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Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer E-Maschine, die einen Rotor umfasst, der koaxial zu einer Antriebswelle und einer Getriebewelle eines CVT-Getriebes angeordnet ist, das einen Antriebsscheibensatz mit einem Umschlingungsmittel umfasst, und mit einer Anfahrkupplung.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 015 268 A1 ist ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit einem ersten und einem zweiten Kegelscheibensatz bekannt, die jeweils einer Welle zugeordnet und durch ein Umschlingungsmittel antriebsmäßig so miteinander verbunden sind, dass die Übersetzung stufenlos verstellbar ist, mit einem dem ersten Kegelscheibensatz zugeordneten Eingangselement mit einer Anfahrkupplung mit einem Eingangsteil und einem Ausgangsteil und mit einer Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei die Anfahrkupplung und die Elektromaschine direkt an dem Eingangselement angebunden sind, wobei dem ersten Kegelscheibensatz ein Drehmomentenfühler zugeordnet ist und wobei das Eingangselement ein Eingangsteil des Drehmomentenfühlers ist, wobei die Anfahrkupplung und/oder die Elektromaschine im gleichen axialen Abschnitt wie der Drehmomentenfühler angeordnet sind. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 222 936 A1 ist ein CVT-Antriebsstrang mit einem stufenlos verstellbaren Variator bekannt, der einen antriebsseitigen Scheibensatz und einen abtriebsseitigen Scheibensatz umfasst, der mit einem Differential gekoppelt ist, das ein Differentialabtriebsrad umfasst, wobei der antriebsseitige Scheibensatz ein Stellscheibe und eine Festscheibe umfasst, die einer motorseitig angeordneten Getriebeeingangswelle abgewandt ist, zu der eine Anfahreinrichtung und eine einen sekundären Antrieb darstellende Elektromaschine koaxial angeordnet sind, die einen Rotor umfasst, der radial innerhalb eines Stators angeordnet ist, wobei der abtriebsseitige Scheibensatz eine Festscheibe und eine der Motorseite abgewandte Stellscheibe umfasst, wobei das Differentialabtriebsrad in der Draufsicht betrachtet, direkt neben dem abtriebsseitigen Scheibensatz angeordnet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer E-Maschine, die einen Rotor umfasst, der koaxial zu einer Antriebswelle und einer Getriebewelle eines CVT-Getriebes angeordnet ist, das einen Antriebsscheibensatz mit einem Umschlingungsmittel umfasst, und mit einer Anfahrkupplung, konstruktiv zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer E-Maschine, die einen Rotor umfasst, der koaxial zu einer Antriebswelle und einer Getriebewelle eines CVT-Getriebes angeordnet ist, das einen Antriebsscheibensatz mit einem Umschlingungsmittel umfasst, und mit einer Anfahrkupplung, dadurch gelöst, dass eine Umschlingungsmittelspur des Umschlingungsmittels des CVT-Getriebes in einer axialen Richtung dem Rotor der E-Maschine zugeordnet ist. Die E-Maschine dient zur Darstellung eines sekundären Antriebs, der zusätzlich zu einem primären Antrieb in dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Als primärer Antrieb dient zum Beispiel eine Brennkraftmaschine in dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs. Die Begriffe axial und koaxial beziehen sich auf eine Drehachse der Antriebswelle und der Getriebewelle. Als Hybridmodul kann allgemein eine Baugruppe bezeichnet werden, die eine Elektrifizierung eines herkömmlichen Antriebsstrangs mit einem Verbrennungsmotor darstellt. Das beanspruchte Hybridmodul umfasst darüber hinaus ein CVT-Getriebe, zumindest einen antriebsseitigen Scheibensatz des CVT-Getriebes. Der Antriebsscheibensatz des CVT-Getriebes ist um die gleiche Drehachse drehbar, die mit der Drehachse des Rotors der E-Maschine zusammenfällt. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse. Radial bedeutet quer zur Drehachse. Die Antriebswelle ist, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Drehschwingungsdämpfungseinrichtung, drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Die Anfahrkupplung ist vorteilhaft radial innerhalb und in axialer Richtung überlappend zu der E-Maschine angeordnet. Die dem Wort Getriebe vorangestellten Großbuchstaben CVT stehen für die englischen Begriffe Continuously Variable Transmission. Das CVT-Getriebe umfasst einen Variator mit zwei Scheibensätzen, die zur Drehmomentübertragung durch ein Umschlingungsmittel oder Zugmittel, wie eine Kette, miteinander koppelbar sind. Die Scheiben der Scheibensätze sind zum Beispiel als Kegelscheiben ausgeführt. Der Abstand der Kegelscheiben des jeweiligen Kegelscheibensatzes oder Kegelscheibenpaars ist veränderbar, um die Übersetzung stufenlos zu variieren. In einer axialen Richtung zugeordnet bedeutet im Hinblick auf die Umschlingungsspur des Umschlingungsmittels des CVT-Getriebes, dass die Umschlingungsmittelspur axial so nah wie möglich, das heißt insbesondere unmittelbar axial benachbart, bei beziehungsweise zu dem Rotor der E-Maschine angeordnet ist. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, die Umschlingungsmittelspur des Umschlingungsmittels des CVT-Getriebes und somit den Variator axial so weit Richtung E-Maschine zu verschieben, bis der kleinstmögliche axiale Abstand zwischen dem Umschlingungsmittel und der E-Maschine erreicht ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridmoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridmodul nur zwei Lagerebenen umfasst. Als Lagerebene wird eine Ebene quer zu der gemeinsamen Drehachse von Getriebewelle, Antriebswelle und Rotor der E-Maschine bezeichnet. Hybridmodule mit einem CVT-Getriebe haben drei Lagerebenen. Zwei Lagerebenen sind in der Regel dem Variator des CVT-Getriebes zugeordnet. Eine dritte Lagerebene ist zum Beispiel dem Rotor der E-Maschine zugeordnet. Durch den Wegfall der dritten Lagerebene wird eine axial sehr kompakte Bauweise ermöglicht. Darüber hinaus können durch den Wegfall der dritten Lagerebene Kosten bei der Herstellung eingespart werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridmoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Lageranordnung der Getriebewelle zugeordnet ist. Die erste Lageranordnung ist zum Beispiel einem ersten Ende der Getriebewelle zugeordnet. Die erste Lageranordnung umfasst zum Beispiel ein Wälzlager, durch das die Getriebewelle in einem Gehäuse gelagert ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridmoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Lageranordnung der Antriebswelle und der Getriebewelle zugeordnet ist. Die zweite Lageranordnung ist zum Beispiel einem zweiten Ende der Getriebewelle zugeordnet. Die zweite Lageranordnung umfasst zum Beispiel ein erstes Wälzlager, insbesondere ein Rollenlager, zwischen dem zweiten Ende der Getriebewelle und der Antriebswelle. Die zweite Lageranordnung umfasst darüber hinaus vorteilhaft ein zweites Wälzlager, insbesondere ein zweites Rollenlager, zwischen der Antriebswelle und dem Gehäuse.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridmoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lageranordnung radial innerhalb und in axialer Richtung überlappend zu dem Rotor der E-Maschine angeordnet ist. Bei dieser eher unüblichen Anordnung ist die E-Maschine einem der Brennkraftmaschine abgewandten Ende der Getriebewelle zugeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridmoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lageranordnung radial innerhalb und in axialer Richtung überlappend zu dem Rotor der E-Maschine angeordnet ist. So kann der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridmoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der E-Maschine durch einen Rotorträger in einer der beiden Lagerebenen gelagert ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Lagerung des Rotors der E-Maschine ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridmoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorträger mit einem Zylinderwandkörper des CVT-Getriebes kombiniert ist. Der Rotorträger ist besonders vorteilhaft einstückig mit dem Zylinderwandkörper des CVT-Getriebes verbunden. Der mit dem Rotorträger kombinierte Zylinderwandkörper ist zum Beispiel als Blechteil ausgeführt. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein kostengünstig herstellbares Doppelfunktionsteil geschaffen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridmoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorträger mit einem Festscheibenkörper des Antriebsscheibensatzes des CVT-Getriebes kombiniert ist. Der mit dem Rotorträger kombinierte Festscheibenkörper ist vorzugsweise einstückig mit dem Rotorträger verbunden. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein kostengünstig herstellbares Doppelfunktionsteil geschaffen.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus verschiedene Ausführungsbeispiele zur Darstellung einer Hydraulikmediumzufuhr. Die Hydraulikmediumzufuhr umfasst zum einen die Zufuhr von Kühl- und/oder Schmiermedium zu den Lageranordnungen und/oder zur Anfahrkupplung. Die Anfahrkupplung ist zum Beispiel als nasslaufende Lamellenkupplung ausgeführt. Die Kühl- und/oder Schmiermediumzufuhr erfolgt zum Beispiel durch einen zentralen Kanal, der sich durch die Getriebewelle, insbesondere die Variatorantriebswelle, hindurch erstreckt. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühl- und/oder Schmiermediumzufuhr radial von außen über ein Gehäuse des Hybridmoduls erfolgen. Eine Betätigungsmediumzufuhr erfolgt vorzugsweise ebenfalls radial von außen über das Gehäuse.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine E-Maschine, insbesondere einen Rotor, einen Rotorträger, einen Festscheibenkörper, eine Lageranordnung und/oder eine Anfahrkupplung für ein vorab beschriebenes Hybridmodul. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Halbschnitt durch einen antriebsseitigen Scheibensatz;
- 2 ein ähnliches Hybridmodul wie in 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den antriebsseitigen Scheibensatz;
- 3 eine verkleinerte Darstellung der 2 zur Veranschaulichung einer alternativen Anordnung einer E-Maschine; und
- 4 eine verkleinerte Darstellung der 1 zur Veranschaulichung einer alternativen Anordnung einer E-Maschine.
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In den 1 bis 4 ist ein Antriebsstrang 10 eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebswelle 12 in verschiedenen Schnittansichten dargestellt. Die Antriebswelle 12 ist um eine Drehachse 13 drehbar. Bei der Antriebswelle 12 handelt es sich um einen über einen als Zweimassenschwungrad ausgeführten Drehschwingungsdämpfer 14 mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors koppelbare Nabe. Der Verbrennungsmotor stellt in dem CVT-Antriebsstrang 10 einen primären Antrieb dar.
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Die Antriebswelle 12 kann über eine als Lamellenkupplung ausgeführte Anfahrkupplung 16 mit einer Getriebeeingangswelle 18 gekoppelt werden. Der Antriebsstrang 10 weist als sekundären Antrieb eine Elektromaschine 20 auf, die auch als elektrische Maschine 20 oder E-Maschine 20 bezeichnet wird. Die E-Maschine 20 umfasst einen Elektromagneten aufweisenden Stator 22 und einen mit dem Stator 22 zusammenwirkenden Rotor 24, der mit Permanentmagneten ausgestattet ist.
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Ein Rotorträger 26; 66 trägt die Permanentmagneten des Rotors 24 und ist einteilig oder mehrteilig ausgeführt. Der Rotorträger 26; 66 ist radial innen drehfest mit der Getriebeeingangswelle 18 verbunden.
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Die Drehzahl und das Drehmoment der Getriebeeingangswelle 18 können in einem Variator 30 gewandelt werden. Eine Variatorantriebswelle 32 ist zu diesem Zweck drehfest, insbesondere einstückig, mit der Getriebeeingangswelle 18 verbunden. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Variatorantriebswelle 32 und die Eingangswelle 18 in einer Getriebewelle 6; 56 zusammengefasst.
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Die Variatorantriebswelle 32 treibt einen antriebsseitigen Scheibensatz 34 eines CVT-Getriebes 4; 54 an. Der antriebsseitige Scheibensatz 34 ist als Antriebskegelscheibenpaar ausgeführt, das zwei Kegelscheiben umfasst.
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Der antriebsseitige Scheibensatz 34 wird auch als Antriebsscheibensatz 34 bezeichnet und ist über ein Zugmittel oder Umschlingungsmittel 36 mit einem (nicht dargestellten) abtriebsseitigen Scheibensatz gekoppelt, der als Abtriebskegelscheibenpaar ausgeführt ist. Je nach Stellung der Kegelscheibenpaare kann die Übersetzung des Variators 30 stufenlos eingestellt werden. Das Abtriebskegelscheibenpaar treibt eine Variatorabtriebswelle an, die im Vergleich zu der Getriebeeingangswelle 18 eine gewandelte Drehzahl und ein gewandeltes Drehmoment aufweisen kann.
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Der antriebsseitige Scheibensatz 34 und die Variatorantriebswelle 32 sind koaxial zu der Antriebswelle 12 mit der Drehachse 13 angeordnet.
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Der Antriebsscheibensatz 34 umfasst einen Festscheibenkörper 35 und eine Stellscheibe 37. Der Festscheibenkörper 35 und die Stellscheibe 37 sind als Kegelscheiben ausgeführt. Die Stellscheibe 37 ist relativ im Festscheibenkörper 35 axial verlagerbar. Das Umschlingungsmittel 36 ist zwischen dem Festscheibenkörper 35 und der Stellscheibe 37 angeordnet. Durch eine gestrichelte Linie 38; 58 ist eine Umschlingungsmittelspur des Umschlingungsmittels 36 angedeutet.
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In den 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele eines Hybridmoduls 1; 51 für den Antriebsstrang 10 im Längsschnitt beziehungsweise Halbschnitt gezeigt. Das Hybridmodul 1; 51 umfasst ein CVT-Getriebe 4; 54 mit dem Variator 30 und der Getriebewelle 6; 56. Mit dem beanspruchten Hybridmodul 1; 51 kann das CVT-Getriebe 4; 54 mit geringer axialer Ausdehnung in Verlängerung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine realisiert werden. Darüber hinaus wird mit dem Hybridmodul 1; 51 ein hoher Integrationsgrad bei dezidierten hybridisierten Getrieben dargestellt.
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Der Antriebsscheibensatz 34 des CVT-Getriebes 4; 54 ist koaxial zum Rotor 24 der E-Maschine 20 angeordnet. Darüber hinaus ist die Anfahrkupplung 16 koaxial innerhalb des Rotors 24 der E-Maschine 20 positioniert. Das Hybridmodul 1; 51 umfasst besonders vorteilhaft nur zwei Lagerebenen 39; 40; 59; 60 in einem Gehäuse 2; 52 des Hybridmoduls 1; 51.
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In der Lagerebene 39; 59 ist eine erste Lageranordnung 41; 61 angeordnet. In der zweiten Lagerebene 40; 60 ist eine zweite Lageranordnung 42; 62 angeordnet. Die erste Lageranordnung 41; 61 umfasst ein Wälzlager, mit dem ein in den 1 und 2 rechtes Ende der Getriebewelle 6; 56 gehäusefest gelagert ist.
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Die zweite Lageranordnung 42; 62 umfasst ein erstes Wälzlager, insbesondere Rollenlager, zwischen einem in den 1 und 2 linken Ende der Getriebewelle 6 und der Antriebswelle 12 vorgesehen. Ein zweites Wälzlager, insbesondere Rollenlager, der zweiten Lageranordnung 42; 62 ist radial außerhalb und in axialer Richtung überlappend zu dem ersten Wälzlager zwischen der Antriebswelle 12 und einem gehäusefesten Lagerkörper 43; 63 angeordnet.
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Eine bei herkömmlichen Hybridmodulen benötigte dritte Lageranordnung wird bei dem beanspruchten Hybridmodul 1; 51 nicht benötigt. Durch die kompakte Ausführung mit nur zwei Lageranordnungen 41, 42; 61, 62 kann die Umschlingungsmittelspur 38; 58 des Umschlingungsmittels 36 so nah wie möglich axial neben der E-Maschine 20 positioniert werden.
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Bei dem in 1 gezeigten Hybridmodul 1 ist der Rotorträger 26 mit einem Zylinderwandkörper 44 des Variators 30 kombiniert. Der mit dem Rotorträger 26 kombinierte Zylinderwandkörper 44 ist kostengünstig als Zylinderblech ausgeführt.
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Anders als dargestellt, kann der mit dem Rotorträger 26 kombinierte Zylinderwandkörper 44 auch mehrteilig ausgeführt sein. Bei der mehrteiligen Ausführung muss der Rotorträger 26 lediglich drehfest mit dem Zylinderwandkörper 44 verbunden sein.
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Eine Hydraulikmediumzufuhr 46 kann radial von außen über das Gehäuse 2 realisiert werden. Die Hydraulikmediumzufuhr 46 umfasst insbesondere eine Kühl- und/oder Schmiermediumzufuhr mit einem Schlauch 47. Der Schlauch 47 erstreckt sich radial von außen in das Gehäuse 2.
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Im Inneren des Gehäuses 2 wird das Hydraulikmedium, insbesondere Kühl- und/oder Schmiermedium, über Kanäle 48, 49 an zu kühlende und/oder zu schmierende Stellen des Hybridmoduls 1 weitergeleitet. Bei den zu kühlenden oder zu schmierenden Stellen handelt es sich insbesondere um die Lageranordnungen 41, 42 sowie um die vorzugsweise als nasslaufende Lamellenkupplung ausgeführte Anfahrkupplung 16.
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Bei dem in 2 dargestellten Hybridmodul 51 sind die beiden Lageranordnungen 61, 62 wie bei dem in 1 dargestellten Hybridmodul 1 ausgeführt. Ein Lagerkörper 63 ist einstückig mit dem Gehäuse 52 ausgeführt. Der Lagerkörper 63 dient zur gehäusefesten Lagerung des in 2 linken Endes der Getriebewelle 56 in der Lagerebene 60 mit der zweiten Lageranordnung 62.
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Im Unterschied zu 1 ist ein Zylinderwandkörper 64 in 2 rechts angeordnet. Ein Festscheibenkörper 65 ist in 2 links angeordnet und mit dem Rotorträger 66 kombiniert. Die Stellscheibe 67 ist in 2 rechts angeordnet und dem Zylinderwandkörper 64 zugewandt.
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Der Festscheibenkörper beziehungsweise der Zylinderwandkörper kann besonders vorteilhaft auch zur Darstellung eines Außenlamellenträgers der Anfahrkupplung 16 genutzt werden.
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In 2 ist eine Kühl- und/oder Schmiermediumzufuhr 68 mit einem zentralen Kanal 69 durch die Getriebewelle 56 kombiniert. Von dem in 2 linken Ende des zentralen Kanals 69 gehen weitere Kanäle aus, die das zugeführt Kühl- und/oder Schmiermedium zu der Lageranordnung 62 leiten.
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Darüber hinaus ist in 2 unten eine Hydraulikmediumzufuhr 70 angedeutet. Über die Hydraulikmediumzufuhr 70, die zum Beispiel einen Schlauch 75 und Kanäle 76, 77 umfasst, kann ein Hydraulikmedium zum Betätigen der Anfahrkupplung 16 zugeführt werden.
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In 3 ist durch zwei Rechtecke 71, 72 angedeutet, dass die E-Maschine 20 anders als in 2 rechts und radial außerhalb sowie in axialer Richtung überlappend zu der Lageranordnung 61 angeordnet werden kann.
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In 4 ist durch ein Rechteck 73 angedeutet, dass die E-Maschine 20, anders als in 1 dargestellt, radial außerhalb und in axialer Richtung überlappend zu der Lageranordnung 41 angeordnet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridmodul
- 2
- Gehäuse
- 4
- CVT-Getriebe
- 6
- Getriebewelle
- 10
- Antriebsstrang
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Drehachse
- 14
- Drehschwingungsdämpfer
- 16
- Anfahrkupplung
- 18
- Getriebeeingangswelle
- 20
- elektrische Maschine
- 22
- Stator
- 24
- Rotor
- 26
- Rotorträger
- 30
- Variator
- 32
- Variatorantriebswelle
- 34
- Antriebsscheibensatz
- 35
- Festscheibenkörper
- 36
- Umschlingungsmittel
- 37
- Stellscheibe
- 38
- Umschlingungsmittelspur
- 39
- Lagerebene
- 40
- Lagerebene
- 41
- erste Lageranordnung
- 42
- zweite Lageranordnung
- 43
- Lagerkörper
- 44
- Zylinderwandkörper
- 46
- Kühl- und/oder Schmiermediumzufuhr
- 47
- Schlauch
- 48
- Kanal
- 49
- Kanal
- 51
- Hybridmodul
- 52
- Gehäuse
- 54
- CVT-Getriebe
- 56
- Getriebewelle
- 58
- Umschlingungsmittelspur
- 59
- Lagerebene
- 60
- Lagerebene
- 61
- erste Lageranordnung
- 62
- zweite Lageranordnung
- 63
- Lagerkörper
- 64
- Zylinderwandkörper
- 65
- Festscheibenkörper
- 66
- Rotorträger
- 67
- Stellscheibe
- 68
- Kühl- und/oder Schmiermediumzufuhr
- 70
- Hydraulikmediumzufuhr
- 71
- Rechteck
- 72
- Rechteck
- 73
- Rechteck
- 75
- Schlauch
- 76
- Kanal
- 77
- Kanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011015268 A1 [0002]
- DE 102016222936 A1 [0002]
