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Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul, auch als Kupplungsanordnung bezeichnet, für etwa einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Elektromaschine, die über eine Doppelkupplung mit einem Getriebe koppelbar ist, wobei auf der Getriebeseite der Doppelkupplung ein Betätigungsaggregat für die Doppelkupplung nach Art eines Doppel-CSCs, das heißt eines zweifachen Zentralausrückers/zweifacher Nehmerzylinder/Double Concentric-Slave-Cylinder, an einem Gehäuse befestigt ist und ein an einem Rotorträger der Elektromaschine befestigter Kupplungsdeckel an dem Gehäuse über ein Stützlager positioniert ist. Daneben betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe.
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Aus der
DE 10 2017 106 278 A1 ist beispielsweise eine Antriebsstrangeinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridmodul bekannt, das mit einer einen Stator und einen Rotor aufweisenden elektrischen Maschine, mindestens zwei jeweils miteinander verbindbare Kupplungsbestandteile aufweisenden Kupplungen und einem Rotorträger ausgestattet ist, an dem der Rotor angebracht ist und mit dem jeweils ein Kupplungsbestandteil der mindestens zwei Kupplungen drehfest verbunden ist und einer mittels einer Getriebeeingangswelle mit dem Hybridmodul zusammenwirkenden Getriebeeinrichtung, wobei der Rotorträger an der Getriebeeingangswelle relativ zu dieser verdrehbar gelagert ist.
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Aus der
DE 10 2018 108 401 A1 ist ferner eine Kupplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, mit einem Gehäuse, einem relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagerten Träger, einer mit ihrem Rotor rotatorisch mit dem Träger gekoppelten elektrischen Maschine, mehreren Kupplungen, wobei jede Kupplung mit einem Kupplungsbestandteil an dem Träger drehfest aufgenommen ist, sowie einer zwei Nehmerzylinder aufweisenden Betätigungsvorrichtung, wobei jeder Nehmerzylinder betätigend mit einer Kupplung zusammen wirkt, wobei radial innerhalb eines Aktorgehäuses der Betätigungsvorrichtung ein Stützlager an dem Träger aufgenommen ist.
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Die
DE 10 2018 108 394 A1 offenbart ebenfalls eine Kupplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, einem relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagerten Träger, einer mit ihrem Rotor rotatorisch mit dem Träger gekoppelten elektrischen Maschine, mehreren Kupplungen, wobei jede Kupplung mit einem Kupplungsbestandteil an dem Träger drehfest aufgenommen ist, sowie einer zwei Nehmerzylinder aufweisenden Betätigungsvorrichtung, wobei jeder Nehmerzylinder betätigend mit einer Kupplung zusammen wirkt, wobei der Träger über ein Stützlager ein einer radialen Innenseite eines Aktorgehäuses der Betätigungsvorrichtung abgestützt ist.
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Ferner existieren aktuell Kupplungsanordnungen bzw. Hybridmodule, bei denen nasse Doppelkupplungsgetriebe über Drehdurchführungen (DDF) betätigt werden. Bei diesen Hybridmodulen ist ein Träger um eine Drehachse drehbar gelagert. Ein mit dem Träger rotatorisch gekoppeltes Zahnrad greift in ein Zahnrad einer elektrischen Maschine ein, wobei deren Längsachse parallel zu der Drehachse des Hybridmoduls liegt, so dass die elektrische Maschine über Zahnräder den Träger und damit das Hybridmodul elektrisch (wahlweise) antreibt.
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Als Nachteil der bekannten Hybridmodule bzw. Kupplungsanordnungen als auch für entsprechende Antriebsstränge hat sich herausgestellt, dass diese von ihrer Struktur her groß aufbauen, der vorhandene Bauraum nicht optimal ausgenutzt wird und somit Komponenten nicht optimal in den Bauraum eingebunden werden können. Ferner ist der Träger nicht stabil genug gelagert.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mindern und insbesondere ein Hybridmodul zur Verfügung zu stellen, der in einer axialen Richtung ein kurzbauendes System zur Verfügung stellt, welches dafür vorgesehen ist, eine Elektromaschine stabil zu lagern und anzukoppeln. Außerdem soll die Montage vereinfacht werden sowie weitere Komponenten, wie etwa Kupplungsfedern, optimal in den Bauraum eingebunden werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Hybridmodul erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Stützlager so angeordnet ist, dass seine Mitte in Richtung des Getriebes, das heißt auf einer von der Doppelkupplung gesehen Verbrennungskraftmaschine abgewandten Seite, vom getriebeseitigen Ende des Doppel-CSCs versetzt ist. Das getriebeseitige Ende des Doppel-CSCs meint dabei das Ende des Doppel-CSC's, welches auf der Getriebeseite angeordnet ist und beispielsweise durch die Stirnfläche des Doppel-CSCs bestimmt ist. Durch die distale Versetzung des Stützlagers gegenüber den getriebeseitigen Enden des Doppel-CSCs in Richtung des Getriebes wird eine besonders breite Lagerbasis für den Rotorträger geschaffen. In Folge wird auch eine breite Lagerbasis für den Kupplungsdeckel und damit auch direkt für die Elektromaschine bzw. den Rotor der Elektromaschine geschaffen. Indem das Stützlager in axialer Richtung der Drehachse gesehen gegenüber dem Doppel-CSC versetzt ist, wird das Stützlager auf der Drehachse, zu den anderen Komponenten des Hybridmoduls gesehen, möglichst weit außen angeordnet. Durch die Versetzung des Stützlagers zu dem Doppel-CSCs bzw. dem Betätigungsaggregat wird ein langer Hebelarm für eine gute Lagerung generiert. Es wird also das Stützlager als eines der Lager, welches den Rotorträger und den mit diesem verbundenen Kupplungsdeckel lagert, weit nach außen gebracht, um für den Rotorträger eine möglichst breite Lagerbasis zu stellen. In Folge wird die Elektromaschine bzw. der Rotor der Elektromaschine stabil gelagert.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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Es ist von Vorteil, wenn das Stützlager in der axialen Richtung der Drehachse gesehen in einem endständigen Bereich des Hybridmoduls angeordnet ist. Hiermit ist das Stützlager weit außen angeordnet und eine stabile Lagerung wird gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann zwischen der Mitte des Stützlagers und dem getriebeseitigen Ende des Doppel-CSCs ein Abstand vorhanden sein, der mindestens größer oder gleich der Dicke des Kupplungsdeckels und kleiner oder gleich der fünffachen Gehäusedicke, insbesondere 1,5mm bis 10cm, beträgt. Dieser Bereich des Abstandes wägt zwischen einer Vergrößerung des Bauraums und einer ausreichend breiten Lagerbasis ab und ist hinsichtlich einer stabilen Lagerung optimiert.
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Vorzugsweise kann das Stützlager als Wälzlager ausgeführt sein, insbesondere etwas als Nadellager oder Rillenkugellager. Insbesondere wird als das Stützlager ein Radialnadellager verwendet. Das Wälzlager lagert den Kupplungsdeckel für eine Rotation mit geringer Dreh-Reibung und bietet eine hohe Lebensdauer bei gleichzeitig nur gering beanspruchtem Bauraum.
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Es kann auf der getriebeabgewandten Seite der Doppelkupplung ein das Stützlager ergänzendes Kupplungslager zum Lagern der mit der Doppelkupplung (Kupplung K1 und Kupplung K2) verbundenen Bauteile, wie der Rotorträger und einer weiteren Kupplung (K0, Anfahrtkupplung), vorhanden sein, das beispielsweise als Vier-Punkt-Lager (Radial- und Axiallager) ausgestaltet sein. Das Vier-Punk-Lager, als einreihiges Radial-Schrägkugellager, dessen Laufbahn so ausgebildet ist, dass Axialbelastungen in beide Richtungen aufgenommen werden kann, ergänzt das Stützlager und dient der Fixierung des Rotorträgers in axialer Richtung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Kupplungsdeckel einen topfartigen Abschnitt haben, der sich radial und axial innerhalb der Doppelkupplung (bzw. innerhalb der beiden Kupplungen der Doppelkupplung) befindet, beispielsweise nahe oder in einer quer/orthogonal zur Drehachse ausgerichteten Querebene und im Wesentlichen zwischen den beiden Kupplungen der Doppelkupplung angeordnet).
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Kupplungsdeckel am Rotorträger angeschraubt oder über einen Sicherungsring befestigt sein. Diese Arten der Befestigung garantiert eine stabile aber auch kostengünstige und gut berechenbare Verbindung.
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Insbesondere ist die Elektromaschine koaxial zu der Drehachse der Doppelkupplung ausgerichtet und angeordnet. Durch die koaxiale Ausrichtung zu der Drehachse kann der Bauraum des Hybridmoduls optimal genutzt werden. Der Rotor der Elektromaschine liegt entsprechend auch koaxial zu der Drehachse der Doppelkupplung und umfasst diese bzw. den Rotorträger vorzugsweise. Hierdurch fallen weitere Komponenten, wie etwa Zahnräder oder Übertragungsmechanismen, weg bzw. werden eingespart, da der Rotor der Elektromaschine direkt an dem Rotorträger des Hybridmoduls angreift. Dieses Merkmal wird im Stand der Technik aktuell nicht angewandt, da der Bauraum für eine koaxiale Elektromaschine nicht optimiert und ausgelegt und die Lagerung für den Rotor der Elektromaschine nicht ausgereift ist. Durch das erfindungsgemäße Hybridmodul werden jedoch ein solch optimierter Bauraum und eine breite Lagerung bzw. Lagerbasis bereitgestellt und es ist nunmehr möglich die Elektromaschine koaxial zu der Drehachse anzuordnen bei kleinbauendem Hybridmodul.
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Vorzugsweise kann das Doppel-CSC bzw. das Betätigungsaggregat als Niederdruckbetätigungsaggregat ausgebildet sein. Aufgrund des optimierten Bauraums können nun die Betätigungsaggregate als Niederdruckbetätigungsaggregate, welche eine große Druck-Fläche für einen entsprechenden Nehmerzylinder benötigen, ausgebildet sein. Die beiden Aktuatoren des Doppel-CSCs bzw. die beiden Nehmerzylinder sind insbesondere in der axialen Richtung (der Drehachse) versetzt zueinander angeordnet.
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Vorzugsweise ist ein CSC-Gehäuse, welches das Doppel-CSC aufnimmt und auch die Führung der Nehmerzylinder des Doppel-CSCs in axialer Richtung ausbildet, zweigeteilt ausgestaltet. Dabei lagert der erste Teil des zweigeteilten CSC-Gehäuses das erste CSC der Doppel-CSC und das zweite Teil des zweigeteilten CSC-Gehäuses das zweite CSC. Insbesondere weist das CSC-Gehäuse zwei innenliegende, unverbundene Fluidkanäle. Ein erster Fluidkanal ist dabei mit dem ersten Nehmerzylinder des Doppel-CSCs fluidverbunden und ein zweiter Fluidkanal entsprechend mit dem zweiten Nehmerzylinder.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Stützlager direkt/zwischenstücklos am Gehäuse abgestützt sein oder unter Zwischenschaltung eines separaten Lagerstützelementes am Gehäuse abgestützt sein. Über das separate Lagerstützelement lässt sich beispielsweise ein bestehender Modulbaukasten an Komponenten des Hybridmoduls weiterverwenden. Bereits entwickelte und produzierte Komponenten und Aggregate können in dem neu entwickelten Hybridmodul weiter verwendet werden, da das Lagerstützelement sozusagen einen Adapter für eine Integration stellt. Zudem kann in dem Lagerstützelement ein Anschlag und eine Lagerfläche für das Stützlager kostengünstig und effizient ausgebildet werden, ohne das gesamte Gehäuse besonders präzise bearbeiten zu müssen. Durch das Lagerstützelement lässt sich das Stützlager auch nah an der Drehachse anordnen bzw. positionieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der topfartige Abschnitt des Kupplungsdeckels an einem hydrogeformten Längsverlängerungsrohr angeschweißt sein. Durch die Zweiteilung des Kupplungsdeckels kann der Kupplungsdeckel produktionstechnisch ebenfalls in zwei Produktions-Abschnitte aufgeteilt werden. Hierbei kann der topfartige Abschnitt des Kupplungsdeckels in einem ersten Produktionsverfahren hergestellt, vorzugsweise tiefgezogen, werden, während das Längsverlängerungsrohr in einem weiteren Produktionsverfahren hydrogeformt wird. Schließlich wird bzw. ist der Kupplungsdeckel an das Längsverlängerungsrohr angeschweißt. So kann sowohl eine Herstellung als auch das Bauteil des Kupplungsdeckels weiter verbessert werden, da auch der topfartige Abschnitt beispielsweise ein anderes Gefüge oder Material wie das hydrogeformte Längsverlängerungsrohr aufweisen kann, das speziell für das Hybridmodul ausgewählt wurde.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Hybridmodul eine Unterbaugruppe mit einem Lager, insbesondere einem Rillenkugellager, einen Verzahnungsring, dessen Eingriffszähne in axialer Richtung zu den Kupplungen hinzeigen, und vorzugsweise ein Antriebsblech aufweisen, wobei der Verzahnungsring mit dem Rotorträger mittelbar über einen Drucktopf drehfest angebunden ist und durch Durchstellungen in diesen Drucktopf greift. Die Zähne des Verzahnungsrings verbleiben auch bei Verschiebung des Drucktopfes in axialer Richtung stets im Wirkeingriff mit dem Drucktopf, so dass Drehmoment übertragen wird. Durch diese Unterbaugruppe kann über den Drucktopf ein Drehmoment auf das Antriebsblech übertragen werden.
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Insbesondere weist die Unterbaugruppe ein Zahnrad in Form eines Stirnrads auf, das drehfest mit dem Verzahnungsring gekoppelt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erstreckt sich ein Bereich des topfartigen Abschnitts des Kupplungsdeckels sowohl radial innerhalb der Doppelkupplung und überlappt zumindest eine Kupplung der Doppelkupplung in axialer Richtung, sodass ein Abschnitt des Kupplungsdeckels in axialer Richtung der Drehachse gesehen zwischen den Kupplungen der Doppelkupplung angeordnet ist.
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Insbesondere ist das Lagerstützelement als Stahlkonstruktion oder Blechkonstruktion ausgeführt.
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Vorzugsweise umschließen der Rotorträger und der Kupplungsdeckel die Doppelkupplung räumlich, wodurch die Kupplungen in einem Innenvolumen des Rotorträgers und des Kupplungsdeckels angeordnet sind und die Nehmerzylinder der Doppelkupplung außerhalb des Innenvolumens angeordnet sind.
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Insbesondere weist das Hybridmodul neben der Doppelkupplung eine weitere Kupplung auf, mit welcher eine Eingangswelle, beispielsweise die eines Verbrennungskraftmotors, geschaltet werden kann. Durch die weitere Kupplung kann ein externes Drehmoment auf den Rotorträger zu- oder abgeschaltet werden.
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Vorzugsweise sind die beiden Kupplungen der Doppelkupplungen in der axialen Richtung der Drehachse zueinander versetzt und weisen einen in etwa gleichen radialen Abstand zu der Drehachse auf. Dies verbessert weiter einen Bauraum und der Rotor der Elektromaschine kann insbesondere auf einen flächig, rohrförmig ausgestalteten Trägerabschnitt, der radial weiter außerhalb als die beiden Kupplungen der Doppelkupplung mit gleichen radialen Abstand zur Drehachse liegt, befestigt werden.
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Insbesondere sind in der Unterbaugruppe das Zahnrad und der Verzahnungsring miteinander verpresst, sodass der Verzahnungsring das Zahnrad in axialer Richtung fixiert/arretiert. Somit rotiert das Zahnrad mit dem Verzahnungsring und über das Zahnrad kann ein Drehmoment auf eine weitere Komponente, wie etwa eine Ölpumpe, übertragen werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich eines gattungsgemäßen Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (VKM) und einem Getriebe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe ein erfindungsgemäßes Hybridmodul eingebunden ist. Durch den optimierten Bauraum des erfindungsgemäßen Hybridmoduls wird in Konsequenz auch der gesamte Bauraum des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs optimiert. Auch wird durch die stabile Lagerung der Elektromaschine unter anderem eine Langlebigkeit und eine gute Drehmomentübertragung des Antriebsstrangs verbessert.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein Hybridmodul, insbesondere eine „Triple Clutch“ / Dreifachkupplung mit vorzugsweise koaxialer Elektromaschine, welche hinsichtlich unterschiedlicher Parameter, unter anderem Herstellungskosten, Bauraumbedarf und Reibmomente optimiert ist. Bei dem Hybridmodul wird eine Lagerbasis und ein Bauraum der Drehdurchführungen (DDF) aufgesplittet, wobei der Kupplungsdeckel vorzugsweise innerhalb der Kupplung angeordnet und mit einem Verlängerungsrohr verbunden wird, über welches die Doppelkupplung, insbesondere die Dreifachkupplung / Triple-Clutch, im Gehäuse, insbesondere dem Getriebegehäuse, gelagert ist. Hiermit wird der zur Verfügung stehende Bauraum maximal/effizient ausgenutzt, um eine maximal breite Lagerbasis zu schaffen. Für eine Betätigung werden insbesondere jeweils CSCs / Concentric Slave Cylinder / Zentralausrücker verwendet, die vorzugsweise mit Niederdruck betrieben werden. Insbesondere verfügt das Hybridmodul über ein Nadellager als Betätigungslager.
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Das Hybridmodul, vorzugsweise die Dreifachkupplung / Triple Clutch, wird auf der Hybridmodulseite gelagert bzw. an dem Gehäuse auf Seiten des Hybridmoduls bzw. der Dreifachkupplung. Um eine möglichst breite Lagerbasis zu erreichen, wird eine Lagerung /das Stützlager bis kurz vor das Getriebeeingangslager gebracht bzw. dort angeordnet. Hierzu wird insbesondere bei einem Getriebegehäuse vorzugsweise ein Stahlteil oder ein Blechteil als Lagerstützelement eingebracht, in welchem vorzugsweise ein Radialnadellager als Stützlager eingesetzt wird. Insbesondere kann die Kühlölzuführung über das Lagerstützelement auf die Welle des Hybridmoduls erfolgen. Eine Richtungssteuerung des Fluides, wie etwa des Kühlöls, kann über Manschetten oder Torlonringe erfolgen.
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Um die Lagerung für die Kupplung zu erreichen, verläuft der Kupplungsdeckel vorzugsweise (radial und axial) „innerhalb“ der Kupplung. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass für diese Konfiguration die Drucktöpfe „außerhalb“ der Kupplung liegen. Diese Struktur bzw. dieses System ist vorteilhaft für eine Montage der Federpakete sowie deren Bauraum. Der Kupplungsdeckel kann insbesondere an dem Rotorträger verschraubt oder über einen Sicherungsring an diesem gesichert werden.
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In einem Wellenbereich des Kupplungsdeckels, also einem Bereich nahe der Wellen des Hybridmoduls, kann ein Hydroforming-Bauteil / hydrogeformtes Längsverlängerungsrohr vorgesehen sein, welches an den anderen Abschnitt des Kupplungsdeckels / topfförmiger Abschnitt angebunden, insbesondere geschweißt wird. Die Versorgung der Betätigungseinrichtung kann vorzugsweise über Leitungen oder einer ähnlichen Geometrie / Konfiguration wie die einer Drehdurchführung (DDF) gelöst werden. Das CSC-Gehäuse ist idealerweise zweiteilig.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann über die spezielle Kupplungsanordnung bzw. das Hybridmodul und den Rotorträger ein Zahnrad angetrieben werden, welches für einen Antrieb einer weiteren Komponente, wie etwa einer Ölpumpe genutzt werden kann. Hierfür wird insbesondere eine Unterbaugruppe gebildet, welche ein Lager, insbesondere Rillenkugellager, einen Verzahnungsring und ein Antriebsblech aufweist. Das Lager wird mit dem Verzahnungsring und dem Antriebsblech als Unterbaugruppe in das Gehäuse, insbesondere in das Getriebegehäuse eingebracht / gelagert, wobei eine Verzahnung des Verzahnungsrings in Richtung der Kupplung zeigt. Hierbei greift er in Durchstellungen im Drucktopf der einen Kupplung K1 der Doppelkupplung ein. Der Verzahnungsring ist derart gestaltet, dass er eine ausreichend axiale Abmessung aufweist, um auch bei Betätigung des ihn rotatorisch mitnehmenden Drucktopfes stets in diesem in Eingriff zu verbleiben. Der Verzahnungsring stellt gleichzeitig eine Arretierung mit dem Zahnrad dar und wird mit ihm insbesondere verpresst, um das Lager zu positionieren.
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Um eine möglichst breite Lagerbasis zu erreichen, wird also die Lagerung bis kurz vor das Getriebeeingangslager gebracht. Hierzu wird im Getriebegehäuse ein zusätzliches Bauteil / Lagerstützelement, insbesondere als Stahlteil oder Blechteil, eingebracht, in welchem ein Radialnadellager gesetzt / aufgenommen werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Hybridmoduls einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
- 2 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Hybridmodul einer weiteren, zweiten bevorzugten Ausführungsform, und
- 3 eine Längsschnitt-Detailansicht des Hybridmoduls aus 2.
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Die Figuren sind schematischer Natur und dienen lediglich dem Verständnis der Erfindung. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridmodul 1 einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einer Längsschnittansicht. Dieses Hybridmodul 1 ist in einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug eingesetzt, wobei in 1 gesehen von der linken Seite her (einer Verbrennungskraftmaschinen-Seite), die Eingangswelle von einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine (VKM) in das Hybridmodul 1 eintritt und wobei in 1 gesehen zur rechten Seite (Getriebeseite) hin ein Getriebe, das dem Hybridmodul nachgelagert ist, folgt.
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Somit ist das Hybridmodul 1 zwischen der Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) und dem Getriebe (nicht dargestellt) eingebunden und kann ein Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine auf das Getriebe, das mehrere Schaltstufen aufweist, übertragen. Das Hybridmodul ist somit seriell zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe wirkverbunden.
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Das erfindungsgemäße Hybridmodul 1 weist eine Elektromaschine 2 auf, welche eine Antriebseinheit für das Hybridmodul darstellt, wobei das Hybridmodul 1 ein Drehmoment der Elektromaschine 2 auf das Getriebe übertragen kann. Ebenso kann die Elektromaschine 2 auch als Generator bzw. Rekuperator eingesetzt und betrieben werden bei, um beispielsweise bei einer Verzögerung des Fahrzeugs ein Drehmoment von den Rädern, das auf das Getriebe übertragen wird, auf den Rotor der Elektromaschine 2 zu übertragen und in elektrische Energie zur Speisung einem in dem Kraftfahrzeug angeordneten Akkumulator zu verwenden.
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Für die Drehmomentübertragung auf das Getriebe weist das Hybridmodul 1 eine Doppelkupplung 3 auf, welche von einem Betätigungsaggregat 4, das in dieser Ausführungsform als zweifacher Zentralausrücker bzw. nach Art eines Doppel-CSCs ausgestaltet ist, betätigt wird, um eine erste Kupplung 3a in Form einer Lamellenkupplung und eine zweite Kupplung 3b in Form einer Lamellenkupplung der Doppelkupplung 3 entsprechend zu schalten. Das Betätigungsaggregat 4 weist dabei ein erstes CSC 4a und ein zweites CSC 4b auf, welche entsprechend die erste Kupplung 3a und die zweite Kupplung 3b betätigen, also über Reibschluss die entsprechende Kupplung 3a, 3b einkuppeln oder auskuppeln.
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Das Betätigungsaggregat 4 für die Doppelkupplung 3 mit den Doppel-CSCs 4a, 4b ist an einem Gehäuse 5 des Hybridmoduls 1 befestigt. Ein Kupplungsdeckel 7, an dem ein Rotorträger 6 der Elektromaschine 2 befestigt ist, ist ebenfalls an dem Gehäuse 5 über ein Stützlager 8 positioniert. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 5 auf Seiten des Getriebes/Getriebeseite auch das Gehäuse des Getriebes. Erfindungsgemäß ist das Stützlager 8 derart angeordnet, dass seine Mitte (seine axiale als auch radiale Mitte) in Richtung des Getriebes, das heißt auf einer von der Doppelkupplung gesehen Verbrennungskraftmaschinen abgewandten Seite, in axialer Richtung einer Drehachse 9 des Hybridmoduls 1 gesehen, vom getriebeseitigen Ende des Doppel-CSCs 4a, 4b, in diesem Falle die Stirnseiten des Doppel-CSCs 4a, 4b versetzt bzw. beabstandet ist. Durch die Versetzung des Stützlagers 8 in axialer Richtung der Drehachse 9 gegenüber dem Doppel-CSC 4a, 4b wird eine sehr breite Lagerbasis geschaffen, welche nachstehend detailliert erläutert wird.
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Konkret weist die Doppelkupplung 3 die erste Kupplung 3a und die zweite Kupplung 3b auf, welche axial in Richtung der Drehachse 9 versetzt zueinander angeordnet sind, aber die im Wesentlichen einen ähnlichen radialen Abstand zur Drehachse 9 aufweisen. Die erste Kupplung 3a und die zweite Kupplung 3b weisen entsprechend erste und zweite Trägerreibelemente 10a, 10b in Form von Lamellenscheiben (Reibelementen) auf, welche drehfest mit dem Rotorträger 6 gekoppelt, jedoch axial verschieblich gelagert sind und in axialer Richtung geführt werden können. Über das erste CSC 4a respektive das zweite CSC 4b können die Kupplungen 3a und 3b über Reibschluss betätigt werden, indem die ersten bzw. zweiten Trägerreibelemente entsprechend in axialer Richtung vorgespannt werden.
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Daneben weisen die erste Kupplung 3a bzw. die zweite Kupplung 3b wellenseitige erste und zweite Wellenreibelemente 11a, 11b auf, welche über ein ersten und zweiten Reibelementeträger 12a, 12b auf eine erste Welle 13a, die als Vollwelle ausgeführt ist, sowie auf eine zweite Welle 13b, die als Hohlwelle ausgeführt ist, drehfest angebunden sind, sodass ein Drehmoment, wenn die erste oder zweite Kupplung 3a, 3b entsprechend geschaltet ist, über die ersten und zweiten Trägerreibelemente 10a, 10b, die ersten und zweiten Wellenreibelemente 11a, 11b sowie der ersten und zweiten Reibelementeträger 12a, 12b auf die erste bzw. die zweite Welle 13a, 13b übertragen wird.
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Der Rotorträger 6 ist auf der Seite der Verbrennungskraftmaschine über ein Kupplungslager in Form eines Vier-Punkt-Lagers 14 (Radial-und Axiallager) an dem Gehäuse 5 gelagert. Dieses Vier-Punkt-Lager 14 stellt das Stützlager 8 ergänzende Kupplungslager dar und dient der Lagerung der mit der Doppelkupplung 3 verbundenen Bauteile, wie etwa der Rotorträger 6, der Kupplungsdeckel 7 oder Weiteren. Der axiale Abstand zwischen dem Stützlager 8 und dem Vier-Punkt-Lager 14 ist durch die erfindungsgemäße Konfiguration mit Versatz des Stützlagers 8 zu dem Doppel-CSC 4a, 4b besonders optimal und stellt den Rotorträger 6 (und den mit ihm verbundenen Kupplungsdeckel 7) auf eine breite Lagerbasis in axialer Richtung. Insbesondere befindet sich das Vier-Punkt-Lager 14 in axialer Richtung gesehen im Bereich der Doppelkupplung 3, so dass eine radiale wirkende Kraft mit möglichst geringem Hebelarm direkt und in radialer Richtung an dem Gehäuse 5 abgestützt werden kann, so dass auch ein Gewicht der Doppelkupplung 3 in radialer Richtung abgestützt werden kann, wohingegen das Stützlager axial beabstandet ist und für eine gute Lagerbasis mit entsprechend großen Hebelarm sorgt.
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Radial außerhalb des Rotorträgers 6 umlaufend um diesen, ist ein Rotor 15 der Elektromaschine 2 koaxial zu der Drehachse 9 sowie damit auch zu den Wellen 13a und 13b angeordnet und drehfest mit dem Rotorträger 6 verbunden. Dieser Rotor 15 erstreckt sich in einer axialen Richtung mit gleichbleibendem Abstand zur Drehachse 9 und hat eine hohlzylinderförmige Außenkontur. Das Vierpunktlager 14 ist, wie oben beschrieben, gegenüber dem Stützlager 8 in der axialen Richtung weit versetzt, und bildet gewissermaßen einen endständigen Bereich des Hybridmoduls 1, um eine breite Lagerbasis für den Rotorträger 6 bzw. den Rotor 15 zu schaffen. Durch die Anordnung im endständigen Bereich des Hybridmoduls, kann also der Hebelarm zwischen dem Vierpunktlager 14 und dem Stützlager 8 vergrößert werden, sodass folglich der Rotor 15 der Elektromaschine 2, welcher auf dem Rotorträger 6 drehfest angeordnet ist, stabil gehalten wird.
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An dem Rotorträger 6 ist auf der Seite der Verbrennungskraftmaschine bzw. der getriebeabgewandten Seite radial außen ein Positionsgeber 16 angeordnet, der mit einer Positionseinheit 17 zusammenwirkt, um die exakte Drehposition des Rotorträgers 6 und damit des Rotors 15 der Elektromaschine 2 zu bestimmen.
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Von der Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) ausgehend, tritt eine Verbrennungskraftmaschinen-Eingangswelle(VKM-Eingangswelle) 18 in das Hybridmodul 1 koaxial zur Drehachse 9 und den Wellen 13a und 13b ein und ist über eine Verbrennungskraftmaschinen-Kupplung (VKM-Kupplung) 19 mit dem Rotorträger 6 schaltbar eingebunden. Die VKM-Kupplung 19 weist, wie auch die erste Kupplung 3a und zweite Kupplung 3b, ein Verbrennungskraftmaschinen-CSC (VKM-CSC) 20 in Form eines Niederdruck-CSCs auf. Über dieses VKM-CSC 20 wird die VKM-Kupplung 19 betätigt. Dies erfolgt wieder mittels einer Anordnung einer Drehdurchführung (DDF). Die VKM-Eingangswelle 18 kann über diese Konfiguration, je nach Bedarf, über die VKM-Kupplung 19 hinzu- oder ausgekuppelt, also geschaltet werden.
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Die VKM-Eingangswelle 18 ist über ein erstes und ein zweites Lager 21, 22 an dem Gehäuse 5 auf der Seite der Verbrennungskraftmaschine abgestützt. Das Vier-Punkt-Lager 14 liegt dabei in axialer Richtung gesehen zwischen diesen beiden Lagern 21, 22 und sind, gegenüber eines Abschnitts des Gehäuses 5 auf der genüberliegenden Seite und damit radial beabstandet zu dem Vierpunkt-Lager 14 angeordnet. Die Lager 21, 22 liegen an der radialen Innenseite des Gehäuses 5 an. Insgesamt sind also die VKM-Eingangswelle 18, der Rotorträger 6, der Kupplungsdeckel 7, der Rotor 15 der Elektromaschine 2, die erste Welle 13a, die zweite Welle 13b koaxial zueinander angeordnet.
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Im Folgenden wird die Struktur des Rotorträgers 6 sowie des Kupplungsdeckels 7 näher beschrieben. Der Rotorträger 6 weist einen radial innenliegenden Abschnitt auf, an dem die Reibelemente der VKM-Kupplung 19 drehfest aber axial verschieblich angeordnet sind und welcher von dem Vier-Punkt-Lager 14 auf der den Reibelementen gegenüberliegender Seite gestützt wird. Dieser Abschnitt erstreckt sich weiter, ausgehend von einer in axialer Richtung gesehen Verbrennungskraftmaschinenseitig endständigem Bereich weiter in radialer Richtung nach außen. Damit liegt die VKM-Kupplung 19 in axialer Richtung gesehen innerhalb des Rotorträgers 6 und des Kupplungsdeckels 7.
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An einer radialen Außenseite des Rotorträgers 6 erstreckt sich um die Drehachse 9 herum in axialer Richtung ein Trägerabschnitt 23, der rohrförmig ausgestaltet ist und radial außerhalb auf einer planen Ebene den Rotor 15 trägt als auch radial innerhalb die Trägerreibelemente 10a, 10b führt. Dieser rohrförmige Trägerabschnitt 23 ist an den restlichen Abschnitt des Rotorträgers 6 angeschweißt, sodass dieser Trägerabschnitt 23 effizient und produktionstechnisch vorteilhaft hergestellt werden kann. Auf der dem Getriebe zugewandten Seite ist der Trägerabschnitt 23 mit dem Kupplungsdeckel 7 über Schraubverbindungen 24, die umfänglich und rotationssymmetrisch ausgestaltet sind, befestigt. Es sind zumindest drei Schraubverbindungen24 im Winkel von je 120 ° um die Drehachse 9 zueinander vorgesehen.
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Der Kupplungsdeckel 7 ist in dieser Ausführungsform zweiteilig ausgeführt, wobei ein topfartiger Abschnitt 25 des Kupplungsdeckels 7, der sich radial und axial innerhalb der Doppelkupplung 3 befindet, mittels Tiefziehen hergestellt ist. Der topfartige Abschnitt 25 ist an einem Längsverlängerungsrohr 26, das rotationssymmetrisch um die Wellen 13a und 13b verläuft und hydrogeformt ist, angeschweißt. Durch diese Zweiteilung ergeben sich die produktionstechnischen Vorteile, dass der topfartige Abschnitt 25 tiefgezogen werden kann, während das Längsverlängerungsrohr 26 mittels Hydroforming hergestellt wird.
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Der topfartige Abschnitt 25 weist dabei eine Wandung auf, welche in einer quer/orthogonal zur Drehachse 9 ausgerichteten Querebene liegt und sich nur in radialer Richtung erstreckt. Diese Wandung ist in axialer Richtung gesehen zwischen den beiden Kupplungen 3a, 3b der Doppelkupplung 3 angeordnet. Die Wandungen der ersten und zweiten Reibelementeträger 12a, 12b verlaufen parallel hierzu, also auch in radialer Richtung, mit geringem axialem Abstand zwischen diesen. Eine Wandung der VKM-Eingangswelle 18, welche zur VKM-Kupplung 19 führt ist ebenfalls parallel zu diesen ausgestaltet. Somit sind in axialer Richtung gesehen, ausgehend von der Seite der Verbrennungskraftmaschine, die Wandung der VKM-Eingangswelle 18, der Wandung des ersten Reibelementeträgers 12a, die Wandung des zweiten Reibelementeträgers 12b und die Wandung des topfartigen Abschnitts parallel jeweils in einer Ebene quer zur Drehachse 9 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Bauraum optimiert wird, während die Doppelkupplung 3 innerhalb des Rotorträgers 6 und des Kupplungsdeckels 7 als nasse Doppelkupplung mit Drehdurchführung gestaltet werden kann.
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In dieser Ausführungsform ist das Stützlager 8 über ein Lagerstützelement 27 mittelbar an dem Gehäuse 5 abgestützt. Alternativ kann das Stützlager 8 natürlich auch direkt/zwischenstücklos am Gehäuse 5 abgestützt sein. Das Lagerstützelement 27 ist in dieser Ausführungsform als Stahlbauteil gestaltet und bildet zusammen mit dem Stützlager 8 einen endständigen Bereich des Hybridmoduls 1 aus. Durch das Lagerstützelement 27 wird ein axialer Anschlag für das Stützlager 8 ausgebildet und das Stützlager 8 kann radial näher an die Drehachse 9 und an das Längsverlängerungsrohr 26 gesetzt werden. Auch kann hierdurch ein bestehender Baukasten für Komponenten von Hybridmodulen weiterverwendet werden.
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Benachbart zu dem Lagerstützelement 27, aber axial versetzt in Richtung der getriebeabwärtigen Seite bzw. in Richtung der Seite der Verbrennungskraftmaschine, ist ein CSC-Gehäuse 28 angeordnet, das zweiteilig mit einem ersten CSC-Gehäuse-Abschnitt 28a und einem zweiten CSC-Gehäuse-Abschnitt 28b ausgeführt ist und sich an der radialen Innenseite des Gehäuses 5 auf der Getriebeseite abstützt. Das CSC-Gehäuse 28 trägt zwei Nehmerzylinder 29a und 29b, welche für die Aktuierung des ersten CSCs 4a der Kupplung 3a sowie der zweiten CSCs 4b der zweiten Kupplung 3b zuständig sind.
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Im Speziellen verlaufen durch das CSC-Gehäuse 28 zwei verschiedene Fluidkanäle 30a und 30b zweier Öldruckkreisläufe, wobei ein innenliegender erster Fluidanal 30a mit einem Reservoir des ersten Nehmerzylinders 29a fluidverbunden ist und ein zweiter Fluidkanal 30b mit einem zweiten Volumen/Reservoir des zweiten Nehmerzylinders 29b fluidverbunden ist. Durch entsprechende Öl-Drücke in dem ersten Fluidkanal 30a bzw. zweiten Fluidkanal 30b werden die Nehmerzylinder 29a, 29b in axialer Richtung aktuiert, welche, über ein zwischengeschaltetes erstes bzw. zweites Axialrillenlager 31a, 31b, und erste bzw. zweite Drucktöpfe 32a und 32b entsprechend die erste Kupplung 3a bzw. die zweite Kupplung 3b betätigen. Der erster Nehmerzylinder 29a ist in dem ersten CSC-Gehäuse-Abschnitt 28a aufgenommen und der zweite Nehmerzylinder 29b an dem zweiten CSC-Gehäuse-Abschnitt 28b. Sowohl die CSC-Gehäuse-Abschnitte 28a und 28b als auch die Nehmerzylinder 29a und 29b sind dabei in der axialen Richtung der Drehachse 9 zueinander versetzt, wohingegen der radiale Abstand zur Drehachse 9 in etwa gleich ist.
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Aufgrund des optimierten Bauraums und der Ausformung des Kupplungsdeckels 7 und des CSC-Gehäuses 28 können die CSCs 4a, 4b bzw. das Doppel-CSC 4a, 4b zum einen außerhalb eines durch den Rotorträger 6 und den Kupplungsdeckel 7 umschließenden Volumens angeordnet werden, als auch, hier zumindest das zweite CSC 4b, radial innerhalb der zweiten Kupplung 3b als auch in etwa an einer gleichen axialen Position wie die zweite Kupplung 3b. Durch den verbesserten Bauraum können die beiden CSCs 4a, 4b sogar als Niederdruckaktuatoren betrieben werden. Über erste und zweite Durchgriffselemente 33a, 33b der Kupplungen 3a, 3b wird eine Drehdurchführung realisiert.
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Eine Richtung des Fluids, hier Öl, kann über eine Manschette oder einen Torlonringe gesteuert werden. An der ersten Welle 13a ist radial außenseitig auf der Seite des Getriebeeingangslagers ein solcher Torlonring um die Drehachse 9 in einer umfänglichen Nut eingebettet und dichtet einen Zwischenraum zwischen der ersten Welle 13a und der zweiten Welle 13b ab. Sowohl die erste Welle 13a als auch die zweite Welle 13b weisen eine Durchgangsöffnung in radialer Richtung auf, so dass Zwischenräume bzw. Volumen für eine Ölführung miteinander fluidverbunden werden.
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2 und 3 zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridmoduls 1 in einer Längsschnittdarstellung, wobei nun zusätzlich zu der in 1 beschriebenen Konfiguration, eine Unterbaugruppe 34 hinzugefügt wurde. 3 zeigt dabei einen detaillierten Ausschnitt des Hybridmoduls 1 aus 2.
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Die Unterbaugruppe 34 dient dem Antrieb externer Komponenten, wie etwa einer Ölpumpe (nicht dargestellt). Die Unterbaugruppe 34 umfasst ein Rillenkugellager 35, ein Zahnrad 36, das als Stirnzahnrad ausgeführt ist, sowie einen Verzahnungsring 37. Verzahnungen des Verzahnungsrings 37 greifen dabei in den ersten Drucktopf 32a der ersten Kupplung 3a ein und der Verzahnungsring 37 ist mit dem Zahnrad 36 verpresst. Die Verzahnung des Verzahnungsrings zeigt in Richtung der Kupplungen 3a, 3b bzw. zur Verbrennungskraftmaschinenseite hin.
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Bei einer Drehung des Rotorträgers 6 wird über das erste Durchgriffselement 33a, den ersten Drucktopf 32a durch den Durchgriff des Verzahnungsrings 37 dieser rotatorisch angetrieben. Der Verzahnungsring 37 ist wiederum dreh- und axialfest über die Pressung mit dem Zahnrad 36 verbunden, sodass auch das Zahnrad 36 um die Drehachse 9 entsprechend mit dreht. Bei einer Betätigung des ersten Drucktopfes 33a zeigt die Verzahnung des Verzahnungsrings 37 so weit in axialer Richtung in den ersten Drucktopf 32a hinein, dass dieser bei einer Aktuierung weiterhin in Wirkeingriff steht. Die Verpressung zwischen dem Zahnrad 36 und dem Verzahnungsring 37 stellt zudem sicher, dass diese eine axiale Position des Rillenkugellagers 35 beibehalten. An einer getriebeseitigen Seite des Rillenkugellagers 35 liegt das Zahnrad 36 und an der verbrennungskraftmaschinenseitigen Seite der Verzahnungsring 37 an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridmodul
- 2
- Elektromaschine
- 3
- Doppelkupplung
- 3a
- Erste Kupplung
- 3b
- Zweite Kupplung
- 4
- Betätigungsaggregat
- 4a
- Erstes CSC
- 4b
- Zweites CSC
- 5
- Gehäuse
- 6
- Rotorträger
- 7
- Kupplungsdeckel
- 8
- Stützlager
- 9
- Drehachse
- 10
- Kupplungselemente
- 10a
- Erste Trägerreibelemente
- 10b
- Zweite Trägerreibelemente
- 11a
- Erstes Wellenreibelement
- 11b
- Zweites Wellenreibelement
- 12a
- Erster Reibelementeträger
- 12b
- Zweiter Reibelementeträger
- 13a
- Erste Welle
- 13b
- Zweite Welle
- 14
- Vier-Punkt-Lager
- 15
- Rotor
- 16
- Positionsgeber
- 17
- Positionseinheit
- 18
- VKM-Eingangswelle
- 19
- VKM-Kupplung
- 20
- VKM-CSC
- 21
- Erstes VKM-Lager
- 22
- Zweites VKM-Lager
- 23
- Trägerabschnitt
- 24
- Schraubverbindung
- 25
- Topfartiger Abschnitt
- 26
- Längsverlängerungsrohr
- 27
- Lagerstützelement
- 28
- CSC-Gehäuse
- 28a
- Erster CSC-Gehäuse-Abschnitt
- 28b
- Zweiter CSC-Gehäuse-Abschnitt
- 29a
- Erster Nehmerzylinder
- 29b
- Zweiter Nehmerzylinder
- 30a
- Erster Fluidkanal
- 30b
- Zweiter Fluidkanal
- 31a
- Erstes Axialrillenlager
- 31b
- Zweites Axialrillenlager
- 32a
- Erster Drucktopf
- 32b
- Zweiter Drucktopf
- 33a
- Erstes Durchgriffselement
- 33b
- Zweites Durchgriffselement
- 34
- Unterbaugruppe
- 35
- Rillenkugellager
- 36
- Zahnrad
- 37
- Verzahnungsring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017106278 A1 [0002]
- DE 102018108401 A1 [0003]
- DE 102018108394 A1 [0004]
