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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für ein rein elektrisch angetriebenes oder ein hybridisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein bereits so genannte Twin-Systeme bekannt, wobei je Abtriebswelle eine eigene Antriebsmaschine eingesetzt ist. Die jeweilige Abtriebswelle ist möglichst direkt mit einem angetriebenen Rad des Kraftfahrzeuges weiter verbunden. Die zumeist zwei Antriebsmaschinen werden zur platzsparenden Unterbringung bevorzugt koaxial zueinander und axial nebeneinander angeordnet. Der Vorteil dieser Antriebssysteme besteht in der aktiven Steuerung einer individuellen Drehzahl- bzw. Drehmomentenverteilung je Rad des Kraftfahrzeuges.
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Generell hat es sich in diesem Zusammenhang als problematisch herausgestellt, dass die Zugänglichkeit zu den Verschraubungen der Antriebsmaschinen während der Montage stark eingeschränkt sein kann. Insbesondere bei axial einzubringenden Verschraubungen der Statoren der Antriebsmaschinen kann es zu Bauteilkollisionen mit Gehäusebereichen kommen. Als Folge ist die Montagezeit relativ lange bzw. es sind relativ komplexe Werkzeuge vorzusehen.
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Die
JP 2001 - 78 408 A zeigt eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Zusammenbau derselben, wobei die elektrische Maschine einen Stator mit zwei Rotoren aufweist.
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Die
DE 11 2020 006 243 T5 zeigt einen elektrischen Antriebsstrang umfasst einen ersten Elektromotor, der eine ununterbrochene Verbindung mit einer Antriebswelle eines Fahrzeugs aufweist. Der elektrische Antriebsstrang umfasst ferner einen zweiten Elektromotor, der eine unterbrechbare Verbindung mit der Antriebswelle aufweist. In einer Ausführungsform umfasst diese unterbrechbare Verbindung eine Kupplung. Der elektrische Antriebsstrang umfasst ferner einen ersten Getriebezug in Form eines ersten Planetengetriebes und einen zweiten Getriebezug in Form eines zweiten Planetengetriebes. Um eine kompakte Ausgestaltung bereitzustellen, sind der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor in Längsausrichtung der Antriebswelle angeordnet.
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Die
DE 10 2019 112 739 A1 zeigt eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, mit zwei Elektroantrieben, die in einem Gehäusemantel eines gemeinsamen Antriebsgehäuses angeordnet sind und jeweils einen Stator und einen mit einer Rotorwelle drehenden Rotor umfassen.
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Die
DE 11 2019 005 880 T5 zeigt ein Antriebsstrangsystem, umfassend: einen I-Schild; einen ersten Motor; einen zweiten Motor; einen ersten A-Schild, der an dem ersten Motor und dem I-Schild befestigt ist; einen zweiten A-Schild, der an dem zweiten Motor und dem I-Schild befestigt ist; einen ersten Zahnradsatz, umfassend: eine erste Motorwelle des ersten Motors; ein erstes Motorzahnrad, das an der ersten Motorwelle befestigt ist; eine erste Zwischenwelle; ein erstes Radvorgelege, das an der ersten Zwischenwelle befestigt ist und mit dem ersten Motorzahnrad in Eingriff ist; ein erstes Kegelrad, das an der ersten Zwischenwelle befestigt ist; eine erste Antriebswelle; ein erstes Antriebsrad, das an der ersten Antriebswelle befestigt ist und mit dem ersten Kegelrad in Eingriff ist; drei und nur drei Motorlager, die kolinear angeordnet und mit der ersten Motorwelle gekoppelt sind; und zwei Zwischenlager, die kolinear angeordnet und mit der Zwischenwelle gekoppelt sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst kompaktes elektrisches Antriebssystem mit zwei axial nebeneinander angeordneten Antriebsmaschinen zur Verfügung zu stellen, deren Montage vereinfacht wird.
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Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Mit Anspruch 1 ist ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug beansprucht, welches Antriebssystem zwei koaxial zueinander angeordnete elektrische Antriebsmaschinen aufweist. Ein Stator jeder Antriebsmaschine ist ferner sowohl mit einem einen Rotor relativ zum Stator verdrehbar lagernden Lagerschild als auch mit einem Systemgehäuse verbunden. Hierbei und sind mehrere, den Stator an dem Lagerschild befestigende, erste Schrauben axial entgegengesetzt / entgegengerichtet zu mehreren, den Stator und das Lagerschild an dem Systemgehäuse befestigenden, zweiten Schrauben eingeschraubt.
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Durch diese entgegengesetzte Ausrichtung der ersten Schrauben zu den zweiten Schrauben kann die jeweilige elektrische Antriebsmaschine auch bei einem kompakten axialen Aufbau einfach montiert werden. Das Antriebssystem lässt sich somit mit gängigen Werkzeugen sowie in möglichst wenigen Schritten verlässlich montieren.
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Erfindungsgemäß ist jede Antriebsmaschine als eine Axialflussmaschine ausgebildet. Damit wird das Antriebssystem insbesondere in axialer Richtung kompakt ausgebildet.
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Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Sind die in Umfangsrichtung verteilten ersten Schrauben und zweiten Schrauben auf einem gemeinsamen Teilkreis (das heißt einem gemeinsamen Durchmesser) angeordnet, wird der Montagevorgang weiter vereinfacht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die ersten Schrauben und zweiten Schrauben mit ihren Mittelachsen den gemeinsamen Teilkreis schneiden oder mit ihren Querschnittsbereichen den Teilkreis zumindest teilweise überdecken.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn die ersten Schrauben mit ihrem Kopfbereich an einem dem Lagerschild axial abgewandten Seite des Stators aufliegen. Damit sind die ersten Schrauben platzsparend angebracht.
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Diesbezüglich ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn die zweiten Schrauben direkt an dem Lagerschild aufliegen, nämlich vorzugsweise auf einer dem Stator axial abgewandten Seite des Lagerschildes.
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Ist ein Kopfbereich jeder ersten Schraube innerhalb einer Kuhle des Systemgehäuses aufgenommen, werden die Schrauben geschickt mit dem Systemgehäuse verschachtelt.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Kopfbereiche der ersten Schrauben in einer gemeinsamen Anlageebene an dem Stator anliegen, wobei eine Fluidübergabestelle in der Anlageebene liegt oder diese durchläuft. Dadurch werden zusätzliche Funktionen geschickt bauraumsparend integriert.
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Zweckmäßig ist es zudem, wenn der Stator mittels der ersten Schrauben und der zweiten Schrauben axial zwischen dem Lagerschild und dem Systemgehäuse eingeklemmt (axial eingespannt / komprimiert) ist. Dadurch ist der Stator möglichst stabil aufgenommen.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Antriebsmaschinen, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Getriebes, jeweils mit einer von zwei axial entgegengesetzt zueinander verlaufenden Abtriebswellen verbunden sind. Dadurch ist das gesamte Antriebssystem möglichst bauraumsparend ausgebildet.
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Bevorzugt sind die Statoren beider Antriebsmaschinen an dem (gemeinsamen) stoffeinteilig ausgebildeten Systemgehäuse befestigt.
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Mit anderen Worten ausgedrückt ist somit erfindungsgemäß eine Stator-Gehäuse-Verschraubung (mittels erster und zweiter Schrauben) in einem elektrischen Twin-Antriebssystem mit zwei Axialflussmotoren / Axialflussmaschinen realisiert. Ein Vorteil ist eine umlaufend engere Teilung der Anbindungen zwischen Lagerschild und Stator, da der Stator einerseits in das Lagerschild direkt verschraubt wird (mittels erster Schrauben), von der anderen Seite die Verschraubung (zweite Schrauben) durch Lagerschild und Stator im Systemgehäuse erfolgt und beide verklemmt.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitendarstellung eines Umfangsbereiches einer ersten Antriebsmaschine eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei mehrere (erste und zweite) Schrauben, die der Befestigung eines Stators und eines Lagerschildes der Antriebsmaschine dienen, zu erkennen sind,
- 2 eine Seitendarstellung eines weiteren Umfangsbereiches der ersten Antriebsmaschine nach 1, womit auch ein mit dem Stator und dem Lagerschild verbundenes Systemgehäuse veranschaulicht ist,
- 3 eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen, zwei Antriebsmaschinen nach den 1 und 2 aufweisenden Antriebssystems,
- 4 eine vereinfachte Längsschnittdarstellung der ersten Antriebsmaschine zur Veranschaulichung ihres weiteren Aufbaus, sowie
- 5 eine Innenansicht des in 2 mit dem Stator und dem Lagerschild verbundenen Systemgehäuses, sodass eine Anlageebene, wie sie an dem Stator unmittelbar abgestützt ist, gesamtheitlich zu erkennen ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Mit 3 ist zunächst ein Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems 1 aufweisend zwei Antriebsmaschinen 2a, 2b übersichtlich gezeigt. Das Antriebssystem 1 ist aufgrund seiner beiden Antriebsmaschinen 2a, 2b auch als so genanntes Doppel- / Twin-Antriebssystem bezeichnet. Das Antriebssystem 1 dient im Betrieb zum Antrieb zweier Räder eines reinelektrisch oder hybridisch angetriebenen Kraftfahrzeuges.
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Die beiden Antriebsmaschinen 2a, 2b sind mit jeweils einer von zwei axial voneinander weg verlaufenden Abtriebswellen 13a, 13b wirkverbunden. Eine erste Antriebsmaschine 2a ist, unter Zwischenschaltung eines ersten Getriebes 16a, mit einer ersten Abtriebswelle 13a rotatorisch gekoppelt. Eine zweite Antriebsmaschine 2b ist, unter Zwischenschaltung eines zweiten Getriebes 16b, mit einer zweiten Abtriebswelle 13b drehfest verbunden. Auch ist in 3 eine Invertereinheit 17a, 17b je Antriebsmaschine 2a, 2b zur Ansteuerung der jeweiligen Antriebsmaschine 2a, 2b zu erkennen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die beiden Antriebsmaschinen 2a, 2b identisch / gleich aufgebaut sind und funktionieren. Die beiden Antriebsmaschinen 2a, 2b sind lediglich spiegelverkehrt zueinander angeordnet. Die beiden auf einer gemeinsamen Drehachse 18, das heißt koaxial zueinander, angeordneten Antriebsmaschinen 2a, 2b sind nachfolgend der Kürze wegen exemplarisch anhand der ersten Antriebsmaschine 2a erläutert.
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Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die gegenständlich verwendeten Richtungsangaben axial, radial und in Umfangsrichtung auf die zentrale Drehachse 18 der Antriebsmaschinen 2a, 2b bezogen sind. Unter axial / axialer Richtung ist somit eine Richtung entlang / parallel zu der Drehachse 18, unter radial / radialer Richtung eine Richtung senkrecht zu der Drehachse 18 und unter Umfangsrichtung eine Richtung entlang einer konzentrisch zu der Drehachse 18 umlaufenden Kreislinie zu verstehen.
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In Verbindung mit 4 ist der nähere Aufbau der ersten Antriebsmaschine 2a gezeigt. Die erste Antriebsmaschine 2a ist als eine Axialflussmaschine ausgebildet. Ein scheibenförmiger Stator 3 ist axial beidseitig von einem Rotorsegment 19a, 19b eines Rotors 4 umgeben. Die Rotorsegmente 19a, 19b sind ebenfalls im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und überdecken den Stator 3 von einer axialen Seite her radial. Ein erstes Rotorsegment 19a ist zu einer ersten axialen Seite 11a des Stators 3 angeordnet, während ein zweites Rotorsegment 19 zu einer, der ersten axialen Seite 11a abgewandten, zweiten axialen Seite 11b des Stators 3 angeordnet ist. Der Rotor 4 ist gesamtheitlich mit einer Rotorwelle 20 weiter verbunden, welche Rotorwelle 20 mit dem ersten Getriebe 16a eingangsseitig verbunden ist. Ausgangsseitig ist das erste Getriebe 16a, wie bereits erwähnt, mit den ersten Abtriebswelle 13a verbunden.
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In 4 ist auch zu erkennen, dass der Rotor 4 mittels eines Lagerschildes 5 relativ zu dem Stator 3 verdrehbar abgestützt / gelagert ist. Das Lagerschild 5 ist in einem fertig montierten Zustand des Antriebssystems 1 gehäusefest, das heißt mit einem Systemgehäuse 6 des Antriebssystems 1 weiter verbunden. Das Systemgehäuse 6 ist bevorzugt im Betrieb fahrzeugrahmenfest abgestützt. Es sei darauf hingewiesen, dass die beiden elektrischen Antriebsmaschinen 2a, 2b vorzugsweise mit einem gemeinsamen Systemgehäuse 6 verbunden sind, welches Systemgehäuse vorzugsweise einteilig / stoffeinteilig ausgeführt ist.
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Jenes Lageschild 5 ist auch in den 1 und 2 zumindest teilweise zu erkennen. Mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete erste Schrauben 7 dienen zur Befestigung des Stators 3 an dem Lagerschild 5. Jede erste Schraube 7 liegt mit ihrem Kopfbereich 10 auf der dem Lagerschild 5 axial abgewandten Seite (zweite axiale Seite 11b) des Stators 3 flächig auf. Die ersten Schrauben 7 sind zudem mit ihrem, hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Gewindebereich unmittelbar in dem Lagerschild 5 verschraubt / eingeschraubt. Dadurch ist der Stator 3 axial über die ersten Schrauben 7 an dem Lagerschild 5 angeschraubt / befestigt.
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Ferner sind mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete zweite Schrauben 8 vorhanden, die dazu dienen, den Teilzusammenbau aus Stator 3 und Lagerschild 5 an dem Systemgehäuse 6 anzubringen / zu befestigen. Jede zweite Schraube 8 weist einen in 1 ebenfalls gut zu erkennenden Kopfbereich 21 auf, der axial an dem Lagerschild 5 abgestützt ist. Mit einem Gewindebereich 22 ist die zweite Schraube 8 wiederum in das Systemgehäuse 6 eingeschraubt.
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In Verbindung mit den 2 und 5 ist weiterhin zu erkennen, dass das Systemgehäuse 6 eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende Anlagefläche 23 ausbildet, die flächig axial / stirnseitig an dem Stator 3 abgestützt ist. Nach einer entsprechenden Befestigung der ersten und zweiten Schrauben 7, 8 ist somit der Stator 3 in axialer Richtung zwischen dem Lagerschild 5 und dem Systemgehäuse 6 eingeklemmt.
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Des Weiteren ist zu erkennen, dass die Anlagefläche 23 des Systemgehäuses 6 in der in 5 gut zu erkennenden Anlageebene 14 betrachtet sowohl entsprechende Durchgänge / Löcher für die ersten Schrauben 7 und zweiten Schrauben 8 aufweist, als auch eine Fluidübergabestelle 15, sprich Kanäle zur Fluidzuleitung und -ableitung aufweist. Die Löcher für die ersten Schrauben 7 und zweiten Schrauben 8 sind hierbei unmittelbar mit den Bezugszeichen der ihnen zugeordneten / sie durchdringenden ersten Schrauben 7 und zweiten Schrauben 8 gekennzeichnet. Die Fluidübergabestelle 15 in Form zweier Durchgangslöcher durchdringt die Anlageebene 14 bzw. verläuft in dieser Anlageebene 14.
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Es ist auch gezeigt, dass die ersten Schrauben 7 und die zweiten Schrauben 8 auf einem gemeinsamen Teilkreis 9, das heißt auf einem gemeinsamen Durchmesser, angeordnet sind. In dieser Ausführung sind die ersten Schrauben 7 und die zweiten Schrauben 8 gar mit ihrer Mittelachse exakt auf diesem Teilkreis 9 angeordnet, d.h. schneiden mit ihrer gedachten Mittelachse (verläuft parallel zur Drehachse 18) den Teilkreis 9. Es ist prinzipiell möglich, dass bei weiteren Ausführungen die ersten Schrauben 7 und die zweiten Schrauben 8 auch leicht in radialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sind.
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Unter Zusammenschau der 2 und 5 ist auch zu erkennen, dass die ersten Schrauben 7 mit ihrem Kopfbereich 10 in einer Kuhle 12 des Systemgehäuses 6 angeordnet sind. Der Kopfbereich 10 der ersten Schraube 7 liegt im fertig montierten Zustand unmittelbar in der Anlageebene 14.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, wird durch die erfindungsgemäße Umsetzung eine vereinfachte Herstellung einer vorprüfbaren, handelbaren und bauraumoptimierten Einheit (Antriebssystem 1) für die Axialflussmaschine 2a, 2b in einer Twin E-Achse mit verbesserter Montierbarkeit ermöglicht. Der Stator 3 der Axialflussmaschine 2a, 2b wird in einem Montageschritt, welcher der Systemintegration im Gesamtsystem vorgelagert ist, (über erste Schrauben 7) mit dem Lagerschild 5 (entspricht einem Gehäusebauteil) verbunden, welches ebenfalls die Lagerung (des Rotors 4) abstützt. Daraus ergibt sich eine vorprüfbare Einheit, wenn diese die relevanten Funktionen abbilden kann. Die Systemintegration dieser Einheit in das System erfolgt idealerweise mittels einer Verschraubung (durch zweite Schrauben 8), die sowohl das Lagerschild 5, als auch den Stator 3 zusammen in das Systemgehäuse 6 fügt. Die Verschraubung dieser Einheit ist dann möglichst bauraumideal, wenn der Teilkreis 9 der der Verschraubung zwischen dem Stator 3 und dem Lagerschild 5 (d.h. der ersten Schrauben 7) sowie die Verschraubung der Einheit in das Systemgehäuse 6 (d.h. der zweiten Schrauben 8) möglichst ähnlich, idealerweise identisch, sind. Vorteil der Verbindung ist eine umlaufend engere Teilung der Anbindungen zwischen Lagerschild 5 und Stator 3, da der Stator 3 einerseits in das Lagerschild 5 direkt verschraubt wird, von der anderen Seite die Verschraubung durch Lagerschild 5 und Stator 3 ins Systemgehäuse 6 erfolgt und beide verklemmt.
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Dadurch ist ein elektrischer Antrieb (Antriebssystem 1) für ein Fahrzeug vorgesehen, mit mindestens zwei elektrischen Antriebsmaschinen 2a, 2b mit einer Anbindung der Statoren 3 über eine umlaufende Verschraubung, welche das Lagerschild 5 (=Gehäusebauteil zur Aufnahme der Rotorlagerung) zusammen mit dem Stator 3 an ein Systemgehäuse 6 verbindet, wobei eine Verschraubung (erste Schrauben 7) zwischen Stator 3 und Lagerschild 5 und eine Verschraubung (zweite Schrauben 8) zwischen Lagerschild 5, Stator 3 und Systemgehäuse 6 den Motor / die Axialflussmaschine 2a, 2b fixiert.
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Weiter bevorzugt erfolgen die Verschraubungen zwischen Stator 3 und Lagerschild 5 einerseits und zwischen Lagerschild 5, Stator 3 und Systemgehäuse 6 andererseits in unterschiedliche Richtungen.
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Bevorzugt liegt die Verschraubung zwischen Stator 3 und Lagerschild 5 und zwischen Lagerschild 5, Stator 3 und Systemgehäuse 6 auf einem ähnlichen, idealerweise identischen, Teilkreis 9.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Anlagefläche der Verschraubung zwischen Lagerschild 5, Stator 3 und Systemgehäuse 6 und optional weitere Features, wie eine Fluidübergabestelle für die Kühlung/Schmierung, auf einer Ebene (Anlageebene 14) liegen.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Systemgehäuse 6 entsprechende Aussparungen (Kuhle 12) aufweist, sodass die Schraubenköpfe (Kopfbereiche 10) der Verschraubung zwischen Stator 3 und Lagerschild 5 bauraumneutral integriert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebssystem
- 2a
- erste Antriebsmaschine
- 2b
- zweite Antriebsmaschine
- 3
- Stator
- 4
- Rotor
- 5
- Lagerschild
- 6
- Systemgehäuse
- 7
- erste Schraube
- 8
- zweite Schraube
- 9
- Teilkreis
- 10
- Kopfbereich der ersten Schraube
- 11a
- erste Seite des Stators
- 11b
- zweite Seite des Stators
- 12
- Kuhle
- 13a
- erste Abtriebswelle
- 13b
- zweite Abtriebswelle
- 14
- Anlageebene
- 15
- Fluidübergabestelle
- 16a
- erstes Getriebe
- 16b
- zweites Getriebe
- 17a
- erste Invertereinheit
- 17b
- zweite Invertereinheit
- 18
- Drehachse
- 19a
- erstes Rotorsegment
- 19b
- zweites Rotorsegment
- 20
- Rotorwelle
- 21
- Kopfbereich der zweiten Schraube
- 22
- Gewindebereich der zweiten Schraube
- 23
- Anlagefläche
