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Die vorliegende Erfindung betrifft den Antriebsstrang von einem Hybridelektrofahrzeug, insbesondere einen Torsionsdämpfer, der in einem Drehmomentabgabeweg zwischen einer Kraftmaschine und einem Drehmomentwandler positioniert ist.
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Hybridelektrofahrzeuge (HEVs, HEV – hybrid electric vehicle) weisen sowohl eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung als auch einen Elektromotor auf, die abwechselnd oder zusammen zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden können. In Hybridfahrzeugen werden die verschiedensten Triebstränge verwendet. Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Parallelkonfiguration, bei der die Kraftmaschine durch eine Ausrückkupplung mit dem Motor verbunden ist, wobei der Motor den Drehmomentwandlereingang eines automatischen Hydraulikgetriebes antreibt. Das Hydraulikgetriebe weist einen Ausgang auf, der mit einem Differenzial verbunden ist, das mit den beiden angetriebenen Rädern des Fahrzeugs gekoppelt ist. Diese Kraftflussanordnung des Parallelhybridelektrofahrzeugtriebstrangs ist in der Technik bekannt.
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Ein Problem, mit dem sich HEV-Konstrukteure konfrontiert sehen, besteht darin, wie die Ausrückkupplung und die Rotor- und Statorteile des Elektromotors gekühlt werden sollen. Es sind verschiedene Kühlsysteme auf Luft- und Flüssigkeitsbasis vorgeschlagen worden; jedoch sind die meisten Systeme teuer und führen zu Packungsproblemen, wenn versucht wird, ein Nicht-Hybridfahrzeug zu Hybridbetrieb umzurüsten. Es besteht die Notwendigkeit einer kompakten Packung der Ausrückkupplung, des Motors, des Drehmomentwandlers und des automatischen Getriebes, so dass ein herkömmliches Fahrzeug zu relativ geringen Kosten und mit wenigen oder ohne Modifikationen des Fahrzeugaufbaus als ein Hybrid rekonfiguriert werden kann.
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Ein Fahrzeugantriebsstrang enthält eine Kraftmaschine, einen mit der Kraftmaschine verbundenen Torsionsdämpfer, einen Drehmomentwandler, ein eine Kupplung, einen Motor und ein Getriebe umschließendes Gehäuse und einen Antriebsmantel, der den Drehmomentwandler umgibt, der einen mit dem Dämpfer verbundenen Eingang und einen mit der Kupplung verbundenen Ausgang enthält, wobei die Kupplung und der Motor zwischen dem Drehmomentwandler und dem Getriebe positioniert sind, wobei der Torsionsdämpfer zwischen der Kraftmaschine und dem Drehmomentwandler positioniert ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Hybridelektrofahrzeug sowie mehrere neue Komponenten und Unterkomponenten, die speziell zur Neuausrichtung der Ausrückkupplung und des Elektromotors in der nassen Seite des automatischen Getriebes ausgeführt sind. Dies erfolgt ohne Änderung des herkömmlichen Kraftflusses, bei dem die Kraftmaschine, die Ausrückkupplung, der Motor, der Drehmomentwandler und das Getriebe in Reihe geschaltet sind.
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Anstatt den Drehmomentwandler direkt mit der Kraftmaschine zu verbinden, wie dies in der Regel bei einem Nicht-Hybridfahrzeug erfolgt, wird ein Antriebsmantel vorgesehen, der die Kraftmaschine mit der Eingangsseite der Ausrückkupplung verbindet, die in das Gehäuse des automatischen Getriebes verlegt worden ist. Der Antriebsmantel bildet einen ringförmigen Hohlraum mit ausreichender Größe, in dem der Drehmomentwandler frei untergebracht werden kann. Des Weiteren ist der Motor im nassen Bereich des automatischen Getriebes positioniert und umgibt die Ausrückkupplung vorzugsweise umfangsaxial. Der Rotor des Motors ist mit dem Ausrückkupplungsausgang verbunden. Der Ausrückkupplungsausgang und der Rotor sind beide mit der Rotorwelle gekoppelt, die mit der Eingangsturbine des Drehmomentwandlers verbunden ist. Der Drehmomentwandlerstator und die Ausgangsturbine sind mit einer röhrenförmigen Statorwelle bzw. einer Getriebeeingangswelle verbunden. Die Getriebeeingangswelle, die Statorwelle, die Rotorwelle und die Ausrückkupplungsnabe sind alle zueinander konzentrisch und durch eine ringförmige Öffnung in der Vorderseite des Gehäuses des automatischen Getriebes zugänglich.
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Der Drehmomentwandler und der Antriebsmantel können lösbar an der Vorderseite des Getriebegehäuses befestigt werden, ähnlich wie ein herkömmlicher Drehmomentwandler. Anstatt einer Befestigung des Drehmomentwandlers an der Kraftmaschinenmontageplatte ist ein Antriebsmantel an der Montageplatte befestigt. Der Drehmomentwandler kann sich bezüglich des Antriebsmantels in dem Antriebsmantelhohlraum frei drehen, was zu einer kompakten und axial kurzen Motor-/Getriebe-Anordnung führt. Indem die Ausrückkupplung und der Motor koaxial im vorderen Teil des nassen Bereichs des automatischen Getriebes positioniert werden, können die Hydraulikfluidpumpe des Getriebes, die zugehörige Pumpe und das Leitungssystem die Ausrückkupplung und die Rotor- und Statorteile des Elektromotors bei einer relativ geringen Vergrößerung der axialen Länge kühlen. Der Drehmomentwandler ähnelt zwar allgemein einem herkömmlichen Drehmomentwandler, ist aber auf einzigartige Weise ausgeführt, um die Erfindung auszuüben. Da der Drehmomentwandler nicht an der Montageplatte der Kraftmaschine befestigt ist, sind am Mantel des Drehmomentwandlers keine Befestigungsschraubenbolzen vorgesehen. Stattdessen ist ein zentralaxiales Lagerglied vorgesehen, das mit einer Kraftmaschinenmontageplatte zusammenwirkt, die mit einem entsprechenden Lagerglied versehen ist, um den Drehmomentwandler radial zu stützen und eine Bewegung in Vorwärtsrichtung axial einzuzwängen. Innerhalb des Drehmomentwandlers befindet sich ein nach hinten weisendes Drucklagerglied, das mit dem freien Ende der Getriebeeingangswelle zusammenwirkt, um die axiale Bewegung des Drehmomentwandlers in nach hinten verlaufender Richtung zu begrenzen.
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Das Getriebegehäuse ist vorzugsweise auch auf einzigartige Weise dazu ausgeführt, die vorliegende Erfindung auszuüben. Das Getriebegehäuse enthält ein nasses Gehäuse, das einen eingeschlossenen nassen Bereich und ein Drehmomentwandlergehäuse teilweise definiert, das dazu ausgeführt ist, auf einer Seite an dem nassen Gehäuse und auf der anderen an dem Motorblock befestigt zu werden. Das Drehmomentwandlergehäuse weist eine Rückwand auf, die eine Grenze zwischen dem nassen Hohlraum und dem trockenen Hohlraum, in dem der Drehmomentwandler und der Antriebsmantel ausgerichtet sind, definiert. Die Rückwand definiert eine ringförmige Bohrung, die mit der Eingangsnabe der Ausrückkupplung zusammenwirkt, um die Eingangsnabe und die Rotorwelle zusammen mit dem zugehörigen Rotorteil des Motors und der Ausrückkupplungsausgangsnabe zu stützen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs mit einer Parallelströmungsausführung;
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2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung der Ausrückkupplung und des Motors, die bei der vorliegenden Erfindung neu ausgerichtet sind;
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3 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Automatik-Motor-/Getriebe-Anordnung der vorliegenden Erfindung;
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4a ist ein ausführlicherer Querschnittsseitenaufriss einer Automatik-Motor-/Getriebe-Anordnung der vorliegenden Erfindung;
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4b ist ein Stick-Diagramm der Motor-/Getriebe-Anordnung von 4a;
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4c ist ein Kupplungsanwendungsdiagramm für jeden der sechs Vorwärtsgänge und den Rückwärtsgang;
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5 ist eine vergrößerte Ansicht des Querschnitts des Drehmomentwandlers bei seinem Zusammenwirken mit der Ausrückkupplung und dem Motor;
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6 ist eine vergrößerte Ansicht der Ausrückkupplung und des Elektromotors;
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7 ist eine vergrößerte Ansicht des Kraftmaschinenausgangs am Montageplattendrehmomentwandler und der Getriebeeingangswelle, die ihre axiale Ausrichtung zeigt;
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8 ist eine perspektivische Ansicht einer Montageplatte, die zur Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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9 ist eine perspektivische Ansicht eines Drehmomentwandlers, der zur Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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10 ist eine perspektivische Ansicht eines Antriebsmantels;
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11 ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Antriebsmantels mit einem darin eingeschlossenen Drehmomentwandler;
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12 ist eine Seitenquerschnittsansicht des Teils des Fahrzeugantriebsstrangs, der über der mittleren Achse positioniert ist;
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13 ist eine Draufsicht einer Anschlussblockanordnung;
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14 ist eine Seitenquerschnittsansicht eines Teils des Fahrzeugantriebsstrangs, der unter der mittleren Achse positioniert ist;
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15 ist eine Seitenquerschnittsansicht über der mittleren Achse des Fahrzeugantriebsstrangs, die einen zwischen der Kraftmaschine und dem Drehmomentwandler positionierten Torsionsdämpfer zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 zeigt ein Hybridelektrofahrzeug 10, das schematisch mit einem Parallelhybridelektrotriebstrang gezeigt wird. Das Hybridelektrofahrzeug ist mit einer Kraftmaschine 12 versehen, die einen Drehausgang aufweist, der mit einer Ausrückkupplung 14 verbunden ist, die einen Elektromotor 16 antreibt. Der Ausgang des Elektromotors ist mit dem Eingang eines Drehmomentwandlers 18 verbunden, dessen Ausgang mit der Eingangswelle eines automatischen Getriebes 20 verbunden ist. Auf herkömmliche Weise ist das automatische Getriebe durch ein Differenzial 24 mit den angetriebenen Rädern 22, 22' verbunden. In der schematischen Darstellung ist das Hybridelektrofahrzeug 10 mit einem Paar nicht angetriebener Räder versehen, jedoch können als Alternative auch ein Verteilergetriebe und ein zweites Differenzial verwendet werden, um alle der Fahrzeugräder zwangsläufig anzutreiben. Die Kraftmaschine, die Ausrückkupplung, der Motor, der Drehmomentwandler und das automatische Getriebe sind hintereinander in Reihe verbunden, wie in 1 dargestellt.
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Bei der in 2 schematisch dargestellten Motor-/Getriebe-Anordnung 26 im Hybridelektrofahrzeug 10' sind die Antriebskomponenten neu gepackt, während der gleiche Kraftfluss wie in 1 gezeigt aufrechterhalten wird. Die Kraftmaschine 12 ist mittels eines Antriebsmantels 28, der eine ringförmige Kammer bildet, die ausreichend groß ist, dass sie sich um den Drehmomentwandler 18 erstreckt, über der Ausrückkupplung 14 mit der Eingangsseite mechanisch verbunden. Der Ausgang der Ausrückkupplung 14 ist mit dem Elektromotor 16 verbunden, der wiederum mit dem Pumpenrad "I" des Drehmomentwandlers 18 verbunden ist. Die Verwendung des Antriebsmantels 28 ermöglicht es, die Ausrückkupplung und den Motor in der nassen Seite des Gehäuses des automatischen Getriebes zu positionieren. Die Turbine "T" ist an dem Ausgang des Drehmomentwandlers 18 befestigt, der auf herkömmliche Weise mit der Eingangswelle des automatischen Getriebes verbunden ist. Die Erfindung kann mit den verschiedensten automatischen Getrieben ausgeübt werden. Die bevorzugte Ausführungsform der hier beschriebenen Getriebe ist eine Sechsgangausführung mit drei Planetenradsätzen und fünf Kupplungen; alternative Getriebestrukturen haben weniger oder mehr Gänge und die vorliegende Erfindung kann auch verschiedenen mechanischen Konfigurationen zugutekommen.
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Eine ausführlichere, aber ziemlich vereinfachte Darstellung der Motor-/Getriebe-Anordnung 26 wird in 3 gezeigt. Die Kraftmaschine ist mit einem Kurbelwellenausgangsflansch 30 versehen, der auf herkömmliche Weise mit der Montageplatte 32 verschraubt ist. Die Montageplatte 32 ist, statt an dem Mantel des Drehmomentwandlers befestigt zu sein, an dem Antriebsmantel 28 befestigt, dessen Durchmesser dazu ausreicht, den Drehmomentwandler zu umgeben und mit der Eingangsnabe 34 der Ausrückkupplung 14 verbunden zu werden. Der Ausgang der Ausrückkupplung ist an dem Rotor-"R"-Teil des Motors 16 befestigt und ist wiederum mit der Rotorwelle 36 verbunden. Die Rotorwelle 36 ist koaxial in der Eingangsnabe 34 der Ausrückkupplung verschachtelt und erstreckt sich zu einer ringförmigen Öffnung in dem Wandteil des Getriebegehäuses, der den nassen Bereich des Getriebes bildet. Die Rotorwelle 36 ist mit dem Pumpenrad "I" des Drehmomentwandlers 18 verbunden, der wiederum die mit der Getriebeeingangswelle 38 verbundene Turbine "T" antreibt. Koaxial beabstandet zwischen dem Innendurchmesser der Rotorwelle 36 und dem Umfang der Getriebeeingangswelle 38 ist eine Statorwelle 40, die bezüglich des Getriebegehäuses festgelegt ist und das Statorelement S stützt, das in dem Drehmomentwandler 18 positioniert ist.
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Vorzugsweise besteht der Kasten der Motor-/Getriebe-Anordnung aus einem nassen Gehäuse 42, das den eingeschlossenen Nassbereichshohlraum teilweise definiert, und einem Drehmomentwandlergehäuse 44, das zur Befestigung an dem nassen Gehäuse 42 und an dem Motorblock 46 ausgeführt ist. Das Drehmomentwandlergehäuse 44 ist vorzugsweise mit einer Rückwand 48 versehen, die eine ringförmige axiale Öffnung 50 auf der Getriebemittellinie aufweist. Die Rückwand 48 bildet eine physische Grenze zwischen dem Nassbereichshohlraum und einem Trockenhohlraum im Getriebegehäuse. Der Drehmomentwandler 18 und der Antriebsmantel 28 sind in dem trockenen Bereich positioniert, wie gezeigt. Die Rückwand 48 wirkt mit der Eingangsnabe 34 der Ausrückkupplung zusammen, die wiederum die Motorrotorwelle 36 und den zugehörigen Rotorteil R des Motors 16 stützt.
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Die Motor-/Getriebe-Anordnung ist mit einer Pumpe P für Hydraulikfluid versehen, die in dem nassen Bereich des Getriebegehäuses ausgerichtet ist und von der Rotorwelle 36 angetrieben wird. Die Pumpe P stellt druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid zum Betrieb der Kupplungen und Bremsen in dem Getriebetriebstrang sowie Betätigung der Ausrückkupplung bereit und gewährleistet Kühlung für die Kupplungen und den Motor 16. Ebenso teilen die Ausrückkupplung und der Motor einen gemeinsamen Sumpf 52 für Getriebefluid sowie ein gemeinsames Pumpensieb 54. Das automatische Getriebe 20 ist mit einer Ausgangswelle 56 versehen. 4a ist ein Querschnittsseitenaufriss der Motor-/Getriebe-Anordnung 26. Die vorliegende Erfindung kann wieder mit mehreren verschiedenen Getrieberädertriebkonfigurationen verwendet werden und ist nicht auf das offenbarte Sechsganggetriebe mit drei Planetenradsätzen beschränkt. Die bevorzugte Ausführungsform des in 4a gezeigten mehrstufigen Getriebes wird bei Bezugnahme auf das Stick-Diagramm von 4b leichter verständlich. Der Eingang von der Kraftmaschine treibt die Montageplatte 32 an, die an dem mit der Eingangsnabe 34 der Ausrückkupplung 14 verbundenen Antriebsmantel 28 befestigt ist. Die Ausgangsseite der Ausrückkupplung 14 ist mit dem Rotorteil des Motors 16 verbunden, der wiederum an der Rotorwelle 36 befestigt ist. In der Rotorwelle 36 ist eine festgelegte Statorwelle 40 koaxial ausgerichtet, die an dem Getriebekasten und der Getriebeeingangswelle 38 angebracht ist. Das Drehmomentwandlerpumpenrad I treibt die Drehmomentwandlerturbine T an, die mit der Getriebeeingangswelle 38 verbunden ist. Der Drehmomentwandler 18 ist weiterhin mit einem Stator S versehen, der über eine Freilaufkupplung 56 an der Statorwelle 40 angebracht ist. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Drehmomentwandler 18 weiterhin mit einer Überbrückungskupplung 58 versehen, die die Turbine auf wohlbekannte Weise an dem Pumpenrad verriegelt.
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Der Zahnradsatz des automatischen Planetengetriebes 20 besteht aus drei Planetenstufen: Stufe 1, Stufe 2 und Stufe 3, die koaxial ausgerichtet und axial beabstandet sind, wie gezeigt. Jeder Planetenradsatz weist ein Sonnenrad, ein Hohlrad und eine Reihe von Planetenrädern, die auf einem Planetenträger gestützt werden, auf. Das Sonnenrad, das Hohlrad und die Planetenträgerglieder können über eine Reihe von fünf Kupplungen und Bremsen miteinander verbunden werden. Zum Beispiel stehen im ersten Gang die Kupplung A und die Bremse D in Eingriff, wie in der Kupplungsanwendungstabelle in 4c dargestellt. Die Getriebeeingangswelle 38 ist mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes Stufe 1 verbunden. Das Sonnenrad ist festgesetzt, und der Planetenträger ist über die Kupplung A mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes 3 verbunden. Mit eingerückter Kupplung D ist der Planetenträger des Planetenradsatzes 3 festgesetzt, wodurch bewirkt wird, dass das Hohlrad des Planetenradsatzes 3 die Getriebeausgangswelle 56 antreibt. Zum Schalten in den zweiten Gang wird Bremse D freigegeben und gleichzeitig Bremse C eingerückt, um eine Änderung der Getriebegangstufe zu bewirken. Jedes Schalten, entweder Hochschalten oder Herunterschalten, wird durch Freigabe einer Kupplung oder Bremse und Einrücken einer anderen erreicht. Ebenso erfolgt das Schalten aus dem ersten Rückwärtsgang durch Freigabe einer einzigen Kupplung und gleichzeitigem Einrücken einer anderen Kupplung.
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Die Planetenradsätze 2 und 3 teilen ein gemeinsames Planetenelement sowie ein gemeinsames Hohlrad. Die Planetenradsätze 1 und 2 sind herkömmliche, einfache Planetenradsätze, während der Planetenradsatz 3 ein Verbundplanetenradsatz mit einem Paar in Eingriff stehender Planetenräder ist, von denen eines das Sonnenrad in Eingriff nimmt und eines das Hohlrad in Eingriff nimmt. Bei der in 4b dargestellten Ausführungsform ermöglicht die Verbundplanetenanordnung dem dritten Planetenradsatz, ein kleineres Sonnenrad zu verwenden und folglich ein höheres Ganguntersetzungsverhältnis zu erhalten. Der Planetenradsatz wird lediglich zur Darstellung der bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die Erfindung kann jedoch mit den verschiedensten Automatikgetriebestrukturen ausgeübt werden. 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine alternative Antriebsmantelanordnung 62 darstellt, die dazu ausgeführt ist, eine Montageplatte 64 mit einem kleineren Durchmesser aufzunehmen. Der Ausgangsflansch 30 der Kraftmaschinenkurbelwelle ist durch eine Reihe von Schrauben, die sich durch eine Anordnung von Löchern in der Montageplate in einem Abstand von der Mitte der Montageplatte erstrecken, an der Montageplatte 64 befestigt. Der Außenumfangsrand der Montageplatte 64 ist mit einem Hohlrad 66 zum Zusammenwirken mit dem Ritzel des Startermotors versehen. Einwärts des Umfangs der Montageplatte befindet sich eine Reihe von Löchern, die zur Aufnahme von Gewindebefestigungselementen zur Verbindung des Antriebsmantels 62 mit der Montageplatte 64 bemessen sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Antriebsmantel 62 mit Gewindebolzen 108 versehen, die durch eine Anordnung von Löchern in der Montageplatte 64 ragen, um Muttern zur sicheren Befestigung des Antriebsmantels an der Montageplatte aufzunehmen. Als Alternative könnten die Muttern mit der Montageplatte zur Aufnahme von sich durch die Durchlässe in der Montageplatte erstreckenden Schrauben verschweißt werden. Die Montageplatte kann als Alternative auch einen (nicht gezeigten) Doppelmassendämpfer enthalten, um Drehmomentschwankungen zu reduzieren.
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Im Gegensatz zu einem Fahrzeug mit einem herkömmlichen automatischen Getriebe ist der Drehmomentwandler 18 nicht mit der Kraftmaschinenmontageplatte verschraubt, sondern kann sich in dem durch den Antriebsmantel 62 und die Montageplatte 64 definierten ringförmigen Hohlraum frei drehen. Das rückwärtige Ende des Antriebsmantels bildet ein röhrenförmiges Antriebsmantelauslassglied 68, das mit der Eingangsnabe 34 der Ausrückkupplung verbunden ist. Rückwärtig bzw. nach hinten bezieht sich auf die Richtung zu der Getriebeausgangswelle 56, die bei einem herkömmlichen Frontmotorfahrzeug mit Hinterradantrieb zum hinteren Ende des Fahrzeugs verlaufen würde, jedoch werden die Ausdrücke "rückwärtig"/"hinter(e/r)" und "vorwärts"/"vorder(e/r)" der Einfachheit halber und für Erläuterungszwecke verwendet. Sie beziehen sich nicht notwendigerweise auf das vordere und hintere Ende des Fahrzeugs, wie es bei Querinstallation in einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb nicht der Fall wäre. Die Vorderseite des Drehmomentwandlers 18 weist keine Schraubenbolzen auf, die in der Regel zur Befestigung an der Montageplatte verwendet werden.
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Vorzugsweise ist die röhrenförmige Ausgangsnabe 68 des Antriebsmantels mit einer Innenkeilverzahnung versehen, um mit einer komplementären Außenkeilverzahnung an der Eingangsnabe 34 der Ausrückkupplung axial zusammenzuwirken. Die Ausrückkupplung 14 weist eine Reihe von miteinander verschachtelten Platten auf, die abwechselnd mit der Eingangsnabe 34 und der Ausgangsnabe 70 verbunden sind. Ein ausrücknabenringförmiger Kolben 72 wirkt in einem in der Ausgangsnabe 70 der Ausrückkupplung ausgebildeten entsprechenden Hohlraum zusammen und ist axial zwischen einer ausgezogenen verriegelten Stellung, wenn das den Ausrückkupplungskolben 72 vorwärtsbewegende hydraulische Signal empfangen wird, und einer zurückgezogenen Stellung, wenn das Signal nicht vorliegt, verschiebbar. Der Rotor R ist an dem Außenumfang der Ausgangsnabe 70 der Ausrückkupplung befestigt. Sowohl die Ausgangsnabe 70 der Ausrückkupplung als auch der Rotor R sind auf der Rotorwelle 36 angebracht und daran gesichert. Die Rotorwelle 36 ist mit einer Außenkeilverzahnung versehen, die dazu bemessen ist, mit einer komplementären Innenkeilverzahnung an der Eingangsnabe 74 des Drehmomentwandlers, die das Pumpenrad I antreibt, zusammenzuwirken. Der Drehmomentwandler 18 ist weiterhin mit einem Stator S, der auf einer Statornabe 76 angebracht ist, und einer Ausgangsturbine T, die über einen in 5 dargestellten Torsionsdämpfer 82 mit der Turbinenausgangsnabe 78 verbunden ist, versehen. Die Turbinenausgangsnabe 78 ist mit einer Innenkeilverzahnung versehen, die mit der Getriebeeingangswelle 38 zusammenwirkt. Die Statornabe 76 ist auf der Statorwelle 40 angebracht, die an dem Getriebegehäuse befestigt ist und sich dort heraus erstreckt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Stator auf herkömmliche Weise auf der Mitte einer Freilaufkupplung angebracht.
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Der Drehmomentwandler 18 und der Antriebsmantel 62 werden gemeinsam mit den vier verschiedenen koaxialen ausgerichteten Gliedern in dem Getriebe zusammengefügt und werden wie ein herkömmlicher Drehmomentwandler in einem automatischen Getriebe bei der Installation auf- und heruntergeschoben, wobei einfach ein zusätzliches koaxiales Glied, der röhrenförmige Auslass 68 des Antriebsmantels 62, vorhanden ist. Demgemäß erfordert die Verwendung des Antriebsmantels sehr wenig zusätzlichen axialen Raum in der Motor-/Getriebe-Anordnung. Das Hinzufügen der Ausrückkupplung 14 und des Motors 16 zu dem Getriebe erfordert jedoch einen gewissen zusätzlichen axialen Raum innerhalb des Getriebegehäuses. Wie in 6 gezeigt, ist der Motor koaxial zu der in dem Motorrotor R angebrachten Ausrückkupplung ausgerichtet. Der Motorstator S ist durch eine Reihe von ringförmig beabstandeten Schrauben, die sich durch den Lamellenpaketstapel erstrecken, sicher an dem Getriebegehäuse befestigt. Der Motorrotor R ist an dem Außenumfang der auf der Rotorwelle 36 gestützten Ausgangsnabe 70 der Ausrückkupplung angebracht.
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Die Rotorwelle 36 ist durch ein zwischen der Rotorwelle 36 und der Eingangsnabe 34 der Ausrückkupplung angeordnetes Rollenlager 80 radial positioniert. Der Außendurchmesser der Eingangsnabe der Ausrückkupplung wird durch ein Lager 84 an einer Wand 48 in dem Getriebegehäuse gestützt. Das Lager 84 ist dazu ausgeführt, eine Axiallast sowie die durch die Rotorausrückkupplungsausgangsnabenanordnung eingeführte Radiallast aufzunehmen. Eine Ausgangsnabe 70 der Ausrückkupplung wird weiterhin durch Drucklager 86 und 88 axial begrenzt. Darüber hinaus ist ein umfangsaxiales Rollenlager 90 zwischen der Ausgangsnabe 70 der Ausrückkupplung und der Statorwelle 40 angeordnet, um die Rotorwelle 36 und die (den) zugehörige(n) Ausrückkupplung und Rotor axial zu positionieren.
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Die Ausgangsnabe 70 der Ausrückkupplung ist mit inneren Kühlmittelkanälen 92 versehen, die Getriebefluid durch die Ausgangsnabe der Ausrückkupplung in den Rotor R zuführen. Wenn Fluid durch den rotierenden Rotor R strömt und ihn verlässt, schlägt es auf die Wicklungen des Stators S, um überschüssige Wärme von den Statorwicklungen und dem zugehörigen Lamellenpaketstapel zu entfernen. Wie in 6 dargestellt, ist die Ausgangsnabe 70 der Ausrückkupplung weiterhin mit einer Ausgangskeilverzahnung 94 zum Antrieb der Pumpe P versehen.
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Da der Drehmomentwandler 18 nicht mehr an der Kraftmaschinenmontageplatte befestigt ist, ist es erforderlich, den Drehmomentwandler axial und radial einzuzwängen. Der Drehmomentwandler 18 wird an den Kraftmaschinenmontageplatten 32 und 64 in den 3 und 5 schwenkbar gestützt. Die Kraftmaschinenmontageplatten 32, 64 sind mit einem axial montierten ersten Lagerglied 96 versehen, das mit einem zweiten Gegen-Lagerglied am Drehmomentwandler 18 zusammenwirkt. Wie in 7 dargestellt, wird das erste Lagerglied bei der bevorzugten Ausführungsform durch ein Rollenlager 96 bereitgestellt, das in einer an der Montageplatte auf der Mittellinie des Getriebes befestigten Lagerschale 98 gestützt wird. Das entsprechende zweite Lagerglied wird durch eine Flanschwelle 100 bereitgestellt, die am Mantel des Drehmomentwandlers 18 befestigt ist. Die Flanschwelle gewährleistet radiale Abstützung des Drehmomentwandlers, während das Lager 96 weiterhin einen axialen Anschlag für den Drehmomentwandler in Vorwärtsrichtung bereitstellt. Zur Begrenzung der rückwärtigen Bewegung des Drehmomentwandlers ist der Drehmomentwandler mit einem Drucklager 102 auf der axialen Mittellinie des Mantelinnenraums versehen, das nach hinten weist, um den Endbereich der Getriebeeingangswelle 38 in Eingriff zu nehmen. Natürlich können auch alternative Strukturen verwendet werden, wie zum Beispiel Platzieren der Flanschwelle auf der Montageplatte und des Rollenlagers auf dem Drehmomentwandlermantel.
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Die Motor-/Getriebe-Anordnung 26 verwendet gemäß ihrer vorhergehenden Beschreibung mehrere Unterkomponenten, die unabhängig neu sind. 8 ist eine perspektivische Ansicht der Montageplatte 64, die aus einer kreisförmigen Scheibe gebildet ist, welche mit einem zentralaxial ausgerichteten ersten Lagerglied, dem Rollenlager 96, versehen ist, das in der Lagerschale 98 angebracht ist. Die Scheibe ist mit zwei kreisförmigen Anordnungen von Montagelöchern, einer Anordnung neben der Mitte zur Befestigung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und einer Anordnung neben dem Umfang zur Befestigung an dem Antriebsmantel 28, versehen.
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Der in 9 dargestellte Drehmomentwandler 18 ist gleichermaßen neu. Der Außenmantel des Drehmomentwandlers ist nicht mit den herkömmlichen Montageschraubenbolzen versehen, sondern ist mit einem zentralaxialen zweiten Lagerglied versehen, das in diesem Fall durch eine Flanschwelle 100 bereitgestellt wird. Als Alternative könnten andere axialzentrale Lagerglieder verwendet werden, vorausgesetzt, sie wirken mit einer entsprechenden Lagerstruktur auf der Montageplatte zur Lagerung radialer Lasten zusammen und stellen einen vorderen Zwangsanschlag für die Drehmomentwandlerbewegung bereit. Der Drehmomentwandler weist eine ringförmige, nach hinten weisende röhrenförmige Auslassnabe 68, die mit einer Rotorwelle 36 verbunden ist, und ein nach hinten weisendes Drucklager 102 auf der Mittellinie innerhalb des Mantels, wie in 7 gezeigt, zur Anlage an dem Ende der Getriebeeingangswelle 38 auf.
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10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Antriebsmantels 28. Der Antriebsmantel ist ein ringförmiges Glied mit einer Außenumfangsstruktur, die ausreichend groß ist, den Drehmomentwandler frei zu umgeben. Der vordere Rand des Antriebsmantels 28 ist mit einer Reihe von voneinander beabstandeten Befestigungselementen 104 zum Zusammenwirken mit der Montageplatte 32 versehen. Das hintere Ende des Antriebsmantels bildet einen röhrenförmigen Auslass 68, der bevorzugt einen Durchmesser mit Innenkeilverzahnung hat, um eine entsprechende Keilverzahnung an der Eingangsnabe 34 der Ausrückkupplung in Eingriff zu nehmen. Die voneinander beabstandeten Befestigungselemente 104 sind als eine Reihe von Anschweißschrauben dargestellt, jedoch könnten auch Anschweißmuttern verwendet werden, um mit durch entsprechende Durchlässe in der Montageplatte hindurchgesteckte Schrauben zusammenzuwirken.
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11 stellt eine alternative Antriebsmantelausführungsform 62 dar, wie zuvor in 5 dargestellt. Zur Aufnahme einer Montageplatte mit kleinem Durchmesser und eines relativ großen Drehmomentwandlers ist der Antriebsmantel mit einer Reihe von nach innen ragenden radialen Gliedern 106 versehen, die Befestigungselemente stützen. Die dargestellten Befestigungselemente werden durch Schraubenbolzen 108 bereitgestellt, die am Durchmesser der Anordnung von Löchern in der Montageplatte positioniert sind, die einen wesentlich kleineren Durchmesser aufweist als der Drehmomentwandler. Infolgedessen schließen die nach innen ragenden Glieder 106 den Drehmomentwandler 18 innerhalb des in dem Antriebsmantel 62 ausgebildeten großen ringförmigen Hohlraums ein, wodurch die dargestellte Antriebsmanteldrehmomentwandlerunteranordnung gebildet wird.
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Auf 12 Bezug nehmend, enthält die Ausrückkupplung 14 weiterhin einen Sperrring 110, der gegen eine axiale Verschiebung bezüglich der Ausgangsnabe 70 festgelegt ist; einen Ausgleichsdamm 112, der auch gegen eine axiale Verschiebung bezüglich der Ausgangsnabe 70 festgelegt ist; eine Rückstellfeder 114, die den Kolben 72 und den Ausgleichsdamm 112 an einander gegenüberliegenden Enden der Feder berührt; und einen abgedichteten Hydraulikzylinder 116, in dem sich der Kolben durch Beaufschlagung der Kraft der Feder 114 und einer Druckkraft bewegt. Ein Hydraulikkanal 118 führt Betätigungsdruck von einem Auslassstutzen 120 eines Pumpengehäuses 122 durch einen axialen Kanal 123 zu dem hinter dem Kolben 72 positionierten Teil des Zylinders 116. Wenn Druck im Kanal 118 hoch ist, bewegt sich der Kolben 72 axial nach links gegen die Kraft der Feder 114 und drückt die Reibplatten und Abstandsplatten der Kupplung 14 in gegenseitigen Reibkontakt, wodurch die Kupplung 14 eingerückt wird.
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Ein axialer Hydraulikkanal 124 führt Fluid von dem Pumpengehäuse 122 durch den Kanal 126 zu dem Teil des Zylinders 116, der zwischen dem Kolben 72 und dem Ausgleichsdamm 112 positioniert ist. Der Hydraulikkanal 124 führt weiterhin Fluid von dem Pumpengehäuse 122 durch den radialen Kanal 92 zu dem Rotor R und Stator S des Motors 16. Der Kanal 92 steht mit den Kanälen 128, die Fluid über die Breite des Motors 16 und auf die Flächen des Rotors R leiten, in Verbindung. Den Rotor verlassendes Fluid strömt an gegenüberliegenden axialen Seiten aufgrund von Zentrifugalkraft radial nach außen und auf die Fläche des Stators S. Dieses Fluid, das Wärme von dem Motor 16 wegführt, strömt durch eine (in 14 gezeigte) Öffnung 129 im Gehäuse 42 nach unten und kehrt zum Sumpf 52 zurück.
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Hydraulikfluid, das den Drehmomentwandler 18 füllt, wird von der Pumpe P durch den radialen Kanal 130 und axialen Kanal 132, der in einem Ringraum zwischen der Statorwelle 40 und der Getriebeeingangswelle 38 positioniert ist, geführt. Das vordere Ende des Kanals 132 steht durch einen radialen Kanal 134 mit der Toroidkammer des Drehmomentwandlers in Verbindung, die durch die Verkleidung 136 umgeben ist und das Pumpenrad I, die Turbine T und den Stator S enthält. Aus dem Drehmomentwandler 18 austretendes Hydraulikfluid wird durch einen axialen Kanal 138 geführt, der in der Getriebeeingangswelle 38 ausgebildet ist und sich entlang der Achse 140 erstreckt.
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Wie in 12 gezeigt, ist der Stator S des Motors durch eine Reihe von Schrauben 150 mit dem Getriebegehäuse 42 verbunden, das mit einer Öffnung 152 ausgebildet ist. Jede Schraube 150 erstreckt sich durch ein in dem Stator S ausgebildetes Loch, und der Gewindeschaft jeder Schraube nimmt ein in dem Gehäuse 42 ausgebildetes Gewindeloch in Eingriff. Enge Maßtoleranzen sind zwischen der Unterseite 153 des Stators S, der Mittellinie durch das Loch im Stator S und den Schrauben 150 und der Position der Achse 140 vorgesehen. Auf diese Weise wird der Abstand zwischen der Achse 140 und der Unterseite 153 des Stators S mit einer engen Maßtoleranz hergestellt, um zwischen dem Stator S des Motors und dem Rotor R einen engen Luftspalt herzustellen und aufrechtzuerhalten.
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Eine Anschlussanordnung 154, die auf einer die Öffnung 152 umgebenden Montagefläche 156 angeordnet ist, enthält einen Block 157, der elektrische Anschlüsse 158 enthält, die mindestens einen Hochspannungsanschluss umfassen, der mit den Wicklungen in den Laminaten 160 des Motorstators S elektrisch verbunden ist. Jeder Anschluss 158 ist durch eine Schraube 162 verbunden, deren Schaft sich durch eine Platte 164 erstreckt, die durch Schrauben 166 an dem Getriebegehäuse 42 befestigt ist. Jede Schraube 162 verbindet auch elektrisch jeden Anschluss 158 mit einer Aufnahme 168 und sichert ihn daran, wobei die Aufnahme einen mit dem Stator S verbundenen Leiter 170 in Eingriff nimmt. Sowohl die Aufnahme 168 als auch der Leiter sind elastisch durchbiegbar, so dass ihre Verbindung mit dem Stator S ohne wesentliches Ändern des Abstands zwischen der Fläche 153 und der Achse 140 durchgeführt und aufrechterhalten wird.
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Die Anschlussblockanordnung 154 ist vorzugsweise in einer Winkelposition bezüglich der Achse 140 positioniert, die die Anschlüsse 158 an einer lateralen Seite des Getriebegehäuses 42 statt auf der in 12 gezeigten größeren Höhe platziert. Vorzugsweise sind die Anschlüsse 158 entlang der Achse 140 ausgerichtet, wenn auch nicht zwangsweise parallel zur Achse, und die Aufnahmen der Anschlüsse weisen nach hinten, wie in 13 gezeigt.
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Der Rotor R des Motors 16 ist so an der Ausgangsnabe 70 befestigt, dass zwischen der Bezugsfläche 153 des Stators und der radialen Außenfläche 176 des Rotors ein Luftspalt erzeugt wird.
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Wie in 14 gezeigt, ist das Gehäuse 44 durch eine Reihe von Schrauben 177 an dem Getriebegehäuse 42 befestigt. Die Zentrierplatte P der Pumpe wird aufgrund des Kontakts zwischen der Fläche 178 an der Zentrierplatte P der Pumpe und einer Führungsfläche 180 am Getriebegehäuse 42 sowohl radial als auch axial in ihre ordnungsgemäße Position geführt. Gleichermaßen wird das Pumpengehäuse 122 aufgrund des Kontakts zwischen der Fläche 182 an der Zentrierplatte P der Pumpe und einer Fläche 184 am Pumpengehäuse 122 in seine ordnungsgemäße Position geführt. Am hinteren Ende berührt die Außenfläche der Statorwelle 40 die radiale Innenfläche der Pumpenzentrierplatte P, und am vorderen Ende berührt die Außenfläche der Statorwelle 40 die radiale Innenfläche der Eingangsnabe 74 des Drehmomentwandlers.
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Die axiale und die radiale Position des Lagers 84 werden durch seinen Kontakt mit der Rückwand 48 des Gehäuses 44 hergestellt. Die axiale und die radiale Position der Eingangsnabe 34 der Kupplung werden durch ihren Kontakt mit dem Lager 84 hergestellt. Die Position des vorderen Endes der Rotorwelle 36 wird durch ihren Kontakt mit dem Rollenlager 80 hergestellt, und die Position des hinteren Endes der Rotorwelle 36 wird durch ihren Kontakt mit der Innenfläche des Pumpengehäuses 122 hergestellt.
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Die Position des vorderen Endes der Ausgangsnabe 70 und des Rotors R wird durch Kontakt zwischen der Außenfläche der Rotorwelle 36 und der Innenfläche der Ausgangsnabe 70 hergestellt. Die axiale und die radiale Position des Lagers 190 werden durch seinen Kontakt mit dem Pumpengehäuse 122 hergestellt. Die Position des hinteren Endes der Ausgangsnabe 70 und des Rotors R wird durch Kontakt zwischen dem Lager 190 und der Ausgangsnabe 70 hergestellt.
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Auf diese Weise wird die radiale Position der radialen Außenfläche 176 des Rotors R des Motors 16 so ausgelegt, dass der Luftspalt parallel zu einem sich von der Achse 140 erstreckenden Radius, der sich zwischen der Bezugsfläche 153 des Stators und der radialen Außenfläche 176 des Rotors befindet, vorzugsweise ca. 122 mm beträgt. 15 zeigt einen Torsionsdämpfer 196, der in einem Kraftweg zwischen der Kraftmaschine 12 und dem Antriebsmantel 28, 62 positioniert ist. Die Kraftmaschine 12 ist durch den Kurbelwellenflansch 30 mit einem Eingang des Dämpfers 196 verbunden, und eine Reihe von um die Achse 140 zueinander beabstandeten Schrauben 108 verbindet den Ausgang des Dämpfers 196 mit dem Antriebsmantel 28, 62. Der Dämpfer 196 dämpft von dem Motor erzeugte Torsionsschwingungen. Der Außenumfangsrand des Dämpfers 196 ist mit einem Hohlrad 66 versehen, der durch ein durch einen Statormotor drehangetriebenes Ritzel in Eingriff genommen wird. 15 zeigt den Dämpfer 196, der in Reihe mit dem Dämpfer 82 zwischen der Kraftmaschine 12 und der Getriebeeingangswelle 38 angeordnet ist. Dank des Vorsehens des Dämpfers 196 in dem Antriebsstrang ist möglicherweise ein Torsionsdämpfer 82, der in einem Drehmomentabgabeweg des Drehmomentwandlers 18 zwischen der Pumpenradverkleidung 136 und der Turbinennabe 78 positioniert ist, nicht erforderlich. Ohne den Dämpfer 82 kann die Axialabmessung des Drehmomentwandlers 18 und des Antriebsmantels 28, 62 reduziert werden.
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Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in unterschiedlichen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann den unterschiedlichen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren.
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Obgleich beispielhafte Ausführungsformen oben beschrieben worden sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke eher der Veranschaulichung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
