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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein lastschaltbares Doppelkupplungsgetriebe, welches insbesondere zwei Gangstufen aufweist und an einem Achsenmodul, insbesondere einem E-Achsenmodul für elektrisch betriebene Fahrzeuge eingebaut werden kann. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des lastschaltbaren Doppelkupplungsgetriebes in einem E-Achsenmodul für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug.
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Stand der Technik
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DE 10 2012 016 235 B4 bezieht sich auf eine Aktuatoranordnung für einen Antriebsstrang. Die Aktuatoranordnung umfasst eine elektromotorisch angetriebene Aktuatorpumpe mit einem Kupplungsaktuator, der zur Betätigung einer Reibkupplung des Antriebsstranges ausgebildet ist. Der Kupplungsaktuator ist mit einem Druckanschluss der Aktuatorpumpe verbunden. Ferner ist ein Parksperrenaktuator vorgesehen, der zur Betätigung einer Parksperrenanordnung des Antriebsstranges ausgebildet ist, wobei der Parksperrenaktuator eine Offenposition annimmt, in der die Parksperrenanordnung gelöst ist und eine Schließposition aufweist, in der die Parksperrenanordnung geschlossen ist. Der Parksperrenaktuator ist ebenfalls mit dem Druckanschluss der Aktuatorpumpe verbunden. Die Parksperrenanordnung ist mittels einer Arretiereinrichtung in der Offenposition und/oder in der Schließposition arretierbar. Der Kupplungsaktuator und der Parksperrenaktuator sind direkt mit dem Druckanschluss der Aktuatorpumpe verbunden, wobei der Druckanschluss mit einem Drucksensor verbunden ist, um den Druck messen und durch Einstellen der Drehzahl der Aktuatorpumpe regeln zu können.
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DE 10 2016 207 634 A1 bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine. Die rotierende elektrische Maschine umfasst einen an den axialen Enden jeweils einen Wicklungskopf aufweisenden Ständer und einen in einer Öffnung des Ständers drehbar gelagerten Läufer. Der Läufer weist eine Läuferwelle und ein Läuferblechpaket auf. Es ist eine Lagereinheit vorgesehen, zum drehbaren Lagern der Läuferwelle gegenüber dem Läuferblechpaket, ferner eine Getriebeeinheit und eine Kupplungseinheit. Die Kupplungseinheit ist ausgebildet, um wenigstens zwei Kupplungszustände zum drehtechnischen Koppeln der Läuferwelle mit dem Läuferblechpaket herzustellen und in wenigstens einem der beiden Kupplungszustände die Läuferwelle mittels der Getriebeeinheit mit dem Läuferblechpaket zu koppeln. Bei der Getriebeeinheit handelt es sich um ein Planetengetriebe.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Doppelkupplungsgetriebe vorgeschlagen, welches über eine E-Maschine eines mindestens eine E-Maschine aufweisenden Fahrzeugs angetrieben ist und über einen Abtrieb ein Differential oder eine Torque-Vectoring-Einheit antreibt. Das Doppelkupplungsgetriebe weist eine Kupplung auf mit einem ersten inneren Kupplungsteil einer ersten Gangstufe und einem zweiten äußeren Kupplungsteil einer zweiten Gangstufe.
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Im Gegensatz zu elektrischen Fahrzeugen mit einem 1-Gang-Getriebe erlauben zwei Gänge die Verwendung eines kleineren Motors zur Abdeckung der Betriebsanforderungen. Des Weiteren kann mittels eines Doppelkupplungsgetriebes ein lastschaltbares 2-Gang-Getriebe dargestellt werden, wobei die mindestens eine elektrische Maschine häufiger im Bereich höherer Wirkungsgrade betrieben werden kann.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Doppelkupplungsgetriebes, umfasst die erste Gangstufe ein erstes Ritzel erster Gang und ein erstes Zahnrad erster Gang. Ein erstes Übersetzungsverhältnis i_1 ist gegeben durch das Verhältnis : Z_1R/Z_1ZR, wobei
- Z_1ZR : Zähnezahl des ersten Zahnrades erster Gang und
- Z_1R : Zähnezahl des ersten Ritzels erster Gang
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bezeichnet.
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Des Weiteren ist die zweite Gangstufe durch ein zweites Ritzel zweiter Gang und ein zweites Zahnrad zweiter Gang gegeben. Das zweite Übersetzungsverhältnis i_2 ist gegeben durch Z_2ZR/Z_2R, wobei
- Z_2ZR Zähnezahl zweites Zahnrad zweiter Gang und
- Z_2R Zähnezahl zweites Ritzel zweiter Gang
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bezeichnet.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelkupplungsgetriebe lässt sich derart betreiben, dass bei gleichzeitiger Öffnung des ersten inneren Kupplungsteiles und dazu simultan erfolgendem Schließen des zweiten äußeren Kupplungsteiles eine Überschneidungsschaltung des Doppelkupplungsgetriebes dargestellt werden kann. Damit ist eine zugkraftunterbrechungsfreie Traktion dargestellt.
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Des Weiteren besteht bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Doppelkupplungsgetriebe die Möglichkeit, eine Parksperrenfunktion dadurch zu realisieren, dass sowohl der erste innere Kupplungsteil als auch der zweite äußere Kupplungsteil geschlossen ist. In diesem Falle ist das Doppelkupplungsgetriebe gehemmt, so dass das Fahrzeug nicht anrollen kann.
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Eine Spreizung des Doppelkupplungsgetriebes s ist gegeben durch die Beziehung
wobei
- Z_1ZR Zähnezahl erstes Zahnrad erster Gang,
- Z_2R Zähnezahl zweites Ritzel zweiter Gang,
- Z_1R Zähnezahl erstes Ritzel erster Gang,
- Z_2ZR Zähnezahl zweites Zahnrad zweiter Gang
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bezeichnet.
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Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Doppelkupplungsgetriebe ist beim Schließen des ersten inneren Kupplungsteiles über eine Übertragungsscheibe eine Zwischenwelle angetrieben, an der das erste Ritzel erster Gang die erste Gangstufe aufgenommen ist. In diesem Falle steht der zweite äußere Kupplungsteil offen.
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Umgekehrt ist im Falle des geschlossenen zweiten äußeren Kupplungsteiles eine Hohlwelle über die Kupplungsscheibe angetrieben, wobei an der Hohlwelle das zweite Ritzel zweiter Gang der zweiten Gangstufe aufgenommen ist. In diesem Falle steht der erste innere Kupplungsteil offen.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung des Doppelkupplungsgetriebes zum Antrieb einer Vorder- und/oder einer Hinterachse eines mindestens eine elektrische Maschine aufweisenden Fahrzeugs. Das Doppelkupplungsgetriebe kann einerseits dazu verwendet werden, ein Differentialgetriebe anzutreiben oder auch eine Torque-Vectoring-Einheit anzutreiben, anstatt eines in herkömmlicher Weise eingesetzten Differentialgetriebes.
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Des Weiteren kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelkupplungsgetriebe mit elektrischen Eingangsantrieben gekoppelt werden, die an der jeweils anderen Fahrzeugachse beispielsweise angeordnet sind.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit einer Kombination des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Doppelkupplungsgetriebes mit einer Verwendung an einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Schaltgetriebe.
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Vorteile der Erfindung
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Während bei elektrischen Fahrzeugen bisher 1-Gang-Getriebe Stand der Technik sind, die fest mit einer E-Maschine gekoppelt sind, kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein lastschaltbares 2-Gang-Doppelkupplungsgetriebe dargestellt werden, bei dem eine erste Gangstufe und eine zweite Gangstufe die Verwendung einer kleineren E-Maschine zur Abdeckung der geforderten Antriebsanforderungen erlauben. Des Weiteren erlauben das Vorsehen einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe häufiger einen Betrieb der E-Maschine in Bereichen, in der diese E-Maschine einen höheren Wirkungsgrad aufweist.
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Da durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung der Einsatz einer kleineren E-Maschine möglich ist, kann eine höhere Effizienz des Gesamtsystems Elektrofahrzeug erreicht werden. Einerseits kann eine größere elektrische Reichweite realisiert werden oder es lässt sich andererseits eine kleinere, günstigere und leichtere Batterie bei einem Elektrofahrzeug (EV) verbauen. Im Gegensatz auch zu gleichfalls eingesetzten Planetengetrieben sind Stirnradstufen, seien Sie gerade oder seien sie schräg verzahnt, günstiger als Planetengetriebe und lassen sich fertigungstechnisch leichter herstellen. Da das erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelkupplungsgetriebe mit einer ersten Gangstufe und einer zweiten Gangstufe versehen ist, entstehen keine Beschleunigungs- bzw. Rekuperationseinbrüche bei Lastschaltungen. Des Weiteren kann das Erfordernis einer Synchronisation entfallen. Im Gegensatz zu alternativ einsetzbaren Planetengetrieben sind bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen lastschaltbaren 2-Gang-Doppelkupplungsgetriebe zwei Zahneingriffe zu verwirklichen, welches eine relativ geringe Anzahl darstellt, verglichen mit Planetengetrieben. Es lässt sich im Vergleich zum Planetengetriebe ein relativ hoher Wirkungsgrad erreichen; des Weiteren kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verhältnis ein günstiges NVH-Verhalten erreicht werden (NVH = Noise Vibration Harshness). Dies bedeutet, dass spürbare und unerwünschte Schwingungen im Fahrzeug weitestgehend eliminiert sind.
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Des Weiteren kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelkupplungsgetriebe beim Schließen des ersten inneren Kupplungsteiles und beim Schließen des zweiten äußeren Kupplungsteiles das Doppelkupplungsgetriebe gehemmt und ganz blockiert werden, so dass sich eine Parksperrenfunktion durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelkupplungsgetriebe erreichen lässt. Dadurch kann ein komplexes und teures Parksperrensystem, welches eine zusätzliche Aktorik benötigte, eingespart werden.
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Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein besonders einfacher mechanischer Aufbau erreicht werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist deutlich kostengünstiger im Vergleich zu einem Planetengetriebe, welches ein relativ aufwändig herzustellendes Hohlrad und mehrere mit diesem kämmende Planetenträger benötigte.
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Figurenliste
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Doppelkupplungsgetriebe in schematischer Ansicht und
- 2 eine E-Maschine, welche das erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelkupplungsgetriebe gemäß 1 antreibt, wobei dieses auf ein Differential einer Fahrzeugachse eines Fahrzeugs wirkt.
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Ausführungsvarianten
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Doppelkupplungsgetriebe 8. Das Doppelkupplungsgetriebe 8 wird über eine in 1 nicht näher dargestellte E-Maschine 12 angetrieben, die ein Teil eines mindestens eine E-Maschine 12 aufweisenden Fahrzeugs ist. Bei diesem Fahrzeug kann es sich um ein elektrisches Fahrzeug (EV), ein Hybrid Electric Vehicle (HEV) oder auch um ein PHEV, um ein Plug-In Hybrid Electric Vehicle handeln, d.h. auch eine Verbrennungskraftmaschine aufweisen.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 8 gemäß der Darstellung in 1 umfasst eine Kupplung 14. Die Kupplung 14 ihrerseits weist einen ersten inneren Kupplungsteil 16 sowie einen äußeren Kupplungsteil 18 auf. Der erste innere Kupplungsteil 16 befindet sich an einem innenliegenden kleineren Radius einer Kupplungsscheibe 20, während der zweite äußere Kupplungsteil 18 an der Kupplungsscheibe 20 außenliegend angeordnet ist. Der erste innere Kupplungsteil 16 ist mit einer Zwischenwelle 22 verbunden. Der zweite äußere Kupplungsteil 18 der Kupplung 14 ist mit einer Hohlwelle 26 verbunden. Die Zwischenwelle 22 ist mit einer Übertragungsscheibe 24 verbunden. An der Zwischenwelle 22 ist ein erstes Ritzel 30 erster Gang einer ersten Gangstufe 28 drehfest aufgenommen, während an der Hohlwelle 26, die über das zweite äußere Kupplungsteil 18 antreibbar ist, ein zweites Ritzel 36 zweiter Gang einer zweiten Gangstufe 34 drehfest aufgenommen ist.
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Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass eine erste Gangstufe 28 durch das erste Ritzel 30 erster Gang und das erste Zahnrad 32 erster Gang gegeben ist.
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Eine zweite Gangstufe 34 ist durch das miteinander kämmende zweite Ritzel 36 zweiter Gang gegeben, das mit dem zweiten Zahnrad 38 zweiter Gang kämmt.
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Je nachdem, welcher der Kupplungsteile 16, 18 geschlossen oder geöffnet steht, kann ein Abtrieb 40, der eine Abtriebswelle 42 bzw. ein Abtriebsrad 44 umfasst, bei aktiver erster Gangstufe 28 oder bei aktiver zweiter Gangstufe 34 angetrieben sein.
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Stehen sowohl der erste innere Kupplungsteil 16 als auch der zweite äußere Kupplungsteil 18 geschlossen, so ist am Doppelkupplungsgetriebe 8 gemäß der Darstellung in 1 eine Parksperrenfunktion implementiert. Das Doppelkupplungsgetriebe 8 ist vollständig blockiert, so dass jegliche Drehbewegung der Antriebswelle 10 wie der Abtriebswelle 42 unterbleibt.
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Die Funktionsweise des in 1 schematisch dargestellten Doppelkupplungsgetriebes 8 stellt sich wie folgt dar:
- Ist der erste innere Kupplungsteil 16 geschlossen und steht der zweite äußere Kupplungsteil 18 offen, so wird die Übertragungsscheibe 24 über die Kupplungsscheibe 20 der Kupplung 14 angetrieben. Da die Übertragungsscheibe 24 an der Zwischenwelle 22 aufgenommen ist, treibt die Antriebswelle 10 des Doppelkupplungsgetriebes 8 das an der Zwischenwelle 22 drehfest aufgenommene erste Ritzel 30 erster Gang der ersten Gangstufe 28 an. In der ersten Gangstufe 28 liegt eine erste Übersetzung i_1 vor, die gegeben ist durch Z_1R/Z_1ZR mit
- Z_1ZR Zähnezahl erstes Zahnrad 32 erster Gang,
- Z_1R Zähnezahl erstes Ritzel 30 erster Gang.
- Steht hingegen der erste innere Kupplungsteil 16 offen und ist der zweite äußere Kupplungsteil 18 geschlossen, erfolgt über die Hohlwelle 26 der Antrieb des zweiten Ritzels 36 zweiter Gang der zweiten Gangstufe 34. Dieses kämmt mit dem zweiten Zahnrad 38 zweiter Gang. In der zweiten Gangstufe 34 liegt ein Übersetzungsverhältnis i_2 vor, welches gegeben ist durch die Beziehung: i_2 = Z_2ZR / Z_2R mit
- Z_2ZR Zähnezahl zweites Zahnrad 38 zweiter Gang und
- Z_2R Zähnezahl zweites Ritzel 36 zweiter Gang.
- Im Falle des Antriebes durch die zweite Gangstufe 34 erfolgt der Abtrieb 40 über das an der Abtriebswelle 42 aufgenommene zweite Zahnrad 38, während bei aktiver erster Gangstufe 28 die Abtriebswelle 42 des Abtriebs 40 durch das erste Zahnrad 32 der ersten Gangstufe 28 angetrieben ist, die in diesem Falle aktiv ist.
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Durch gleichzeitiges Öffnen des ersten inneren Kupplungsteiles 16 und simultan erfolgendem Schließen des zweiten äußeren Kupplungsteiles 18 der Kupplung 14, können die Gangstufen in einer Überschneidungsschaltung gewechselt werden. Durch diese Überschneidungsschaltung kann eine Lastschaltung so gestaltet werden, dass diese Zugkraft unterbrechungsfrei erfolgt. Des Weiteren kann eine Überschneidungsschaltung auch in umgekehrter Richtung erfolgen, beispielsweise für einen Rückschaltvorgang von Gang 1 in Gang 2.
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Sind beide Kupplungsteile 16 bzw. 18 gleichzeitig geschlossen, kann die Parksperrenfunktion umgesetzt werden, da das erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelkupplungsgetriebe 8 durch die beiden gleichzeitig eingelegten Gangstufen, d.h. die eingelegte erste Gangstufe 28 sowie die eingelegte zweite Gangstufe 34 verblockt und gehemmt ist. Das Fahrzeug kann in diesem Falle nicht rollen.
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Eine Spreizung s des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Doppelkupplungsgetriebes 8 ist gegeben durch das Verhältnis der ersten Übersetzung i_2 zum zweiten Übersetzungsverhältnis i_2, d.h. s = i_1/i_2.
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Das Verhältnis der beiden Übersetzungsverhältnisse ist gegeben durch die Beziehung Z_1ZR . Z_2R/Z_1R ·2ZR, mit
- Z_1ZR Zähnezahl erstes Zahnrad 32 erster Gang,
- Z_2R Zähnezahl zweites Ritzel 36 zweiter Gang,
- Z_1R Zähnezahl erstes Ritzel 30 erster Gang und
- Z_2ZR Zähnezahl zweites Zahnrad 38 zweiter Gang.
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Die Spreizung s kann durch entsprechende Zähnezahlkombination variiert werden.
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2 zeigt das Doppelkupplungsgetriebe 8, wie in Zusammenhang mit 1 detaillierter beschrieben, als Antrieb eines Differentials 50.
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Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass das erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelkupplungsgetriebe 8 durch die E-Maschine 12 angetrieben ist. Die E-Maschine 12 treibt die Antriebswelle 10 des Doppelkupplungsgetriebes 8 an. Das Doppelkupplungsgetriebe 8 in der Darstellung gemäß 2 ist in einer achsparallelen Einbaulage 62 angeordnet. Der Abtrieb 40 des Doppelkupplungsgetriebes 8 umfasst die Abtriebswelle 42, auf der ein Abtriebsrad 44 angeordnet ist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um ein Stirnrad handeln, welches mit einem weiteren Stirnrad 54 des Differentials 50 zusammenwirkt. Das Differential 50 ist in der Darstellung gemäß 2 nur schematisch angedeutet und treibt abtriebsseitig einen ersten Achsteil 58 sowie einen zweiten Achsteil 60 einer angetriebenen Achse 56 an. Bei der angetriebenen Achse 56 kann es sich sowohl um die Vorderachse als auch um die Hinterachse des Fahrzeugs handeln. Anstelle des in 2 schematisch angedeuteten Differentials 50 kann dieses auch durch eine Torque-Vectoring-Einheit 64 ersetzt sein, welche abtriebsseitig ebenfalls den ersten Achsteil 58 und den zweiten Achsteil 60 der angetriebenen Achse 56 antreibt.
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Wenngleich in der Darstellung gemäß 2 in einer achsparallelen Einbaulage 62 gezeigt, kann das Doppelkupplungsgetriebe 8 alternativ auch in achsensenkrechter Einbaulage eingesetzt werden. In diesem Falle wäre das Doppelkupplungsgetriebe 8 an der Antriebswelle 10 mit der E-Maschine 12 über ein Kegelradgetriebe zu koppeln. Es besteht auch die Möglichkeit, eine koaxiale Einbaulage vorzusehen, was eine besonders platzsparende Bauweise ermöglicht. In diesem Falle wäre die E-Maschine 12 als Hohlwellenmotor ausgeführt, der koaxial zum Doppelkupplungsgetriebe 8 angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Doppelkupplungsgetriebe 8 kann entweder als separater Antrieb für eine Vorderachse oder Hinterachse oder für beide Achsen des Fahrzeugs verbaut werden. Es besteht die Möglichkeit einer Kombination des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Doppelkupplungsgetriebes 8 mit einem elektrischen Einganggetriebe an der jeweils anderen Fahrzeugachse oder eine Kombination des Doppelkupplungsgetriebes 8 mit einem Verbrennungsmotor mit Schaltgetriebe. Diese Kombinationen sind allesamt möglich, wobei das Einsatzgebiet des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Doppelkupplungsgetriebes 8 sowohl den Pkw-Bereich als auch den Lkw-Bereich umfasst.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012016235 B4 [0002]
- DE 102016207634 A1 [0003]
