DE102017127110A1

DE102017127110A1 - Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017127110A1
Application number: DE102017127110.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Nöhl; Pascal Carl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-01-17

Abstract

Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend eine Elektromaschine (2), eine Trennkupplung (12) sowie eine eine erste Teilkupp-lung (6) und eine zweite Teilkupplung (7) aufweisende Doppelkupplung (5), sowie ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Nassraum (8) aufweist, in dem die Elektromaschine (2) sowie die radial innerhalb der Elektromaschine (2) angeordnete Doppelkupplung (5) aufgenommen sind, und dass die Trennkupplung (12) axial benachbart zu einer den Nassraum (8) axial abgrenzende Gehäusewand (10) angeordnet ist.

Description

Die Anmeldung betrifft einen Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend eine Elektromaschine, eine Trennkupplung sowie eine eine erste Teilkupplung und eine zweite Teilkupplung aufweisende Doppelkupplung, sowie ein Gehäuse.
Zur Zeit erhältliche Hybridmodule, die durch Ankopplung eines Verbrennungsmotors an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs einen Elektromotorbetrieb mit einem Verbrennungsmotorbetrieb kombinieren können, weisen meist eine Elektromaschine, eine Trennkupplung sowie deren Betätigungssystem, Lager und entsprechende Gehäusekomponenten auf, die die einzelnen Baugruppen zu einer funktionstüchtigen Einheit verbinden.
Der Elektromotor ermöglicht das elektrische Fahren, ferner einen Leistungszuwachs zum Verbrennungsmotorbetrieb und das Rekuperieren von Energie. Die Trennkupplung und deren Betätigungssystem sorgen für das Ankuppeln oder Abkuppeln des Verbrennungsmotors. Wenn ein Hybridmodul mit einer Doppelkupplung versehen wird, so dass sich das Hybridmodul in Drehmomentübertragungsrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe befindet, müssen im Fahrzeug der Verbrennungsmotor, das Hybridmodul nebst Trennkupplung, Elektromaschine und Doppelkupplung mit den entsprechenden Betätigungssystemen und das Getriebe hinter- oder nebeneinander angeordnet werden. Ein derart positioniertes Hybridmodul wird oft auch als P2-Hybridmodul bezeichnet. Eine solche Anordnung führt jedoch sehr häufig zu Bauraumproblemen.
Ein Hybridmodul der eingangs genannten Art ist in DE 10 2014 014 669 A1 beschrieben. Dort ist eine Mehrfachkupplung für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb dargestellt. In diesem Hybridmodul ist eine Trennkupplung, üblicherweise K0-Kupplung genannt, in einem Nassraum angeordnet. Diesem axial folgend ist ein Trockenraum vorgesehen, in dem die Elektromaschine angeordnet ist. Diesem wiederum folgt axial ein weiterer Nassraum, in dem die Doppelkupplung mit den beiden Teilkupplungen, üblicherweise K1- und K2-Kupplung genannt, aufgenommen ist. Die Trennung der beiden Nassräume vom Trockenraum erfolgt über entsprechende Gehäusestrukturen. Dieser Aufbau des Hybridmoduls führt zu einem großen axialen Bauraumbedarf.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein demgegenüber kompakteres Hybridmodul anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Hybridmodul der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse einen Nassraum aufweist, in dem die Elektromaschine sowie die Doppelkupplung aufgenommen sind, und dass die Trennkupplung axial benachbart zu einer den Nassraum axial abgrenzenden Gehäusewand angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Hybridmodul ist, was den axialen Bauraumbedarf angeht, wesentlich kompakter als die im Stand der Technik bekannte Ausführung. Elektromaschine und Doppelkupplung sind in einem gemeinsamen Nassraum angeordnet, so dass eine entsprechende räumliche Trennung und Abdichtung eines Trocken- und eines Nassraums gegeneinander erfindungsgemäß nicht erforderlich ist. Darüber hinaus kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Doppelkupplung radial innerhalb der Elektromaschine, also innerhalb des Rotors der Elektromaschine angeordnet sein, so dass sich ein sehr kompakte Aufbau ergibt, da der Raum innerhalb des Rotors genutzt wird, wie sich auch eine axial kurze Baulänge ergibt.
Die Trennkupplung selbst ist axial benachbart zu einer den Nassraum axial abgrenzenden Gehäusewand angeordnet, befindet sich also unmittelbar benachbart zu dem Nassraum respektive der Elektromaschinen- und Doppelkupplungsbaueinheit.
Insgesamt ergibt sich aufgrund der erfindungsgemäßen Integration der Doppelkupplung in die Elektromaschine und die Anordnung beider in einem gemeinsamen Nassraum sowie das unmittelbare Vorschalten der Trennkupplung vor diesen Nassraum eine sehr kompakte und axial kurze Einheit, das heißt, dass das Hybridmodul auch bei kleinem Bauraum integriert werden kann.
Die Trennkupplung befindet sich demzufolge im Drehmomentfluss vor der den Nassraum abgrenzenden Gehäusewand, die auch als Gehäusehauptstruktur, also als zentrales Gehäuseelement oder zentraler Gehäuseabschnitt bezeichnet werden kann, wobei die Doppelkupplung und die Elektromaschine im Nassraum hinter dieser Gehäusehauptstruktur angeordnet sind.
Hinsichtlich der Integration der Trennkupplung sind zwei Ausführungsvarianten gegeben. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann die Trennkupplung in einem weiteren Nassraum, der über die Gehäusewand sowie ein daran angeordnetes, die Trennkupplung einfassendes Wandbauteil abgegrenzt ist, angeordnet sein. Die Trennkupplung arbeitet in diesem Fall also ebenfalls, wie auch die beiden Teilkupplungen der Doppelkupplung, nass bzw. ist in einem Nassraum angeordnet. Dieser ist einerseits über die Gehäusewand, also die Gehäusehauptstruktur, die den Nassraum mit Elektromaschine und Doppelkupplung begrenzt, abgegrenzt. Zur Abgrenzung dieses weiteren Nassraums zur anderen Seite hin ist ein entsprechendes Wandbauteil, das an der Gehäusewand angeordnet ist und die Trennkupplung soweit erforderlich einfasst, vorgesehen. Dieses Wandbauteil ist beispielsweise ein entsprechend geformtes, dünnwandiges Blech, das bevorzugt über ein Dichtelement zu einem rotierenden Antriebsbauteil der Trennkupplung, die vom Verbrennungsmotorabtrieb angetrieben wird, abgedichtet ist.
Bei dieser Erfindungsausgestaltung sind also axial gesehen zwei Nassräume hintereinander geschaltet, wobei im ersten Nassraum, gesehen in Drehmomentübertragungsrichtung, die Trennkupplung aufgenommen ist, während im zweiten Nassraum die Elektromaschine und die Doppelkupplung aufgenommen sind. Beide Nassräume werden über die zentrale Gehäusewand, bei der es sich beispielsweise um den Deckel einer Getriebeglocke, der getriebefest ist, handeln kann, voneinander getrennt.
Zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang, wenn an oder in der Gehäusewand wenigstens ein Kanal zum Zuführen eines Fluids zum Betätigen einer das Öffnen und Schließen der Trennkupplung erwirkenden Betätigungseinrichtung vorgesehen ist. Die Trennkupplung, die natürlich, ebenso wie die beiden Teilkupplungen in der Doppelkupplung, über eine entsprechende Betätigungseinrichtung, beispielsweise eine CSC-Stelleinheit (CSC = concentric slave cylinder), hydraulisch betätigt wird, wird also über diesen wandseitigen Kanal mit dem entsprechenden Betätigungsfluid, das zu der Betätigungseinrichtung geführt wird, versorgt. Bevorzugt verläuft der wenigstens einen Kanal zumindest abschnittsweise, realisiert über entsprechende Bohrungen, in der Gehäusewand selbst, so dass keine zusätzlichen Leitungen zu verlegen sind.
Ferner kann die Gehäusewand auch der Aufnahme der Betätigungskräfte beim Betätigen der Trennkupplung dienen, d.h., dass die Betätigungseinrichtung und damit die Betätigungskräfte an der Gehäusewand abgestützt sind.
Alternativ zur Integration der Trennkupplung in einen weiteren Nassraum ist es denkbar, dass die Trennkupplung in einem Trockenbereich des Hybridmoduls aufgenommen ist. In diesem Fall arbeitet die Trennkupplung trocken, sie wird jedoch wiederum über eine entsprechende Betätigungseinrichtung hydraulisch betätigt, wobei auch in diesem Fall das Betätigungsfluid über einen in oder an der Gehäusewand integrierten Kanal zur Betätigungseinrichtung geführt werden kann. Eine Ausbildung respektive Abgrenzung eines weiteren Nassraums ist demzufolge hier nicht erforderlich. Es ist aber dafür Sorge zu tragen, dass aus dem die Elektromaschine und die Doppelkupplung enthaltenen Nassraum kein Fluid in den Trockenraum gelangt, weshalb zweckmäßigerweise ein Dichtelement zum Abdichten der Gehäusewand zu einem Antriebsbauteil der Doppelkupplung, üblicherweise einen Rotorantrieb, vorgesehen ist. Das heißt, dass letztlich die Dichtebene in den Bereich der Gehäusewand gelegt wird, was bei der Ausgestaltung mit zwei Nassräumen, wie vorstehend beschrieben, nicht erforderlich ist, da ein Fluiddurchtritt vom einen Nassraum in den anderen nicht zu unterbinden wäre.
Die Trennkupplung sowie jede Teilkupplung weisen, wie üblich, jeweils ein Lamellenpaket auf, umfassend Außenlamellen sowie zwischen diese greifende Innenlamellen, die jeweils an einem Außen- und einem Innenlamellenträger angeordnet sind. Die eine Lamellengruppe sind Stahllamellen, während die andere Lamellengruppe Reiblamellen sind. Die Lamellenpakete können durch entsprechende Elemente wie Drucktöpfe oder dergleichen über die Betätigungseinrichtung axial zusammengedrückt werden, um einen Reibschluss zu ermöglichen, der eine Drehmomentübertragung ermöglicht, alternativ können sie hierüber auch geöffnet werden, um die Drehmomentübertragung zu unterbrechen. Die Betätigung des Lamellenpakets erfolgt jeweils durch eine axiale Kraft. Zweckmäßig ist es, wenn nun die axiale Betätigung der Trenn- und der Teilkupplungen jeweils in die gleiche Richtung erfolgt. Das heißt, dass beispielsweise alle drei Kupplungen durch eine Betätigung in Richtung des ankuppelbaren Verbrennungsmotors geöffnet bzw. geschlossen werden können. Dies bietet den Vorteil, dass zu jedem Zeitpunkt und in jeder Betätigungssituation die Stützlager der Kupplungen, an denen also die entsprechenden Lamellenträger, die im Betrieb rotieren, abgestützt respektive gelagert sind, unter Last sind. Denn bei einer solchen Ausgestaltung ist prinzipiell kein Nulldurchgang an den Stützlagern gegeben, anders als bei in unterschiedlichen Richtungen betätigbaren Kupplungen, wo es in bestimmten Situationen aufgrund der in unterschiedlicher Richtung wirkenden Kräfte dazu kommen kann, dass sich an einem Stützlager die Kräfte aufheben und dieses somit lastfrei läuft, was unerwünscht ist. Erfindungsgemäß jedoch erfolgt die axiale Betätigung der Trenn- und der beiden Teilkupplungen in die gleiche Richtung, bevorzugt in Richtung des Verbrennungsmotors. Dies führt dazu, dass keine Lager mit reduziertem Axialspiel eingesetzt werden müssen, die die mögliche Verschiebung bei hydrostatischer Betätigung minimieren. Eine entsprechend große Verschiebung würde zu einem Kennliniensprung (Abhängigkeit des übertragenen Moments vom Einrückweg) führen, der regelungstechnisch schwierig abzufangen wäre und zu Komforteinbußen führen könnte. Erfindungsgemäß ist dies jedoch ausgeschlossen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Hybridmoduls mit einem ersten Nassraum umfassend die Elektromaschine und die Doppelkupplung sowie einen zweiten Nassraum umfassend die Trennkupplung, und
2 eine Prinzipdarstellung entsprechend 1, wobei die Trennkupplung in einem Trockenraum aufgenommen ist.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmodul 1 einer ersten Ausführungsform, umfassend eine Elektromaschine 2 mit Stator 3 und Rotor 4 sowie eine Doppelkupplung 5 mit einer ersten Teilkupplung 6 und einer zweiten Teilkupplung 7, die in einem ersten Nassraum 8 aufgenommen sind. Dieser ist über eine Getriebeglocke 9, die einen Teil des Gehäuses bildet, sowie eine Gehäusewand 10, die den Nassraum 8 auf der anderen Seite axial abgrenzt, definiert. Getriebeglocke 9 und Gehäusewand 10 sind über ein Dichtelement 11 dicht miteinander verbunden.
Vorgesehen ist des Weiteren eine Trennkupplung 12, die in einem weiteren Nassraum 13 vorgesehen ist, der dem ersten Nassraum 8 vorgeschaltet ist. Der Nassraum 13 ist über ein Wandbauteil 14 in Form eines dünnwandigen Blechs sowie ein Dichtelement 15, das zu einem rotierenden Antriebsbauteil 16, an dem der Abtrieb der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und über das die Trennkupplung 12 angetrieben wird, abgedichtet.
Wie 1 zeigt ist die Doppelkupplung 5 radial innerhalb des Rotors 4 aufgenommen, so dass sich ein sehr kurzer axialer Aufbau ergibt. Der Rotor 4 ist mit einem Außenlamellenträger 17 der Doppelkupplung 5 verbunden, an dem entsprechende Außenlamellen 18 der ersten Teilkupplung 6 bzw. 19 der zweiten Teilkupplung 7 axial beweglich aufgenommen sind. Der Außenlamellenträger 17, der fest mit dem Rotor 4 verbunden ist, ist mit einem entsprechenden Lagerflansch 20 verbunden, der seinerseits an einem Eingangsglied 21, über das ein Drehmoment von der Brennkraftmaschine über die Trennkupplung 12 kommend eingeleitet werden kann, angeordnet ist.
Zwischen die Außenlamellen 18, 19 greifen entsprechende Innenlamellen 22, 23 der beiden Teilkupplungen 6, 7, die an entsprechenden Innenlamellenträgern 24, 25 angeordnet sind. Diese sind mit entsprechenden Abtriebswellen 26, 27 verbunden, die zum Getriebe führen.
Zur axialen Betätigung der entsprechenden Lamellenpakete, gebildet aus den Außenlamellen 18 bzw. 19 und den Innenlamellen 22 bzw. 23 sind entsprechende Betätigungseinrichtungen 28, 29 vorgesehen, umfassend jeweils einen CSC 30, 31 (CSC = concentric slave cylinder), über den jeweils ein Betätigungselement 32, 33, das direkt auf das jeweilige Lamellenpaket wirkt, um dieses axial zusammen zu drücken, axial bewegt werden kann.
Der grundsätzliche Aufbau einer solchen Doppelkupplung ist bekannt. Über sie ist es möglich, das Drehmoment gezielt auf entsprechende Getriebestufengruppen übertragen zu können.
In ähnlicher Weise ist die Trennkupplung aufgebaut. Auch diese umfasst einen Außenlamellenträger 34 mit Außenlamellen 35 sowie einen Innenlamellenträger 36 mit Innenlamellen 37. Der Außenlamellenträger 35 ist mit dem Antriebsbauteil 16 verbunden, so dass an ihm das Drehmoment der Brennkraftmaschine eingeleitet werden kann. Über eine Betätigungseinrichtung 38, wiederum umfassend einen CSC 39 sowie ein über diesen axial bewegliches Betätigungselement 49, kann das Lamellenpaket bestehend aus den Außenlamellen 35 und den Innenlamellen 37 axial zusammengedrückt werden, um das Drehmoment vom Außenlamellenträger 34 auf den Innenlamellenträger 36 zu übertragen. Dieser ist drehfest mit dem Eingangsglied 21, das in entsprechenden Wälzlagern 40, 41 an der Gehäusewand 10, die positionsfest ist, gelagert ist, gekoppelt. Auf diese Weise kann das von der Brennkraftmaschine kommende Drehmoment zur Doppelkupplung 5 und über diese zum Getriebe übertragen werden.
Zentrales Bauteil ist hier die Gehäusewand 10, die wie ausgeführt die beiden Nassräume 8 und 13 voneinander axial gesehen trennt, wobei in diesem Bereich keine fluidische Dichtebene zu realisieren ist. Vielmehr ist, wie 1 eindeutig zeigt, lediglich eine einzige rotatorische Dichtung, nämlich das Dichtelement 15 vorzusehen, um die gesamte Einheit abzudichten.
Die Versorgung der Betätigungseinrichtung 38 mit entsprechendem Betätigungsfluid erfolgt über einen in der Gehäusewand 10 integrierten Kanal 42, der über entsprechende Kanalabschnitte mit einer Verteilnut 43, die über Dichtelemente 44 abgedichtet ist, kommuniziert, von wo aus das Fluid über einen Stichkanal 45 dem CSC 39 zugeführt wird.
Ersichtlich ergibt sich ein sehr kompakter und axial kurz bauender Aufbau, der es ermöglicht, das Hybridmodul auch bei entsprechend geringem Bauraum integrieren zu können.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmodul 1 einer zweiten Ausführungsform, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Da der Aufbau, lediglich abgesehen vom Bereich der Trennkupplung 12, identisch zu dem ist, wie vorstehend zu 1 beschrieben, wird auf die dortige Beschreibung verwiesen.
Auch hier ist die Elektromaschine 2 sowie die Doppelkupplung 5 in einem gemeinsamen Nassraum 8, der wiederum über die Getriebeglocke 9 sowie die Gehäusewand 10 definiert und abgegrenzt ist, aufgenommen. Die Trennkupplung 12 ist hier jedoch in einem Trockenraum 46 aufgenommen, dessen weitere Abgrenzung nicht näher gezeigt ist. Das heißt, dass, anders als bei der Ausgestaltung gemäß 1, hier die Trennkupplung 12 trocken arbeitet. Um eine Abdichtung des Nassraums 8 zum Trockenraum 46 zu erzielen, ist hier das Dichtelement 15 an einer anderen Position angeordnet. Es ist hier an einem Lagerflansch 47 der Gehäusewand 10 angeordnet, an der die beiden Wälzlager 40, 41 gelagert bzw. abgestützt sind. Das Dichtelement 15 dichtet hier zu einer Spannmutter 48, über die die Innenringe der beiden Wälzlager 40, 41 axial verspannt sind, und die an dem Eingangsglied 21 angeordnet ist, ab. Da die Gehäusewand 10 positionsfest ist und das Eingangsglied 21, damit aber auch die Mutter 48, rotiert, ist demzufolge auch hier eine rotatorische Dichtebene realisiert. Wiederum wird auch hier nur ein rotatorisches Dichtelement 15 benötigt.
Auch bei dieser Ausgestaltung mit trocken arbeitender Trennkupplung 12 ergibt sich ein sehr kompakter, axial klein bauender Aufbau.
Bezugszeichenliste

1: Hybridmodul
2: Elektromaschine
3: Stator
4: Rotor
5: Doppelkupplung
6: Teilkupplung
7: Teilkupplung
8: Nassraum
9: Getriebeglocke
10: Gehäusewand
11: Dichtelement
12: Trennkupplung
13: Nassraum
14: Wandbauteil
15: Dichtelement
16: Antriebsbauteil
17: Außenlamellenträger
18: Außenlamelle
19: Außenlamelle
20: Lagerflansch
21: Eingangsglied
22: Innenlamelle
23: Innenlamelle
24: Innenlamellenträger
25: Innenlamellenträger
26: Abtriebswelle
27: Abtriebswelle
28: Betätigungseinrichtung
29: Betätigungseinrichtung
30: CSC
31: CSC
32: Betätigungselement
33: Betätigungselement
34: Außenlamellenträger
35: Außenlamelle
36: Innenlamellenträger
37: Innenlamelle
38: Betätigungseinrichtung
39: CSC
40: Wälzlager
41: Wälzlager
42: Kanal
43: Verteilnut
44: Dichtelement
45: Stichkanal
46: Trockenraum
47: Lagerflansch
48: Spannmutter
49: Betätigungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014014669 A1 [0004]

Claims

Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend eine Elektromaschine (2), eine Trennkupplung (12) sowie eine eine erste Teilkupplung (6) und eine zweite Teilkupplung (7) aufweisende Doppelkupplung (5), sowie ein Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Nassraum (8) aufweist, in dem die Elektromaschine (2) sowie die Doppelkupplung (5) aufgenommen sind, und dass die Trennkupplung (12) axial benachbart zu einer den Nassraum (8) axial abgrenzende Gehäusewand (10) angeordnet ist.
Hybridmodul nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkupplung (5) radial innerhalb der Elektromaschine (2) aufgenommen ist.
Hybridmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (12) in einem weiteren Nassraum (13), der über die Gehäusewand (10) sowie ein daran angeordnetes, die Trennkupplung (12) einfassendes Wandbauteil (14) abgegrenzt ist, angeordnet ist.
Hybridmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtelement (15) zum Abdichten des Wandbauteils (14) zu einem rotierenden Antriebsbauteil (16) der Trennkupplung (12) vorgesehen ist.
Hybridmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (12) in einem Trockenbereich (46) aufgenommen ist.
Hybridmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtelement (15) zum Abdichten der Gehäusewand (10) zu einem Antriebsbauteil (21) der Doppelkupplung (5) vorgesehen ist.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Gehäusewand (10) wenigstens ein Kanal (42) zum Zuführen eines Fluids zum Betätigen einer das Öffnen und Schließen der Trennkupplung (12) erwirkenden Betätigungseinrichtung (38) vorgesehen ist.
Hybridmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewand (10) der Abstützung der dem Betätigen der Trennkupplung (12) dienenden Betätigungskräfte dient.
Hybridmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (12) und jede Teilkupplung (6, 7) jeweils ein Lamellenpaket aufweist, das über jeweils eine Betätigungseinrichtung (28, 29, 38) axial zusammendrückbar oder öffenbar ist, wobei die axiale Betätigung der Trenn- und der Teilkupplungen (12, 6, 7) in die gleiche Richtung erfolgt.
Hybridmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung in Richtung eines ankoppelbaren Verbrennungsmotors erfolgt.