, 28, 30 bzw. 32 dargestellt sind) verbindet einen oder mehrere eines ersten, zweiten und dritten Planetengetriebesatzes 34, 36 bzw. 38 miteinander, um Kraft mit verschiedenen Übersetzungen an ein (nicht dargestelltes) Abtriebsglied zu übertragen. Wie der Fachmann ohne weiteres versteht, umfasst jeder der Planetengetriebesätze ein Sonnenradglied, ein Glied einer Planetenträgeranordnung und ein Ringradglied. Eine fünfte Kupplung, auf die als Aussperr- bzw. Lockout-Kupplung 42 verwiesen wird, kann betätigt werden, um einen Torsionsisolator 44 von umliegenden baulichen Elementen auszusperren bzw. zu entkoppeln und eine direkte Verbindung zwischen der Antriebsmaschine bzw. dem Motor und dem Getriebe zu schaffen.
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Jedes Motormodul 14, 16 enthält einen Motor/Generator 46A bzw. 46B. Die Motoren/Generatoren 46A, 46B sind vorzugsweise dreiphasige Elektromotoren; andere Motorausführungen können jedoch innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung verwendet werden. Jeder Motor/ Generator 46A, 46B enthält einen Rotor 48A bzw. 48B und einen Stator 50A bzw. 50B. Der Rotor 48A ist wirksam mit einem der Glieder eines der Planetengetriebesätze für eine gemeinsame Drehung mit diesem verbunden, wie der Fachmann versteht. Ähnlich ist der Rotor 48B wirksam mit einem der Glieder eines der Planetengetriebesätze für eine gemeinsame Drehung mit diesem verbunden, wie der Fachmann versteht.
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Das Getriebe 10 enthält auch einen elektronischen Controller 51 und eine Einrichtung 52 zur Speicherung elektrischer Energie wie z.B. eine oder mehrere Batterien, die mit dem Controller 51 wirksam verbunden sind. Mehrere Drähte 53 verbinden die Motoren/ Generatoren 46A, 46B mit dem Controller 51, der den Kraftfluss zwischen den Motoren/Generatoren 46A, 46B und zwischen der Energiespeichereinrichtung 52 und den Motoren/ Generatoren 46A, 46B reguliert, wie der Fachmann versteht.
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Bezugnehmend auf die 2 und 3 sind das erste und zweite Motormodul 14 bzw. 16 jeweils in sich geschlossene Anordnungen. Jedes Modul 14, 16 umfasst ein jeweiliges Modulgehäuse 54A, 54B, das vorzugsweise eine abgestreckte Trommel ist, die ein im wesentlichen axial orientiertes Segment 56A, 56B und ein im wesentlichen radial orientiertes Segment 58A, 58B umfasst, die zusammenwirken, um einen Hohlraum 60A, 60B zu definieren, der den Rotor und Stator enthält. Eine ausgestanzte Abdeckung 62A, 62B des Modulgehäuses ist in jedem der Module enthalten und mit einem jeweiligen Gehäuse 54A, 54B verbunden, um die Hohlräume 60A, 60B abzuschließen. Die Module 14, 16 können vor einer Installation im Getriebe 10 vormontiert werden.
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Das Motormodul 14 ist im wesentlichen identisch mit dem Motormodul 16. Obgleich die Motormodule im wesentlichen identische Komponenten haben, sind sie innerhalb des Getriebes entlang der Mittellinie 12 in entgegengesetzte Richtungen orientiert. Genauer gesagt sind die Gehäuseabdeckungen 62A, 62B entlang der Mittellinie 12 des Getriebes in entgegengesetzte Richtungen gewandt.
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Jedes Gehäuse 54A, 54B enthält externe, um die Abdeckung radial beabstandete Montagenasen 72, an denen die Gehäuse 54A, 54B mittels Schrauben 73 an das Getriebegehäuse 18 geschraubt sind. Die Nasen 72 schaffen eine einfach zugängliche Befestigung und helfen beim Ausrichten der Motormodule 14, 16 während einer Montage am Getriebegehäuse 18.
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In 4 ist das Motormodul 14 schematisch dargestellt und für das Motormodul 16 der 1 - 2 repräsentativ. Zumindest eine der Montagenasen enthält vorzugsweise ein Justierloch 70, um eine korrekte Justierung während der Installation des Motormoduls 14 zum Getriebegehäuse sicherzustellen. Das Gehäuse 54A definiert Netzanschlüsse 75A, 75B, die an dessen Umfangsrand mit eingeschnittenen Nasen 76 (engl. lanced tabs) ausgebildet sind. Eine elektrische Verbinderanordnung 78 ist durch Anbringung an einem der Netzanschlüsse (hier am Netzanschluss 75 angebracht dargestellt) in das Motormodul 14 integriert. Konkreter wird die elektrische Verbinderanordnung 78 teilweise in den Netzanschluss 75A zur Fixierung bezüglich des Modulgehäuses 54A teilweise eingesetzt.
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Nach 4 und 5 enthält die Verbinderanordnung 78 einen Isolator 82. Der Isolator 82 ist ein Formstück aus elektrisch hoch isolierendem Material, vorzugsweise einem Polymermaterial, wie der Fachmann versteht. Der Isolator 82 definiert drei Hohlräume 86, die von einander beabstandet und durch Leisten 90 voneinander getrennt sind. Jeder Hohlraum 86 wird teilweise von einer jeweiligen, im wesentlichen flachen Oberfläche 94 gebildet. Die Verbinderanordnung 78 enthält auch drei Gewindemuttern 98, die in den Isolator 82 so eingepresst werden, dass sie am Isolator 82 nicht drehbar fixiert sind. Jede Gewindemutter 98 definiert ein jeweiliges Gewindeloch 100, das mit einem vom Isolator 82 in jeder der Oberflächen 94 ausgebildeten jeweiligen Loch 102 fluchtet.
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Das Motormodul 14 enthält drei leitfähige Bahnen, die in der dargestellten Ausführungsform interne Drähte 104 sind, die mit dem Stator für eine Übertragung elektrischer Energie zu oder von dem Motormodul 14 wirksam verbunden sind. Jeder Draht 104 enthält einen damit verbundenen Anschluss 106, wobei jeder Anschluss 106 eine flache Anschlusslasche 110 mit einem darin definierten Loch 114 enthält. Die Anschlüsse 106 sind als getrennte Stücke dargestellt, die mit den Drähten 104 so verbunden sind, dass sie damit in elektrischer Verbindung stehen. Innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung können jedoch auch die Anschlüsse einteilig mit den Drähten 104 ausgebildet sein.
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Jede Anschlusslasche 110 erstreckt sich durch einen jeweiligen Schlitz 118 im Isolator 82, so dass jede Anschlusslasche 110 eine jeweilige Isolatorfläche 94 berührt und jedes Loch 114 mit einem jeweiligen Isolatorloch 102 und einem jeweiligen Gewindemutterloch 100 fluchtet. Es kann wünschenswert sein, dass die Anschlusslaschen 110 eine Schnappsitzverbindung mit dem Isolator 82 zum sicheren Festhalten der Anschlusslaschen 110 bezüglich der Verbinderanordnung 78 aufweisen. Jeder Schlitz 118 ist vorzugsweise so verjüngt, dass ein breites Ende des Schlitzes eine jeweilige Anschlusslasche 110 aufnimmt, und jeder Schlitz verengt sich, um die Platte in einer erzwungenen Endposition zu führen und festzuhalten, wie in 4 dargestellt ist.
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Der Isolator 82 umfasst auch eine Nase 120 und ein Anschlagglied 124. Die Nase 120 weist eine geneigte Oberfläche 122 auf, um einen Einsatz des Isolators und der Nase in den Netzanschluss 75A zu ermöglichen. Die Nase 120 ist so gestaltet, dass sie eine Entfernung des Isolators 82 aus dem Netzanschluss verhindert, und das Anschlagglied 124 ist so gestaltet, das es einen zu weiten Einsatz des Isolators durch den Netzanschluss über eine physische Teilgrenzfläche mit dem Gehäuse 54A verhindert.
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Nach 6 enthält das Motormodul 16 auch eine elektrische Verbinderanordnung 78, die in einen Netzanschluss 75B in einem Modulgehäuse 54B eingesetzt. Die Motormodule 14, 16 sind im Inneren eines Hohlraums 126 angeordnet, der im Gehäuse 18 ausgebildet ist, wie in 1-3 und 8 dargestellt ist, so dass die Verbinder 78 des ersten und zweiten Motormoduls 14, 16 einander benachbart, Anschlusslaschen 110 von der Mittellinie 12 radial nach außen gewandt und die durch die Laschen 110 gebildeten Löcher 114 im wesentlichen linear in der gleichen axialen Position im Getriebe angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung einer vormontierten Anschlussteilanordnung 128, die die externe Verdrahtung 53 vom Controller mit den internen Drähten 104 (dargestellt in 4) von jedem der Motormodule 14, 16 miteinander verbindet.
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Die Anschlussteilanordnung 128 umfasst ein Anschlusskastengehäuse 136, das eine im wesentlichen rechtwinkelige Öffnung 140 definiert. Sechs kreisförmige Öffnungen oder Anschlussbuchsen 144 sind im Gehäuse 136 ausgebildet und verlaufen von der rechtwinkeligen Öffnung 140 zu einer Außenfläche des Gehäuses. Jeder der externen Drähte 53 vom elektronischen Controller wird durch eine jeweilige Anschlussbuchse 144 so geführt, dass Verdrahtungsanschlüsse 148 an den Enden der Drähte 53 in der Öffnung 140 liegen. Die Anschlussbuchsen 144 sind abgedichtet, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit und Fremdkörper in das Gehäuse 136 eindringen, wenn es am Getriebegehäuse angebracht ist. Jeder Anschluss 148 enthält eine ein Loch 156 definierende flache Anschlusslasche 152.
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Nach 6 und 7 umfasst eine vormontierte Anschlussteilanordnung 128 leitfähige Stangen, d.h. zylindrische Hülsen 164. Jede Hülse 164 hat ein jeweiliges erstes Ende 168 und ein jeweiliges zweites Ende 172. Jede Hülse 164 definiert ferner ein zylindrisches Loch 176, das vom ersten Ende 168 zu dem zweiten Ende 172 der Hülse 164 verläuft. Die Teilanordnung 128 enthält zwei Hülsenisolatoren 180, auf die auch als „Anschlussabschirmungen“ verwiesen werden kann und welche aus einem biegsamen, in hohem Maße nicht leitenden Material geformt sind. Jeder der Isolatoren 180 definiert drei zylindrische Durchbrechungen 184, durch die eine jeweilige Hülse 164 eingesetzt wird. Die Hülsenisolatoren 180 trennen folglich die Hülsen und verhindern eine elektrische Verbindung zwischen diesen und schaffen vorzugsweise einen Stoss- bzw. Schlagschutz für die Anschlussteilanordnung 128. Jeder Isolator 180 weist auch einen Abschnitt 186 auf, der zum Teil eine Schleife definiert, durch die einer der Anschlüsse 148 oder Drähte 53 verläuft, um die Isolatoren 180 zusammen mit den leitfähigen Stangen und Verbindungselementen mit Gewinde am Anschlusskastengehäuse 136 festzuhalten.
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Verbindungselemente mit Gewinde, d.h. Schrauben 188, werden in Verbindung mit den Isolatoren 180 verwendet, um jede Hülse 164 mit einer jeweiligen Anschlusslasche 152 vor einer Endmontage zu verbinden. Im einzelnen verläuft jede Schraube 188 durch das Loch 156 einer der Anschlusslaschen 152 und durch das jeweilige Loch 176 einer der Hülsen. Drei der Hülsen 164 erstrecken sich durch ein jeweiliges zylindrisches Loch 184 in einem der Isolatoren 180, und andere drei Hülsen 164 erstrecken sich durch ein jeweiliges zylindrisches Loch 184 in dem anderen der Isolatoren 180. Die Passung der zylindrischen Hülsen 164 in den zylindrischen Löchern der Isolatoren 180 hält die Schrauben 188 und zylindrischen Hülsen 164 in der Anschlussanordnung 128 an Ort und Stelle. Das Anschlusskastengehäuse 136 hält die Anschlüsse, Schrauben und Hülsen 164 fest, so dass sie im wesentlichen linear angeordnet sind und zur einfachen Montage an den Verbindern 78 der Motormodule 14, 16 in die gleiche Richtung gewandt sind. Die Anschlussteilanordnung 128, die vor einer Verbindung mit Verbindern 78 vormontiert wird, erleichtert die Getriebemontage, indem lose Teile eliminiert und ein Modul geschaffen wird, das bezüglich des Getriebegehäuses und der Motoren/ Generatoren als eine Einheit selektiv bewegbar ist.
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Wie in 6 gezeigt ist, trennt der Anschlusskasten jeden der Anschlüsse, so dass die Schrauben mit einem jeweiligen Anschluss auf einem der Verbinder der Module 14, 16 ausgerichtet werden können, indem die Anschlussteilanordnung bezüglich der Module ausreichend positioniert wird. Um die elektrische Verbindung zwischen dem Controller und den Motoren einzurichten, wird der Anschlusskasten mit einer Öffnung 190 ausgerichtet, die im Getriebegehäuse 18 (dargestellt in 8) ausgebildet ist, womit die Verbinder 78 der Motormodule 14, 16 ausgerichtet sind. Der Anschlusskasten ist über Schrauben 200 am Getriebegehäuse befestigt. Ein Dichtring bzw. eine Dichtung wird vorzugsweise mit einer Abdeckung 204 verwendet, um die Öffnung 190 dicht zu schließen. Jede Schraube 188 wird mit einem Drehmoment so angezogen, dass sie sich durch das Loch 114 einer jeweiligen Anschlusslasche 110 und durch das Loch 100 einer (in 5 dargestellten) jeweiligen Gewindemutter 98 erstreckt und damit in Eingriff steht, wodurch bewirkt wird, dass das erste Ende 168 jeder Hülse 164 eine jeweilige Anschlusslasche 152 berührt und das zweite Ende 172 jeder Hülse 164 eine jeweilige Anschlusslasche 110 auf einem der Verbinder 78 der Motormodule 14, 16 berührt. Konkreter stehen drei der Drähte 53 mit den internen Drähten des Motormoduls 14 in elektrischer Verbindung, und drei der Drähte 53 sind mit den internen Drähten des Motormoduls 16 elektrisch verbunden.
