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Die Erfindung betrifft eine elektrische Achsenanordnung (alternativ auch als E-Achse / elektrische Achse bezeichnet) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder anderen Nutzfahrzeuges, mit einer nasslaufenden / nassen und zwei Teilkupplungen aufweisenden Doppelkupplungseinrichtung sowie einer einen Stator und einen Rotor aufweisenden Elektromaschine, wobei der Rotor mit einem Drehteil einer ersten Teilkupplung und/oder einer zweiten Teilkupplung der Doppelkupplungseinrichtung drehgekoppelt / drehverbunden ist. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Doppelkupplungsgetriebe mit einer solchen elektrischen Achsenanordnung sowie einen Antriebsstrang eines hybriden Kraftfahrzeuges / Hybridfahrzeuges mit der Achsenanordnung bzw. einem die Achsenanordnung aufweisenden Doppelkupplungsgetriebe.
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Gattungsgemäßer Stand der Technik ist prinzipiell aus der
DE 10 2010 050 217 A1 bekannt. Hiermit ist eine elektrische Achse für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, mit wenigstens einem Getriebe, das ein mit dem Rotor verbundenes Eingangsglied sowie wenigstens ein Ausgangsglied aufweist, das mit einem Differenzial zur Verteilung von Antriebsleistung auf zwei Abtriebswellen verbindbar ist, wobei das Getriebe dazu ausgelegt ist wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungen einzurichten, und mit einem Gehäuse offenbart.
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Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen hat es sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass relativ viel Bauraum beansprucht wird. Insbesondere nehmen diese Ausführungen relativ große axiale Räume ein. Die Ausführungen müssen jedoch auch einen gewissen Durchmesser aufweisen, um die erforderlichen Drehmomente verlässlich zu übertragen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine elektrische Achsenanordnung zur Verfügung zu stellen, die hinsichtlich ihres Bauraums effektiver ausgenutzt werden soll.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jede der Teilkupplungen sowohl in radialer Richtung als auch zumindest teilweise in axialer Richtung in Bezug auf eine Drehachse (der Doppelkupplungseinrichtung / der elektrischen Achsenanordnung) innerhalb des Rotors der Elektromaschine angeordnet ist und ein Fluidversorgungssystem (zumindest teilweise) in einem zentralen Wellenabschnitt (der Achsenanordnung) angebracht ist.
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Diese Ausbildung einer elektrischen Achsenanordnung bewirkt zum einen, dass die Teilkupplungen möglichst kompakt in dem Elektromotor integriert sind, andererseits ein Fluidversorgungssystem, das ebenfalls besonders platzsparend eingebracht ist. Zusätzliche Elemente zur Versorgung der einzelnen Fluidverbraucher mit Fluid werden daher weitestgehend vermieden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Ist ein (erster oder zweiter) Kanal des Fluidversorgungssystems mit einer (ersten) Schaltaktorik der ersten Teilkupplung und/oder einer (zweiten) Schaltaktorik der zweiten Teilkupplung fluidisch gekoppelt / verbunden, wird das Fluidversorgungssystem unmittelbar zum Beaufschlagen der Schaltaktorik bzw. deren Betätigungskolben zum Ein- und Ausrücken der Teilkupplungen verwendet. Dadurch wird der Aufbau weiter vereinfacht.
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Diesbezüglich ist es auch vorteilhaft, wenn das Fluidversorgungssystem einen Fluidanschluss aufweist, der in einer mit einem Drehteil der ersten Teilkupplung oder der zweiten Teilkupplung drehfest verbundenen oder verbindbaren Welle, vorzugsweise einer Verbindungswelle / Getriebeeingangswelle, angebracht ist. Dadurch ist ein zentraler Anschluss der Fluidversorgung innerhalb der Doppelkupplungseinrichtung sichergestellt.
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Durchdringt ein mit der (ersten) Schaltaktorik der ersten Teilkupplung verbundener erster Kanal des Fluidversorgungssystems in radialer Richtung den Wellenabschnitt, wird das Fluidversorgungssystem geometrisch besonders einfach ausgeführt.
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In diesem Zusammenhang ist es somit auch vorteilhaft, wenn ein mit der (zweiten) Schaltaktorik der zweiten Teilkupplung verbundener zweiter Kanal des Fluidversorgungssystems in radialer Richtung ebenfalls den Wellenabschnitt durchdringt.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn zumindest ein in radialer Richtung den Wellenabschnitt durchdringender Verbindungskanal des Fluidversorgungssystems mit zumindest einer Fliehströmungsausgleichseinrichtung gekoppelt ist. Somit wird das Fluidversorgungssystem auch zum Ausgleich einer aufgrund der Fliehkräfte im Betrieb auftretenden Strömungsunterschiedes / Druckunterschiedes effizient ausgenutzt.
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Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn die zumindest eine Fliehströmungsausgleichseinrichtung mit einem Betätigungskolben der (ersten oder zweiten) Schaltaktorik der ersten Teilkupplung oder der zweiten Teilkupplung zusammenwirkt. Dadurch sind die Schaltaktoriken unabhängig von einer im Betrieb auftretenden Fliehkraft bedienbar.
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Von Vorteil ist es zudem, wenn je eine Fliehströmungsausgleichseinrichtung mit einem Betätigungskolben der (ersten) Schaltaktorik der ersten Teilkupplung und einem Betätigungskolben der (zweiten) Schaltaktorik der zweiten Teilkupplung zusammenwirkt. Dadurch wird der Aufbau der Schaltaktoriken weiter vereinfacht.
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Desweiteren betrifft die Erfindung ein Doppelkupplungsgetriebe mit einer Achsenanordnung nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wodurch ein Lastschaltgetriebe mit vollintegrierter Kupplung / Doppelkupplung effektiv ausgebildet ist.
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Zudem betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, mit einer Achsenanordnung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungen oder einem Doppelkupplungsgetriebe mit dieser Achsenanordnung.
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Diesbezüglich ist es insbesondere vorteilhaft, wenn ein Differenzial, vorzugsweise ein Stirnraddifferenzial, vorgesehen ist, das mit einem Ausgang der Achsenanordnung oder des Doppelkupplungsgetriebes rotatorisch / drehend gekoppelt ist.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit eine vollintegrierte E-Achse / E-Achsen-Lastschalteinrichtung umgesetzt, die eine Fluidversorgung in einer zentralen Welle aufweist. Eine Beölung der jeweiligen ersten bzw. zweiten Teilkupplung erfolgt dann vorzugsweise aus der Wellenmitte optional mit Fliehölausgleich. Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist eine elektrische Achsenanordnung eine nasslaufende Doppelkupplungseinrichtung mit einer ersten Kupplung und einer zweiten Kupplung auf. Jede der ersten und zweiten Kupplungen sind in radialer Richtung innerhalb eines Rotors einer elektrischen Maschine der elektrischen Achsenanordnung und zumindest teilweise axial innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine der elektrischen Achsenanordnung angeordnet. Eine Fluid-/Ölführung ist in einer Welle der elektrischen Achsenanordnung angeordnet. Desweiteren, zum Ausgleich aufgrund des Fluides zentrifugalwirkender Kräfte, ist eine Fluidkammer (Ausgleichskammer) als Ausgleich vorgesehen.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand einer Figur in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigt die einzige 1 eine schematische Längsschnittdarstellung durch einen Antriebsstrang aufweisend eine erfindungsgemäße elektrische Achsenanordnung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei insbesondere der Aufbau der Achsenanordnung gut zu erkennen ist.
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Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße elektrische Achsenanordnung 1 in einem Antriebsstrang 23 eines Hybridfahrzeuges / hybriden Kraftfahrzeuges bereits eingesetzt. Neben der elektrischen Achsenanordnung 1 sind schematisch zwei Schaltstufen 25 einer zusätzlichen Getriebeeinrichtung sowie ein Differenzial 24 veranschaulicht. Das Differenzial 24 ist über die Schaltstufen 25 mit der Achsenanordnung 1, d.h. mit der jeweiligen Teilkupplung 2, 3 der Achsenanordnung 1, wie nachfolgend näher erläutert, ausgangsseitig gekoppelt. Neben der Achsenanordnung 1 sind somit ein Differenzial 24 sowie zwei Schaltstufen 25 in Form der Getriebeeinrichtung, bspw. eines Planetengetriebes, alternativ in Form eines Stirnradgetriebes, in dem Antriebsstrang 23 enthalten. Auch können die Schaltstufen 25 / die Getriebeeinrichtung und das Differential 24 unmittelbar Bestandteil der Achsenanordnung 1 sein, wobei dieser Zusammenbau auch als E-Achse bezeichnet ist.
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Die elektrische Achsenanordnung 1 ist in 1 in ihrem prinzipiellen Aufbau besonders gut erkennbar. Die Achsenanordnung 1 ist mit einer Elektromaschine 7 / einem Elektromotor ausgestattet. Die Elektromaschine 7 weist wiederum einen Stator 5 auf, der in einem Gehäuse 19 der Achsenanordnung 1 fest angebracht ist. Das Gehäuse 19 ist im Betrieb mit einem festen Bestandteil, bspw. mit einem fahrzeugrahmenfesten Bestandteil des Kraftfahrzeuges, weiter verbunden. Neben dem Stator 5 weist die Elektromaschine 7 einen durch den Stator 5 antreibbaren Rotor 6 auf, der frei drehbar zum Stator 5 aufgenommen ist. Das Gehäuse 19 weist einen gehäusefesten Bereich 22 auf, der zur (indirekten) Lagerung des Rotors 6 dient.
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Zudem weist die Achsenanordnung 1 eine Doppelkupplungseinrichtung 4 auf, die auch als Doppelkupplung vereinfacht bezeichnet ist. Die Doppelkupplungseinrichtung 4 weist eine erste Teilkupplung 2 und eine zweite Teilkupplung 3 auf. Ein erstes Drehteil 8 der ersten Teilkupplung 2 ist drehfest mit einem ersten Drehteil 9 der zweiten Teilkupplung 3 verbunden. Beide erste Drehteile 8 und 9 sind im Betrieb relativ zu dem Gehäuse 19 drehbar um die Drehachse 10 gelagert und bevorzugt weiter mit einem Verbrennungsmotor / einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeuges drehverbunden. Die beiden ersten Drehteile 8 und 9 sind derart ausgebildet, dass sie an ihrer radialen Außenumfangsseite unmittelbar den Rotor 6 aufnehmen. Die beiden Teilkupplungen 2 und 3 sind beide vollständig radial innerhalb des Rotors 6 angeordnet.
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Neben den ersten Drehteilen 8 und 9 weist jede Teilkupplung 2 und 3 ein zweites Drehteil 29 bzw. 30 auf. Ein zweites Drehteil 29 der ersten Teilkupplung 2 ist weiter mit einer ersten Welle / Verbindungswelle 26, nämlich einer ersten Getriebeeingangswelle einer ersten Schaltstufe 25, und ein zweites Drehteil 30 der zweiten Teilkupplung 3 mit einer zweiten Welle / Verbindungswelle 27, nämlich einer zweiten Getriebeeingangswelle einer zweiten Schaltstufe 25, drehfest verbunden.
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Beide Teilkupplungen 2 und 3 sind als Lamellenkupplungen ausgebildet. Zudem sind die beiden Teilkupplungen 2 und 3 nasslaufend ausgebildet. Zu diesem Zwecke bildet der Innenraum 28 des Gehäuses 19 einen Nassraum aus, innerhalb dessen die Teilkupplungen 2 und 3 mit ihren Drehteilen 8 und 9, zumindest teilweise, angeordnet sind. Insbesondere sind die jeweiligen Teilkupplungen 2 und 3 mit ihren Reibelementen 13a, 14a sowie 13b, 14b in diesem Innenraum 28 / Nassraum angeordnet. Die Doppelkupplungseinrichtung 4 ist daher gesamtheitlich nasslaufend ausgeführt.
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Infolge der Ausführungen der Teilkupplungen 2, 3 als Lamellenkupplungen sind die jeweiligen Reibelemente 13a, 13b, 14a, 14b der beiden Teilkupplungen 2 und 3 als Reiblamellen ausgeführt. Mehrere erste Reibelemente 13a / eine erste Gruppe an Reibelementen 13a der ersten Teilkupplung 2 sind drehfester Bestandteil des ersten Drehteils 8 der ersten Teilkupplung 2. Insbesondere sind die ersten Reibelemente 13a in axialer Richtung in Bezug auf eine Drehachse 10 der Doppelkupplungseinrichtung 4 / der Achsenanordnung 1 verschiebbar zueinander aufgenommen. Zwischen jeweils zwei benachbart angeordneten ersten Reibelementen 13a ist jeweils ein zweites Reibelement 14a der ersten Teilkupplung 2 angeordnet. Die ersten und zweiten Reibelemente 13a und 14a der ersten Teilkupplung 2 wechseln sich somit in axialer Richtung ab. Die zweiten Reibelemente 14a sind wiederum drehfest mit dem zweiten Drehteil 29 verbunden bzw. drehfester Bestandteil des zweiten Drehteils 29 und axial relativ zueinander verschiebbar.
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Die zweite Teilkupplung 3 ist entsprechend der ersten Teilkupplung 2 aufgebaut. Daher sind die Reibelemente 13b und 14b der zweiten Teilkupplung 3 entsprechend den Reibelementen 13a und 14a der ersten Teilkupplung 2 ausgebildet und angeordnet. Folglich weist auch die zweite Teilkupplung 3 an dem ersten Drehteil 9 mehrere erste Reibelementen 13b auf, die sich in axialer Richtung mit zweiten Reibelementen 14b am zweiten Drehteil 30 abwechseln. Wie in 1 ebenfalls zu erkennen, sind die Reibelemente 13a, 13b, 14a, 14b so in axialer Richtung gestapelt und dimensioniert, dass sie sowohl in einer eingekuppelten Stellung der jeweiligen Teilkupplung 2, 3, als auch in einer ausgekuppelten Stellung der jeweiligen Teilkupplung 2, 3 stets vollständig in axialer Richtung innerhalb zweier einander abgewandter Stirnseiten 15, 16 des Rotors 6 angeordnet sind.
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Von den zweiten Reibelementen 13b und 14b erstreckt sich der jeweilige zweite Drehteil 29 bzw. 30 in radialer Richtung nach innen zu der jeweiligen Verbindungswelle 26, 27 hin. Hierbei erstrecken sich die zweiten Drehteile 29, 30 durch ein Fluid, wie Öl, zum Kühlen der Reibelemente 13a, 13b, 14a, 14b im Betrieb aufweisenden Innenraum 28.
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Weiterhin ist je Teilkupplung 2, 3 eine sie zwischen einer eingekuppelten und einer ausgekuppelten Stellung hin und her betätigende Schaltaktorik 17 bzw. 18 vorgesehen. Die Schaltaktoriken 17, 18 weisen hierzu wiederum Zylindereinheiten / Nehmerzylinder 20, 21 auf, die direkt in dem Innenraum 28 integriert sind.
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Desweiteren ist ein Fluidversorgungssystem 11 in der Achsenanordnung 1 integriert. Dieses Fluidversorgungssystem 11 ist zu einem Teil in einem Wellenabschnitt 12 eines Mittelsteges 37 der Doppelkupplungseinrichtung 4 angeordnet. Der Mittelsteg 37 erstreckt sich in radialer Richtung von außen nach innen und ist in axialer Richtung gesehen zwischen den beiden Teilkupplungen 2 bzw. 3 angeordnet. Der Mittelsteg 37 dient somit als räumliche Trennung der beiden Teilkupplungen 2 und 3.
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Der Mittelsteg 37 ist im Bereich des Wellenabschnittes 12 drehbar auf der ersten Verbindungswelle 26 angeordnet / gelagert. Der hülsenförmige Wellenabschnitt 12 des Mittelsteges 37 liegt dazu gleitend auf einer Außenumfangsseite der ersten Verbindungswelle 26 im Betrieb auf. Von dem zentralen Wellenabschnitt 12, der einerseits axial zentral zwischen den Teilkupplungen 2 und 3 angeordnet ist, andererseits zentral an die erste Verbindungswelle 26 in radialer Richtung direkt angrenzt, geht der Mittelsteg 37 in radialer Richtung nach außen in einen Scheibenbereich 38 über. Der Scheibenbereich 38 des Mittelsteges 37 erstreckt sich in radialer Richtung nach außen bis zu dem Rotor 6 hin.
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Wie desweiteren zu erkennen, ist die erste Schaltaktorik 17 auf einer der ersten Teilkupplung 2 zugewandten Seite des Mittelsteges 37 angeordnet, wohingegen die zweite Schaltaktorik 18 auf einer der zweiten Teilkupplung 3 zugewandten axialen Seite des Mittelsteges 37 angeordnet ist. Die erste Schaltaktorik 17 weist einen ersten Betätigungskolben 36a auf, der mit einem ersten Kanal 31 sowie einem in radialer Richtung außerhalb an den ersten Kanal 31 anschließenden Hauptverbindungskanal 41 des Fluidversorgungssystems 11 fluidisch verbunden ist. Insbesondere ist eine erste Druckkammer 39a der ersten Schaltaktorik 17 mit dem Hauptverbindungskanal 41 verbunden. Der erste Kanal 31 durchdringt den Wellenabschnitt 12 in Form einer Bohrung in radialer Richtung.
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Die zweite Schaltaktorik 18 weist einen zweiten Betätigungskolben 36b auf, der mit einem zweiten Kanal 32 sowie dem in radialer Richtung außerhalb an den zweiten Kanal 32 anschließenden Hauptverbindungskanal 41 des Fluidversorgungssystems 11 fluidisch verbunden ist. Insbesondere ist eine zweite Druckkammer 39b der zweiten Schaltaktorik 18 mit dem Hauptverbindungskanal 41 verbunden. Der zweite Kanal 32 durchdringt den Wellenabschnitt 12 in Form einer Bohrung in radialer Richtung.
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Die beiden Kanäle 31 und 32 durchdringen daher gemeinsam den Wellenabschnitt 12.
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Darüber hinaus sind Verbindungskanäle 34a, 34b in den Mittelsteg 37 integriert. Die Verbindungskanäle 34a und 34b durchdringen den Mittelsteg 37 im Bereich seines Wellenabschnittes 12 in Form von Bohrungen in radialer Richtung. Die Verbindungskanäle 34a und 34b sind voneinander räumlich getrennt in den Wellenabschnitt eingebracht. Der erste Verbindungskanal 34a ist mit der ersten Fliehströmungsausgleichseinrichtung 35a verbunden, wohingegen der zweite Verbindungskanal 34b mit der zweiten Fliehströmungsausgleichseinrichtung 35b verbunden ist.
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Der erste Verbindungskanal 34a ist mit der ersten Fliehströmungsausgleichseinrichtungen 35a derart verbunden, dass er in eine erste Ausgleichskammer 40a der ersten Fliehströmungsausgleichseinrichtung 35a einmündet, um diese im Betrieb mit Fluid zu versorgen. Die erste Ausgleichskammer 40a wirkt derart in entgegengesetzter Richtung zu der Druckkammer 39a auf den Betätigungskolben 36a, dass dieser bei auftretenden Fliehkräften im Betrieb weiterhin betätigbar ist. Dementsprechend ist der zweite Verbindungskanal 34b mit der zweiten Fliehströmungsausgleichseinrichtung 35b verbunden. Der zweite Verbindungskanal 34b ist mit der zweiten Fliehströmungsausgleichseinrichtung 35b derart verbunden, dass er in eine zweite Ausgleichskammer 40b der zweiten Fliehströmungsausgleichseinrichtungen 35b einmündet, um diese im Betrieb mit Fluid zu versorgen. Die zweite Ausgleichskammer 40b wirkt derart in entgegengesetzter Richtung zu der Druckkammer 39b auf den Betätigungskolben 36b, dass dieser bei auftretenden Fliehkräften im Betrieb weiterhin betätigbar ist.
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Die Kanäle 31, 32 bzw. die Verbindungskanäle 34a, 34b sind über einen Fluidanschluss 33 in der ersten Verbindungswelle 26 mit Fluid versorgt.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß eine besonders einfache Ölführung über die Wellenmitte (Wellenabschnitt 12) ermöglicht, wobei auch der Ausgleich von Fliehölkräften durch die integrierten Fliehölkammern 40a und 40b möglich ist. Dadurch ist eine besonders einfache Bereitstellung des Funktionsfluids ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsenanordnung
- 2
- erste Teilkupplung
- 3
- zweite Teilkupplung
- 4
- Doppelkupplungseinrichtung
- 5
- Stator
- 6
- Rotor
- 7
- Elektromaschine
- 8
- erstes Drehteil der ersten Teilkupplung
- 9
- erstes Drehteil der zweiten Teilkupplung
- 10
- Drehachse
- 11
- Fluidversorgungssystem
- 12
- Wellenabschnitt
- 13a
- erstes Reibelement der ersten Teilkupplung
- 13b
- erstes Reibelement der zweiten Teilkupplung
- 14a
- zweites Reibelement der ersten Teilkupplung
- 14b
- zweites Reibelement der zweiten Teilkupplung
- 15
- erste Stirnseite
- 16
- zweite Stirnseite
- 17
- erste Schaltaktorik
- 18
- zweite Schaltaktorik
- 19
- Gehäuse
- 20
- erster Nehmerzylinder
- 21
- zweiter Nehmerzylinder
- 22
- gehäusefester Bereich
- 23
- Antriebsstrang
- 24
- Differenzial
- 25
- Schaltstufe
- 26
- erste Verbindungswelle
- 27
- zweite Verbindungswelle
- 28
- Innenraum
- 29
- zweites Drehteil der ersten Teilkupplung
- 30
- zweites Drehteil der zweiten Teilkupplung
- 31
- erster Kanal
- 32
- zweiter Kanal
- 33
- Fluidanschluss
- 34a
- erster Verbindungskanal
- 34b
- zweiter Verbindungskanal
- 35a
- erste Fliehströmungsausgleichseinrichtung
- 35b
- zweite Fliehströmungsausgleichseinrichtung
- 36a
- erster Betätigungskolben
- 36b
- zweiter Betätigungskolben
- 37
- Mittelsteg
- 38
- Scheibenbereich
- 39a
- erste Druckkammer
- 39b
- zweite Druckkammer
- 40a
- erste Ausgleichskammer
- 40b
- zweite Ausgleichskammer
- 41
- Hauptverbindungskanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010050217 A1 [0002]
