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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuseelement für einen Antrieb, der eine Verbrennungskraftmaschine als eine erste Energiewandlungseinrichtung aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Antrieb mit einem solchen Gehäuseelement.
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Es ist allgemein bekannt, dass ein Antrieb, beispielsweise ein Hybridantrieb oder ein dieselelektrischer Antrieb, eine Verbrennungskraftmaschine als eine erste Energiewandlungseinrichtung und eine zweite Energiewandlungseinrichtung aufweisen kann. Die zweite Energiewandlungseinrichtung kann beispielsweise ein hydrostatischer Antrieb oder ein elektrischer Antrieb sein, der eine elektrische Maschine, insbesondere eine Synchronmaschine, aufweist. Beispielsweise kann bei einem Parallel-Hybridantrieb mit einer elektrischen Maschine als zweiter Energiewandlungseinrichtung eine Integration der elektrischen Maschine in den Antriebsstrang des Hybridantriebs erfolgen, indem die elektrische Maschine direkt oder über eine Schaltkupplung mit einem Schwungrad der Verbrennungskraftmaschine verbunden wird. Dabei ist es ferner möglich, eine elastische Kupplung zwischenzuschalten, um Drehungleichförmigkeiten der Verbrennungskraftmaschine zu reduzieren. Üblicherweise wird die elektrische Maschine mitsamt der Schaltkupplung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe angeordnet. Bedingt durch eine häufig vorhandene Begrenzung des verfügbaren Bauraums für den Hybridantrieb sowie durch die eingesetzte Verbrennungskraftmaschine vorgegebene Drehzahlen ist die von der eingesetzten elektrischen Maschine erbringbare Leistung begrenzt. Wird eine leistungsstärkere elektrische Maschine benötigt, muss nachteiligerweise die Baugröße der elektrischen Maschine, und damit des Hybridantriebs insgesamt, vergrößert werden, da eine Erhöhung der von der elektrischen Maschine aufnehmbaren oder abgebbaren elektrischen Leistung üblicherweise durch eine Erhöhung des Durchmessers und/oder der Länge der elektrischen Maschine realisiert wird. Dies bedeutet, dass auch mechanische Schnittstellen des Hybridantriebs verändert werden müssen. Dies ist aufwändig.
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Aus der Offenlegungsschrift
EP 0 776 779 A2 ist ein Hybridantrieb bekannt, der eine Verbrennungskraftmaschine, einen Motorgenerator und eine Übertragungseinrichtung aufweist. Eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine ist über eine Kupplung mit einer Eingangswelle der Übertragungseinrichtung verbunden. Die Eingangswelle ist mittels einer Lagerung gelagert. Der Motorgenerator ist in einem Gehäuse angeordnet und über ein Getriebe mit der Eingangswelle gekoppelt. Eine Motorwelle des Motorgenerators ist mittels einer Lagerung gelagert. Der Motorgenerator mitsamt seiner Motorwelle sind in radialer Richtung von der Eingangswelle beabstandet.
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Aus der
DE 696 11 745 T2 ist ein hybrides Verbundgetriebe für Fahrzeuge bekannt. Mittels des Getriebes kann von einer Verbrennungskraftmaschine an einem Eingang des Getriebes gelieferte mechanische Energie mechanisch gewandelt und an einen Getriebeausgang übertragen werden. Die an dem Getriebeausgang abgegebene mechanische Energie dient zum Antreiben von Antriebsrädern des Fahrzeugs. Das Getriebe weist zwei elektrische Maschinen und einen elektrischen Energiespeicher auf. Mit aus dem Energiespeicher entnommener elektrischer Energie können die als Motoren betriebenen elektrischen Maschinen zusätzlich Drehmoment auf den Getriebeausgang bringen. Des Weiteren ist es möglich, über die als Generator betriebenen elektrischen Maschinen elektrische Energie im Energiespeicher abzuspeichern.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfachen und flexiblen Aufbau eines Antriebs zu ermöglichen, der eine Verbrennungskraftmaschine aufweist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein Gehäuseelement für einen Antrieb vorgeschlagen, der eine Verbrennungskraftmaschine als eine erste Energiewandlungseinrichtung zum Wandeln von Energie aufweist. Das Gehäuseelement enthält eine Lagerung zum Lagern einer Welle, die Teil eines Antriebsstrangs des Antriebs ist, sowie mehrere Halterungen zum Halten von mehreren zweiten Energiewandlungseinrichtungen zum Wandeln von Energie. Die zweiten Energiewandlungseinrichtungen sind dabei so ausgestaltet, dass Energie von einer ersten Energieform in eine zweite Energieform wandelbar ist, wobei die Energie einer dieser beiden Energieformen mechanische Energie ist. Bei der vorliegenden Erfindung sind die mehreren Halterungen in radialer Richtung von der Lagerung beabstandet. Dabei sind die Abstände zwischen den Halterungen und der Lagerung größer, als der Radius eines Schwungrads der Verbrennungskraftmaschine.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Antrieb vorgeschlagen, der eine Verbrennungskraftmaschine und das erfindungsgemäße Gehäuseelement aufweist.
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Aufgrund der vorliegenden Erfindung können mehrere zweite Energiewandlungseinrichtungen des Antriebs vorteilhafterweise platzsparend und kostengünstig in einen Antriebsstrang des Antriebs integriert werden. Durch den Abstand zwischen der Lagerung und den Halterungen können zweite Energiewandlungseinrichtungen abhängig von wenigstens einem vorgegebenen Kriterium, wie beispielsweise der Größe und Form der Verbrennungskraftmaschine, der Größe und Form der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung und/oder der Größe und Form des Bauraums, der für die Aufnahme des Antriebs zur Verfügung steht, angeordnet werden. Der Abstand zwischen der Lagerung und den Halterungen kann vorteilhafterweise abhängig von der jeweiligen Anwendung, für die der Antrieb vorgesehen ist, ausgestaltet werden. Aufgrund der vorliegenden Erfindung ist es des Weiteren möglich, den Antrieb besonders wartungsfreundlich auszugestalten, da die jeweilige zweite Energiewandlungseinrichtung einfach ausgebaut und beispielsweise im Falle eines Defekts gegebenenfalls ausgetauscht werden können. Eine Demontage eines Getriebes des Antriebs ist zum Ausbauen der zweiten Energiewandlungseinrichtung einfachheitshalber nicht erforderlich. Ferner können die Halterungen vorteilhafterweise so angeordnet und ausgebildet sein, dass die jeweilige zweite Energiewandlungseinrichtung in einem ansonsten ungenutzten Bauraum des Antriebs, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Getriebes, platzierbar ist. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Energiewandlungseinrichtung und die zweiten Energiewandlungseinrichtungen Antriebseinrichtungen, mit denen jeweils ein Drehmoment erzeugbar ist.
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Die mehreren Halterungen sind vorteilhafterweise entlang eines Umfangs des Gehäuseelements in eine Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Aufgrund der mehreren Halterungen sind mehrere zweite Energiewandlungseinrichtungen an dem Gehäuseelement anbringbar. Die Anzahl der angebrachten zweiten Energiewandlungseinrichtungen ist je nach Anwendung und Erfordernissen auf technisch einfache Weise variierbar. Durch die Möglichkeit der Variation der Anzahl der zweiten Energiewandlungseinrichtungen kann somit vorteilhafterweise die von den zweiten Energiewandlungseinrichtungen zur Verfügung gestellte Leistung variiert werden. Dabei können mechanische Schnittstellen des Gehäuseelements, beispielsweise zur Verbrennungskraftmaschine und/oder zu anderen Komponenten, unverändert bleiben. Insbesondere kann die von den zweiten Energiewandlungseinrichtungen des Antriebs erzeugbare Leistung verändert werden, ohne seine Baulänge zu verändern. Ferner ist es möglich, mehrere kleine, kostengünstige und handelsübliche zweite Energiewandlungseinrichtungen einzusetzen, um eine vorgegebene (Nenn-) Leistung zur Verfügung zu stellen, statt einer einzigen großen zweiten Energiewandlungseinrichtung, die beispielsweise für die jeweilige Anwendung eigens spezifiziert und angefertigt werden muss. Dies gilt insbesondere im Falle eines elektrischen Hybridantriebs für den Einsatz von elektrischen Maschinen als zweiten Energiewandlungseinrichtungen. Es können mehrere handelsübliche und kostengünstige elektrische Maschinen eingesetzt werden, die vorteilhafterweise eine hohe Leistungsdichte aufweisen und mit hohen Drehzahlen betrieben werden können, die beispielsweise im Bereich von 6000 U/min bis 25000 U/min, insbesondere 8000 U/min bis 15000 U/min, liegen. Besonders vorteilhaft können die mehreren zweiten Energiewandlungseinrichtungen baugleich ausgeführt sein. Dadurch ist es möglich, ihre Integration in den Antrieb, beispielsweise ihre Ansteuerungen oder Befestigungen, einheitlich auszugestalten. Sowohl der Spezifizierungs- als auch der Serviceaufwand kann begrenzt werden. Des Weiteren kann vorteilhafterweise die Betriebssicherheit erhöht werden, da bei Ausfall einer der zweiten Energiewandlungseinrichtungen und/oder einer zu ihrem Betrieb erforderlichen Komponente (im Falle einer elektrischen Maschine als zweiter Energiewandlungseinrichtung beispielsweise ein Umrichter) der Betrieb des Antriebs prinzipiell, wenn auch leistungsreduziert, möglich ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, dass die Abstände zwischen den Halterungen und der Lagerung größer sind, als der Radius eines Schwungrads der Verbrennungskraftmaschine, ist es vorteilhafterweise gewährleistet, dass die Halterungen so weit von der Lagerung entfernt sind, dass die zweiten Energiewandlungseinrichtungen einfach, insbesondere zum Montieren und/oder Demontieren, zugänglich sind. Eine Behinderung durch die Verbrennungskraftmaschine und/oder eine andere insbesondere sperrige Komponente des Antriebs selbst oder durch eine Komponente, die mit dem Antrieb verbunden oder in dessen Nähe angeordnet ist, beispielsweise ein Getriebe, kann praktischerweise vermieden werden.
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Besonders vorteilhaft ist die Lagerung so ausgestaltet, dass sich die Welle in eingebautem Zustand, in dem sie in der Lagerung gelagert ist, in eine Längsrichtung erstreckt. Die Längsachse der Welle verläuft dabei in die Längsrichtung. Die radiale Richtung, in der die Halterungen von der Lagerung, insbesondere nach außen gerichtet, beabstandet sind, ist von der axial verlaufenden Längsrichtung verschieden. Insbesondere verläuft die radiale Richtung senkrecht zu der axial verlaufenden Längsrichtung. Die Welle ist vorteilhafterweise mit der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung bringbar. Sie dient insbesondere zum Aufnehmen und Verteilen von mechanischen Drehmomenten im Antriebsstrang, insbesondere eines von der Verbrennungskraftmaschine im Betrieb erzeugten Drehmoments. Die Welle kann zur weiteren Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung einfachheitshalber als Hauptwelle oder als zentrale Welle bezeichnet werden. Die zentrale Welle ist allerdings nicht notwendigerweise genau in der Mitte des Gehäuseelements angeordnet. Die Halterungen befinden sich außerhalb der Erstreckung der Hauptwelle in radialer Richtung. Die Halterungen sind insbesondere so ausgestaltet, dass sich die in ihr gehaltenen zweiten Energiewandlungseinrichtungen parallel zur Längsachse der Welle erstrecken. Vorteilhafterweise weisen die Halterungen ein Befestigungsmittel zum Befestigen der zweiten Energiewandlungseinrichtungen auf. Damit lassen sich zweite Energiewandlungseinrichtungen sicher und komfortabel an dem Gehäuseelement befestigen. Besonders vorteilhaft weist die jeweilige zweite Energiewandlungseinrichtung eine elektrische Maschine auf. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hauptwelle selbst in dem erfindungsgemäßen Gehäuseelement angeordnet, insbesondere gelagert. Der Antrieb ist vorzugsweise ein Antrieb für ein Fahrzeug, insbesondere für ein schienengebundenes Fahrzeug, beispielsweise eine Lokomotive oder einen Triebwagen. Der Antrieb ist besonders bevorzugt ein Hybridantrieb, insbesondere ein Parallel-Hybridantrieb. Der Antrieb kann beispielsweise auch ein dieselelektrischer Antrieb sein, bei dem ein Dieselmotor als Verbrennungskraftmaschine einen Generator oder mehrere Generatoren als zweite Energiewandlungseinrichtung mit mechanischer Energie speist. Der als dieselelektrischer Antrieb ausgestaltete Antrieb ist besonders vorteilhaft als Genset zur Energieerzeugung einsetzbar. Alternativ kann der Antrieb vorteilhafterweise ein dieselhydrostatischer Antrieb sein, bei dem ein Dieselmotor als Verbrennungskraftmaschine und eine oder mehrere hydrostatische Maschinen als zweite Energiewandlungseinrichtung zusammenwirken.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuseelement eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von mechanischer Energie, insbesondere zum Übertragen eines Drehmoments, zwischen der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung und der Welle auf. Dadurch kann eine von der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung im Betrieb abgegebene mechanische Energie, insbesondere ein Drehmoment, auf einfache Weise auf die Hauptwelle übertragen werden. In diesem Fall wird die jeweilige zweite Energiewandlungseinrichtung in einem Antriebsmodus betrieben, in dem sie mechanische Energie oder Leistung abgibt. In einem Generatormodus wird die jeweilige zweite Energiewandlungseinrichtung so betrieben, dass sie von einem mit dem Gehäuseelement wirkverbundenen Getriebe und/oder dem Verbrennungsmotor abgegebene mechanische Energie oder Leistung, insbesondere Drehmoment, aufnimmt. In diesem Fall dient die Übertragungseinrichtung vorteilhafterweise zum Übertragen von Energie von der Hauptwelle zu der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung. Die Energie oder Leistung der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung wird beispielsweise über eine weitere Welle, die Teil der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung ist, abgegeben. Die Übertragungseinrichtung ist vorteilhafterweise so ausgestaltet und angeordnet, dass sie bei in den Halterungen gehaltenen zweiten Energiewandlungseinrichtungen und in der Lagerung gelagerter Welle sowohl mit der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung als auch mit der Welle in Wirkverbindung steht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Übertragungseinrichtung ein Getriebe auf. Mittels des Getriebes kann die Energieübertragung, insbesondere Drehmomentübertragung, besonders sicher und effizient erfolgen. Besonders vorteilhaft ist das Getriebe ein Zahnradgetriebe. Mit einem solchen Zahnradgetriebe kann Energie, insbesondere ein Drehmoment, schlupflos mit hohem Wirkungsgrad übertragen werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Getriebe ein solches Übersetzungsverhältnis auf, dass eine von der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung in das Getriebe eingespeiste Drehzahl heruntersetzbar und eine von der Hauptwelle in das Getriebe eingespeiste Drehzahl heraufsetzbar ist. Damit kann die Drehzahl der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung vorteilhafterweise an eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt werden, wobei die Drehzahl der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung höher, vor allem um ein Mehrfaches höher, ist, als die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere weist das Getriebe ein Übersetzungsverhältnis von wenigstens 3:1 auf. Ein solches Übersetzungsverhältnis ist auf technisch einfache Weise umsetzbar. Das Übersetzungsverhältnis hängt von dem Verhältnis der Drehzahl der weiteren Welle der jeweiligen in Betrieb befindlichen zweiten Energiewandlungseinrichtung zu der Drehzahl der in Betrieb befindlichen Hauptwelle ab. Besonders bevorzugt liegt das Übersetzungsverhältnis in einem Bereich von 3:1 bis 10:1. In diesem Bereich kann vorteilhafterweise ein besonders guter Kompromiss zwischen einem technischen Aufwand, der zum Handhaben einer hohen Drehzahl der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung erforderlich ist, wie beispielsweise eine für hohe Drehzahlen ausgelegte stabile Lagerung der weiteren Welle der zweiten Energiewandlungseinrichtung, und einer möglichen Verwendung einer kleinen, einfach aufgebauten und günstigen zweiten Energiewandlungseinrichtung erzielt werden. Ferner kann dadurch ein besonders vorteilhaftes Leistungsgewicht der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung erreicht werden. Der Begriff Leistungsgewicht entspricht dabei dem Quotienten aus der Leistung, insbesondere der mechanischen Leistung, der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung zu ihrem Gewicht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuseelement eine Schaltkupplung zum Verbinden der von der Verbrennungskraftmaschine getrennten Welle des Antriebsstrangs mit der Verbrennungskraftmaschine und zum Trennen der mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Welle von der Verbrennungskraftmaschine auf. Dadurch kann auf besonders platzsparende Weise die Verbindung der Welle des Antriebsstrangs zu der Verbrennungskraftmaschine getrennt und hergestellt werden. Die Schaltkupplung ist vorteilhafterweise in das Gehäuseelement integriert. Die Hauptwelle ist insbesondere so ausgestaltet, dass sie mit einem Schwungrad der Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist.
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Besonders vorteilhaft weist das Gehäuseelement eine elastische Kupplung auf. Diese ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung mit der Schaltkupplung verbunden. Dadurch kann eine besonders platzsparende Anordnung der elastischen Kupplung erreicht werden. Die elastische Kupplung ist vorteilhafterweise so in dem Gehäuseelement angeordnet, dass sie zwischen der Schaltkupplung und der Verbrennungskraftmaschine platziert ist. Mittels der elastischen Kupplung können Drehungleichförmigkeiten insbesondere der Verbrennungskraftmaschine gedämpft werden. Durch geringere Drehungleichförmigkeiten werden im Antriebsstrang der elastischen Kupplung nachfolgende Bauteile weniger belastet.
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Besonders vorteilhaft sind die Abstände zwischen den Halterungen und der Lagerung wenigstens so groß, dass sich die jeweilige zweite Energiewandlungseinrichtung in ihrem Montagezustand, in dem sie in einer der Halterungen montiert ist, in radialer Richtung betrachtet, außerhalb der radialen Erstreckung eines an das Gehäuseelement angrenzenden Gehäuses der Verbrennungskraftmaschine und/oder eines an das Gehäuseelement angrenzenden Gehäuses eines Getriebes befindet. Besonders vorteilhaft sind die Halterungen so angeordnet und ausgestaltet, dass die jeweilige zweite Energiewandlungseinrichtung parallel zum Antriebsstrang des Antriebs verläuft. Insbesondere sind die Halterungen so angeordnet und ausgestaltet, dass die jeweilige zweite Energiewandlungseinrichtung in Richtung einer Komponente ragt, die zu dem Gehäuseelement benachbart angeordnet ist. Eine solche Komponente ist beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine oder ein Getriebe, das mit der Welle des Antriebsstrangs des Antriebs verbunden ist.
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Besonders bevorzugt ist eine maschinenseitige Anschlussschnittstelle zum Anschließen der Verbrennungskraftmaschine vorhanden. Durch eine solche Ausgestaltung kann das Gehäuseelement auf technisch einfache Weise sicher befestigt werden. Dadurch ist eine sichere Installation des Gehäuseelements in dem Antriebsstrang möglich. Die maschinenseitige Anschlussschnittstelle ist insbesondere so ausgestaltet, dass ein Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine auf einfache Weise anschließbar ist.
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Besonders vorteilhaft weist das Gehäuseelement ferner eine getriebeseitige Anschlussschnittstelle zum Anschließen eines Getriebes auf. Durch diese Ausgestaltung kann das Gehäuseelement auf technisch einfache Weise noch sicherer befestigt werden. Insbesondere liegen sich die beiden Anschlussschnittstellen, in axialer Richtung betrachtet, gegenüber. Die getriebeseitige Anschlussschnittstelle ist insbesondere so ausgestaltet, dass ein Gehäuse des Getriebes auf einfache Weise anschließbar ist. Diese Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist insbesondere bei einem Hybridantrieb als Antrieb vorteilhaft.
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Vorzugsweise ist das Gehäuseelement als Zwischengehäuse ausgestaltet, das so ausgestaltet ist, dass es zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe installierbar ist. Das Gehäuseelement enthält vorteilhafterweise wenigstens einen Flansch, in dem die Halterungen ausgebildet sind. Der wenigstens eine Flansch erstreckt sich in einer vorteilhaften Ausgestaltung ausgehend von einem Kern oder einem Hauptteil des Gehäuseelements radial nach außen. Die Halterungen sind vorzugsweise in einem Endbereich des wenigstens einen Flansches ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuseelement einen Führungskanal für ein Kühlmedium und/oder einen Führungskanal für ein Schmiermedium auf. Diese Ausführung gewährleistet eine gute und praktische Versorgung der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung und vorteilhafterweise der Hauptwelle und/oder der Übertragungseinrichtung zum Übertragen der von der jeweiligen zweiten Energiewandlungseinrichtung abgebbaren Leistung zu der Hauptwelle mit dem Kühlmedium und/oder dem Schmiermedium. Insbesondere sind wenigstens zwei Führungskanäle für das Kühlmedium und/oder das Schmiermedium vorhanden, von denen einer zum Zuführen und der andere zum Abführen des Kühl- und/oder Schmiermediums dient. Sofern das Gehäuseelement ein Gehäuse aufweist, sind in der Gehäusewand vorteilhafterweise Öffnungen zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums und/oder des Schmiermediums ausgebildet. An diesen Öffnungen sind vorteilhafterweise Befestigungsmöglichkeiten, beispielsweise Gewinde, angebracht, mit denen Leitungsmittel, beispielsweise Schläuche, befestigt werden können. Mit den Leitungsmitteln kann das Kühlmedium und/oder das Schmiermedium zum Gehäuseelement zugeführt und vom Gehäuseelement abgeführt werden. Besonders vorteilhaft sind der Führungskanal für das Kühlmedium und/oder der Führungskanal für das Schmiermedium in der Gehäusewand des Gehäuses des Gehäuseelements ausgebildet.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gehäuseelements,
- 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gehäuseelements, das als Zwischengehäuse in einem Hybridantrieb zwischen einem Dieselmotor und einem Getriebe angeordnet ist,
- 3 eine schematische Darstellung des weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zwischengehäuses gemäß 2 in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 eine weitere schematische Darstellung des weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zwischengehäuses in einer Schnittansicht eines im Zwischengehäuse integrierten Getriebes und
- 5 eine weitere schematische Darstellung des weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zwischengehäuses in einer seitlichen Schnittansicht.
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Im Folgenden werden, sofern nicht anders angegeben, für gleiche oder gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gehäuseelements 10 für einen Antrieb. Der Antrieb ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Hybridantrieb für ein schienengebundenes Fahrzeug. Dargestellt ist eine Ansicht einer Stirnseite des Gehäuseelements 10. Das Gehäuseelement 10 weist einen zentralen Gehäusekörper 12 auf, der vorteilhafterweise eine runde Querschnittsfläche hat. Dadurch lässt sich das Gehäuseelement 10 besonders gut in dem Hybridantrieb anordnen. Zentral, in der Mitte des Gehäusekörpers 12 befindet sich eine Lagerung 14 zum Lagern einer zentralen Welle, die Teil eines Antriebsstrangs des Hybridantriebs ist und auch als Hauptwelle bezeichnet werden kann. Die Lagerung 14 ist so angeordnet und ausgestaltet, dass die zentrale Welle in axialer Richtung lagerbar ist. In der Darstellung nach 1 verläuft die axiale Richtung senkrecht zur Querschnittsfläche des Gehäusekörpers 12, d. h. in der Darstellung nach 1 aus der Darstellungsebene hinaus. Ausgehend von dem Gehäusekörper 12 erstrecken sich in radialer Richtung vier Flansche 16, 18, 20 und 22. Die Flansche 16-22 sind entlang des Umfangs des Gehäusekörpers 12 zueinander versetzt angeordnet. Dabei ragt der Flansch 16 nach links oben, der Flansch 18 nach links unten, der Flansch 20 nach rechts unten und der Flansch 22 nach rechts oben. In radialen Endbereichen der Flansche 16-22 sind Halterungen 24, 26, 28 und 30 zum Halten von Energiewandlungseinrichtungen zum Wandeln von Energie. Diese Energiewandlungseinrichtungen dienen zum Wandeln von Energie von einer ersten Energieform in eine zweite Energieform. Die Energie einer dieser beiden Energieformen ist dabei mechanische Energie. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen sind die Energiewandlungseinrichtungen elektrische Maschinen, die sowohl als Antriebsmotoren als auch als Generatoren arbeiten können, insbesondere in einem Rekuperationsbetrieb des Hybridantriebs. Der Flansch 16 weist die Halterung 24, der Flansch 18 die Halterung 26, der Flansch 20 die Halterung 28 und der Flansch 22 die Halterung 30 auf. Die Halterungen 24-30 sind in radialer Richtung von der Lagerung 14 beabstandet. Dabei hat die Halterung 24 einen Abstand 32, die Halterung 26 einen Abstand 34, die Halterung 28 einen Abstand 36 und die Halterung 30 einen Abstand 38 von der Lagerung 14. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Abstände 32 und 38 gleich groß, ebenso die Abstände 34 und 36. Die Abstände 32 und 38 einerseits und die Abstände 34 und 36 andererseits sind unterschiedlich groß. Es ist allerdings abhängig von der jeweiligen Anwendung ebenso möglich, eine andere Kombination der Größen der Abstände festzulegen. Beispielsweise können alle Abstände 32-38 gleich groß oder alle Abstände 32-38 unterschiedlich groß sein. Die Halterungen 24-30 können so ausgestaltet sein, dass sie sich voneinander unterscheiden. Vorteilhafterweise ist es möglich, Befestigungsmittel an den Halterungen 24-30 vorzusehen, mit denen die Energiewandlungseinrichtungen an dem Gehäuseelement 10 befestigt werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthalten die Halterungen 24-30 in den Endbereichen mittig Durchführungen 40 durch die Flansche 16-22. Die Durchführungen 40 dienen zum Durchführen von Wellen der Energiewandlungseinrichtungen. Die Halterungen 24-30 enthalten ferner zusätzliche Durchführungen 42, die um die Durchführung 40 herum, verteilt in den Ecken eines gedachten Quadrats, ausgebildet sind. Beispielhaft sind in der 2 die zusätzlichen Durchführungen 42 der Halterung 24 dargestellt. Durch die Durchführungen 42 können beispielsweise Schrauben hindurchgeführt werden, die an den zu haltenden Energiewandlungseinrichtungen angebracht sind. Auf solche durch die Durchführungen 42 hindurchgeführten Schrauben können Muttern aufgeschraubt werden. Anstelle der Durchführungen 40, 42 können die Halterungen 24-30 anders ausgestaltet sein.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gehäuseelements 10. Das Gehäuseelement 10 weist den Gehäusekörper 12 auf und ist in diesem Ausführungsbeispiel als Zwischengehäuse ausgestaltet, das in einem Hybridantrieb 44 eingesetzt ist. Der Hybridantrieb 44 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein elektrischer Parallel-Hybridantrieb. Das Gehäuseelement 10 ist zwischen einer Verbrennungskraftmaschine des Hybridantriebs 44 und einem Getriebe 46 angeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine ist hier ein Dieselmotor 48. Der Dieselmotor 48 weist ein Gehäuse auf, das einen Gehäuseteil 50 hat, der an das Gehäuseelement 10 angrenzt. In dem Gehäuseteil 50 ist ein drehbar gelagertes Schwungrad des Dieselmotors 48 angeordnet. Der Gehäuseteil 50 weist eine Schnittstelle 52 auf, mit der er an dem Gehäuseelement 10 befestigt werden kann. Dazu weist der Gehäusekörper 12 des Gehäuseelements 10 eine maschinenseitige Anschlussschnittstelle 54 auf. Die Anschlussschnittstelle 54 ist so ausgestaltet, dass sie mit der Schnittstelle 52 korrespondiert, so dass die Schnittstelle 52 und die Anschlussschnittstelle 54 bündig miteinander verbunden werden können. Dieses Verbinden kann beispielsweise mittels Schrauben erfolgen. In diesem Fall weisen die Schnittstelle 52 und die Anschlussschnittstelle 54 einfachheitshalber sich gegenüber liegende Löcher auf. Auf der der Anschlussschnittstelle 54 gegenüber liegenden Seite des Gehäusekörpers 12 befindet sich eine getriebeseitige Anschlussschnittstelle 56 zum Anschließen des Getriebes 46. Dazu weist das Getriebe 46 ein Gehäuse mit einem Gehäuseteil 58 auf, der an den Gehäusekörper 12 angrenzt. Der Gehäuseteil 58 enthält eine Schnittstelle 60, mit der er an dem Gehäuseelement 10 befestigt werden kann. Die Anschlussschnittstelle 56 ist so ausgestaltet, dass sie mit der Schnittstelle 60 korrespondiert, so dass die Schnittstelle 60 und die Anschlussschnittstelle 56 bündig miteinander verbunden werden können. Dieses Verbinden kann ebenfalls beispielsweise mittels Schrauben erfolgen. In diesem Fall weisen die Schnittstelle 60 und die Anschlussschnittstelle 56 einfachheitshalber sich gegenüber liegende Löcher auf. Eine Breite 62 des Gehäuseteils 58 ist - in radialer Richtung betrachtet - kleiner als eine Breite 64 des restlichen Gehäuses des Getriebes 46. Dadurch wird eine Ausbuchtung 66 im an den Gehäuseteil 58 angrenzenden Außenbereich des Getriebes 46 gebildet.
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Das Gehäuseelement 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 weist einen Flansch 68 auf, der sich ausgehend vom Umfang des Gehäusekörpers 12 radial nach außen erstreckt. In dem Flansch 68 ist eine Halterung 70 ausgebildet, die zum Halten und vorteilhafterweise Befestigen einer elektrischen Maschine 72 dient. In dem Flansch 68 ist eine weitere Halterung zum Halten einer weiteren elektrischen Maschine ausgebildet. Die weitere Halterung ist unterhalb der Halterung 70 angeordnet, in der 2 allerdings nicht dargestellt. Die elektrische Maschine 72 und die nicht dargestellte weitere elektrische Maschine sind Energiewandlungseinrichtungen des Hybridantriebs 44. Die Halterung 70 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Durchführungen, die in axialer Richtung in den Flansch 68 eingebracht sind. Entsprechendes gilt für die weitere Halterung. Die Durchführungen der Halterung 70 dienen zum Hindurchführen von Schrauben, die in Befestigungsmitteln der elektrischen Maschine 72 verankert sind und auf die Muttern aufgeschraubt werden, um die elektrische Maschine 72 an der Halterung 70 zu befestigen. In der 2 sind beispielhaft zwei solche Befestigungsmittel dargestellt. Die Befestigungsmittel sind hier Befestigungskörper 74, die außen an dem Gehäuse der elektrischen Maschine 72 angebracht sind und in denen sich Schrauben zum Befestigen der elektrischen Maschine 72 an der Halterung 70 befinden. Die länglich ausgestaltete elektrische Maschine 72 ist im Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise so in der Halterung 70 gehalten und befestigt, dass sie sich in axialer Richtung parallel zur Außenseite des Gehäuseteils 58 in die Ausbuchtung 66 hinein erstreckt. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine 72 besonders platzsparend in dem Hybridantrieb 44 angeordnet sein. Entsprechendes gilt für die nicht dargestellte weitere elektrische Maschine.
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Die elektrische Maschine 72 und die weitere elektrische Maschine sind vorteilhafterweise handelsübliche, kostengünstige elektrische Maschinen, die hohe Drehzahlen ermöglichen, die insbesondere zwischen ca. 8000 U/min und 15000 U/min liegen. Die Anzahl der an dem Gehäuseelement 10 angebrachten elektrischen Maschinen, und damit die von der Gesamtheit dieser elektrischen Maschinen abgebbare Leistung und das insgesamt abgebbare Drehmoment, kann auf einfache Weise je nach gewünschter Anwendung durch Hinzu- oder Abmontieren von einer oder mehreren elektrischen Maschinen variiert werden. Besonders vorteilhaft sind mehrere oder alle eingesetzten elektrischen Maschinen baugleich.
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3 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gehäuseelements 10 gemäß 2. Dargestellt ist das Gehäuseelement 10 in einer perspektivischen Ansicht. Gut zu erkennen ist die runde Querschnittsfläche des Gehäusekörpers 12, die getriebeseitige Anschlussschnittstelle 56 sowie die an der Halterung 70 des Flansches 68 angebrachte elektrische Maschine 72. Unterhalb der elektrischen Maschine 72 ist die weitere elektrische Maschine angebracht. Diese weitere elektrische Maschine erhält im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Bezugszeichen 76. Die weitere elektrische Maschine 76 ist an einer weiteren Halterung 78 des Flansches 68 befestigt. Im Innern des Gehäusekörpers 12 ist mittig eine Lagerung 80 zum Lagern einer zentralen Welle eines Antriebsstrangs des Hybridantriebs 44 dargestellt. Die Lagerung 80 ist so ausgestaltet, dass die Längsachse der gelagerten zentralen Welle in axialer Richtung des Hybridantriebs verläuft. Die axiale Richtung erhält im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Bezugszeichen 82.
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An der oberen Außenseite des Gehäusekörpers 12 sind ein Anschluss 84 und ein Anschluss 86 vorhanden. Die beiden Anschlüsse 84 und 86 dienen zum Anschließen von Leitungen, insbesondere von Schläuchen. Über den Anschluss 84 und den an ihm angebrachten Schlauch kann ein Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser, in das Gehäuseelement 10 eingeleitet werden. Zum Führen des Kühlmediums in dem Gehäuseelement 10 sind Führungskanäle vorhanden, über die das eingeleitete Kühlmedium vom Anschluss 84 zu den in dem Flansch 68 ausgebildeten Halterungen 70, 78 zum Halten der elektrischen Maschinen 72, 76 verteilt wird. Auf diese Weise können die elektrischen Maschinen vorteilhafterweise mit dem zugeführten Kühlmedium gekühlt werden. In der 3 ist ein solcher Führungskanal 88 zum Zuführen des Kühlmediums angedeutet. Das nach dem Kühlen erwärmte Kühlmedium wird durch weitere Führungskanäle, die ebenfalls im Innern der Wand des Gehäusekörpers 12 ausgebildet sind, zum Anschluss 86 geführt und über den an den Anschluss 86 angeschlossenen Schlauch aus dem Gehäuseelement 10 ausgeleitet. In der 3 ist ein solcher weiterer Führungskanal 90 zum Abführen des Kühlmediums angedeutet. Entsprechend sind an der unteren Außenseite des Gehäusekörpers 12 ein Anschluss 92 und ein Anschluss 94 ausgebildet. Die Anschlüsse 92 und 94 sind in der 3 zur Verdeutlichung dargestellt, obwohl sie normalerweise in dieser Ansicht des Gehäuseelements 10 nicht sichtbar wären. Die beiden Anschlüsse 92 und 94 dienen ebenfalls zum Anschließen von Leitungen, insbesondere von Schläuchen. Über den Anschluss 92 und den an ihm angebrachten Schlauch kann ein Schmiermedium, beispielsweise Öl, in das Gehäuseelement 10 eingeleitet werden. Zum Führen des Schmiermediums in dem Gehäuseelement 10 sind Führungskanäle vorhanden, über die das eingeleitete Schmiermedium vom Anschluss 92 zu den in dem Flansch 68 ausgebildeten Halterungen 70, 78 zum Halten der elektrischen Maschinen 72, 76 verteilt wird. Auf diese Weise können die elektrischen Maschinen 72, 76 vorteilhafterweise mit dem zugeführten Schmiermedium geschmiert werden. In der 3 ist ein solcher Führungskanal 96 zum Zuführen des Schmiermediums angedeutet. Das zum Schmieren gebrauchte, mehr oder weniger verschmutzte Schmiermedium wird nach dem Schmieren durch weitere Führungskanäle, die ebenfalls im Innern der Wand des Gehäusekörpers 12 ausgebildet sind, zum Anschluss 94 geführt und über den an den Anschluss 94 angeschlossenen Schlauch aus dem Gehäuseelement 10 ausgeleitet. In der 3 ist ein solcher Führungskanal 98 zum Abführen des Schmiermediums angedeutet. Die Führungskanäle 88, 90, 96, 98 sind im Innern der Wand des Gehäusekörpers 12 ausgebildet und in der 3 durch gestrichelte Linien dargestellt.
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4 zeigt eine weitere schematische Darstellung des weiteren Ausführungsbeispiels des als Zwischengehäuse ausgestalteten erfindungsgemäßen Gehäuseelements 10. Die 4 zeigt die dem Getriebe 46 zugewandte Stirnseite des Gehäuseelements 10 in einer Schnittansicht. Im Innern des Gehäusekörpers 12 und des Flanschs 68 ist ein Getriebe 100 integriert. Das Getriebe 100 enthält ein Zentralzahnrad 102, das drehbar auf der in der Lagerung 80 gelagerten zentralen Welle des Antriebsstrangs des Hybridantriebs 44 sitzt. Der zentralen Welle ist ein Bezugszeichen 104 zugewiesen. Das Getriebe 100 enthält ferner zwei drehbar gelagerte Ritzel 106 und 108. Das Ritzel 106 ist der elektrischen Maschine 72 zugeordnet. Bei montierter elektrischer Maschine 72 ist deren Antriebswelle mit dem Ritzel 106 verbunden. Das Ritzel 106 ist insbesondere im Bereich der Halterung 70 angeordnet. Das Ritzel 108 ist der elektrischen Maschine 76 zugeordnet. Bei montierter elektrischer Maschine 76 ist deren Antriebswelle mit dem Ritzel 108 verbunden. Das Ritzel 108 ist insbesondere im Bereich der Halterung 78 angeordnet. Zwischen der Lagerung 80 und der Halterung 70 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in radialer Richtung ein Abstand 110 ausgebildet. Ferner ist zwischen der Lagerung 80 und der Halterung 78 in radialer Richtung ein Abstand 112 ausgebildet. Die Abstände 110, 112 sind in der 4 näherungsweise so dargestellt, dass sie den Abständen zwischen der Drehachse des Zentralzahnrad 102 und den Drehachsen der Ritzel 106, 108 entsprechen. Zwischen dem Ritzel 106 und dem Zentralzahnrad 102 ist ein Abstandszahnrad 114 und zwischen dem Ritzel 108 und dem Zentralzahnrad 102 ein Abstandszahnrad 116 am Gehäusekörper 12 drehbar gelagert. Mit den Abstandszahnrädern 114, 116 werden die Abstände zwischen dem Zentralzahnrad 102 und den Ritzeln 106, 108 überbrückt. Diese Abstände sind abhängig von den Abständen 110, 112.
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Das Getriebe 100 weist ein solches Übersetzungsverhältnis auf, dass Drehzahlen der im Betrieb befindlichen elektrischen Maschinen 72, 76 heruntergesetzt werden. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 100 ist hier vorteilhafterweise für die Übersetzungen der Drehzahlen beider elektrischen Maschinen 72, 76 gleich. Insbesondere bei unterschiedlichen elektrischen Maschinen 72, 76 können die Übersetzungsverhältnisse allerdings ebenso verschieden sein. Vorteilhafterweise ist das Übersetzungsverhältnis so gewählt, dass die heruntergesetzten Drehzahlen der elektrischen Maschinen 72, 76 der Drehzahl des im Betrieb befindlichen Dieselmotors 48 entsprechen. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 100 liegt insbesondere in einem Bereich zwischen 3:1 und 10:1. Ein solches Übersetzungsverhältnis ist technisch einfach realisierbar. Ferner ist es möglich, handelsübliche hochdrehende elektrische Maschinen einzusetzen.
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In der Schnittdarstellung nach 4 sind des Weiteren die Anschlüsse 84, 86 zum Anschließen der Schläuche für das Kühlmedium sowie die Anschlüsse 92, 94 zum Anschließen der Schläuche für das Schmiermedium verdeutlicht. Ferner ist eine Wand 118 darstellt, die in axialer Richtung hinter dem Zentralzahnrad 102 angeordnet ist und als eine schützende Abdeckung für einen weiteren Bauraum des Gehäuseelements 10 dient, in dem weitere Komponenten für den Betrieb des Hybridantriebs 44 angeordnet sind.
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5 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels des als Zwischengehäuse ausgestalteten erfindungsgemäßen Gehäuseelements 10 in einer axialen, seitlichen Schnittansicht des Gehäusekörpers 12. Die in der 5 dargestellten Komponenten sind überwiegend konzentrisch um die in axialer Richtung 82 verlaufende Längsachse der zentralen Welle 104 des Antriebsstrangs des Hybridantriebs 44 angeordnet. Der Antriebsstrang erhält hier zur Verdeutlichung ein Bezugszeichen 120. Die zentrale Welle 104 ist Teil des Antriebsstrangs 120. Sie erstreckt sich von der maschinenseitigen Anschlussschnittstelle 54 des Gehäuseelements 10 bis in das Getriebe 46 hinein. Die zentrale Welle 104 dient insbesondere dazu, das von dem Dieselmotor 48 erzeugte Drehmoment und/oder die von den elektrischen Maschinen 72, 76 erzeugten und über das Getriebe 100 übertragenen Drehmomente aufzunehmen und in das nachgeschaltete Getriebe 46 einzuleiten. Teil des Antriebsstrangs 120 ist ein Schwungrad 122 des Dieselmotors 48, das mit einer Kurbelwelle des Dieselmotors 48 in Wirkverbindung steht. Das Schwungrad 122 ist in der 5 stellvertretend für den Dieselmotor 48 dargestellt, da es eine Schnittstelle des Dieselmotors 48 zum Gehäuseelement 10 darstellt. Das Schwungrad 122 hat einen Radius 124. Vorteilhafterweise sind die Abstände 110, 112 (siehe 4) größer als der Radius 124 des Schwungrads 122. Besonders vorteilhaft sind die Abstände 110, 112 (siehe 4) wenigstens so groß, dass die Halterungen für die elektrischen Maschinen, in radialer Richtung betrachtet, über das Gehäuse oder einen Teil des Gehäuses des Dieselmotors 48 und/oder des Getriebes 46 hinausragen.
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Das Gehäuseelement 10 hat einen Bauraum 126, der in Richtung zum Getriebe 46 durch die Wand 118 abgedeckt wird. In diesem Bauraum 126 ist beispielsweise eine Schaltkupplung 128 angeordnet. Die Schaltkupplung 128 dient dazu, in Abhängigkeit von vorgegebenen Kriterien den Dieselmotor 48 und seine auf den Antriebsstrang 120 wirkenden Komponenten, d. h. beispielsweise das Schwungrad 122, vom Antriebsstrang 120 zu trennen, sofern sie mit diesem verbunden sind, und mit dem Antriebsstrang 120 zu verbinden, sofern sie von diesem getrennt sind. Zwischen der Schaltkupplung 128 und dem Schwungrad 122 ist in dem Bauraum 126 eine elastische Kupplung 130 angeordnet. Die elastische Kupplung 130 sitzt auf einer Zwischenwelle 132 und dient dazu Drehungleichförmigkeiten des Dieselmotors 48 zu dämpfen. Sowohl die Schaltkupplung 128 als auch die elastische Kupplung sitzen konzentrisch im Antriebsstrang 120 des Hybridantriebs 44, und damit konzentrisch zur Drehachse der zentralen Welle 104.
