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Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridkraftfahrzeug zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine und eines Getriebes, sowie eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug.
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Ein Hybridmodul gemäß dem Stand der Technik umfasst üblicherweise eine Anschlusseinrichtung zur mechanischen Ankopplung einer Verbrennungskraftmaschine, eine Kupplungseinrichtung, mit der Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine auf das Hybridmodul übertragbar ist und mit der das Hybridmodul von der Verbrennungskraftmaschine trennbar ist, sowie eine elektrische Maschine zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments mit einem Rotor.
Die elektrische Maschine ermöglicht das elektrische Fahren, Leistungszuwachs zum Verbrennungskraftmaschinenbetrieb und Rekuperieren. Die Kupplungseinrichtung und deren Betätigungssystem sorgen für das Einkuppeln der Verbrennungskraftmaschine in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Zudem sind Hybridmodule in einer sogenannten Triple-Kupplungs-Variante bekannt, in welcher das Hybridmodul neben der als Trennkupplung ausgestalteten Kupplungseinrichtung weiterhin eine Doppelkupplungsvorrichtung zur Kopplung des Hybridmoduls an zwei Getriebeeingangswellen einer Getriebeeinheit umfasst.
Um axial kompakt zu bauen ist bekannt, die Trennkupplung sowie die Doppelkupplungsvorrichtung radial und axial im hohlzylinderartig ausgeführten, vom Rotor der elektrischen Maschine umgebenen Raum anzuordnen.
Die
WO 2019 015 713 A1 offenbart ein Hybridmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Trennkupplung zum selektiven An- und Abkuppeln einer Verbrennungskraftmaschine von einer elektromotorisch antreibbaren Zwischenwelle sowie mit einer elektrischen Maschine zum elektromotorischen Antreiben der Zwischenwelle. Ein Rotor der elektrischen Maschine ist hier mit einem Rotorträger über ein Wälzlager auf einer Gehäusewand gelagert, wobei die Gehäusewand axial zwischen der elektrischen Maschine und der Trennkupplung angeordnet ist.
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An der Gehäusewand stützt sich dabei radial innen die Zwischenwelle ab, wobei die Zwischenwelle einen Abschnitt einer Fluidleitung für ein Druckfluid zwecks Betätigung der Trennkupplung ausbildet.
Neben einem entsprechenden konstruktiven Aufwand ist eine solche Ausführung eines Hybridmoduls auch mit einem entsprechenden axialen und/oder radialen Bauraumbedarf verbunden.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hybridmodul sowie eine damit ausgestattete Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die in konstruktiv einfacher Weise eine Betätigung der Trennkupplung bei effizient genutztem Bauraum realisieren.
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Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Hybridmodul nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Hybridmoduls sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. Ergänzend wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche das Hybridmodul aufweist, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
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Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse des Hybridmoduls.
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Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Hybridkraftfahrzeug, zum Ankoppeln einer Verbrennungskraftmaschine sowie eines Getriebes, umfassend eine elektrische Maschine mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotor. Weiterhin umfasst das Hybridmodul eine Trennkupplung und eine Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Trennkupplung, wobei die Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung eine im Querschnitt kreisförmige Kolben-Zylinder-Einheit umfasst. Das Hybridmodul umfasst weiterhin eine Kupplungseinrichtung, insbesondere eine Doppelkupplungsvorrichtung, die eine Abtriebseinrichtung zur Übertragung des Drehmoments von der Kupplungseinrichtung auf ein mit dem Hybridmodul zu koppelndes Aggregat, insbesondere ein Getriebe, aufweist. Weiterhin umfasst das Hybridmodul im Wesentlichen koaxial zur Rotationsachse ein Leitungselement, welches in Bezug zu der Abtriebseinrichtung radial innen angeordnet ist. Das Leitungselement ist mit dem Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit strömungstechnisch gekoppelt, zwecks Zufuhr eines Fluids in die Kolben-Zylinder-Einheit zur Betätigung der Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung.
Das bedeutet, dass diese Kolben-Zylinder-Einheit in mit einem Hohlzylinder, der den Zylinder-Raum ausbildet, sowie einem Vollzylinder, der in diesem Zylinder-Raum axial verschiebbar ist, ausgeführt ist.
Die Kolben-Zylinder-Einheit ist dabei vorzugsweise koaxial zur Rotationsachse angeordnet.
Die Abtriebseinrichtung umfasst bei Verwendung einer Doppelkupplungsvorrichtung zwei Abtriebselemente, die mit einer jeweiligen Teilkupplung gekoppelt sind. Ein jeweiliges Abtriebselement kann zum Beispiel mit einer radialen Profilverzahnung zur Übertragung eines Drehmoments auf eine Getriebeeingangswelle ausgestaltet sein. Alternativ können die Abtriebselemente auch durch Abtriebswellen ausgebildet sein, die jeweils drehfest mit der Ausgangsseite einer jeweiligen Teilkupplung gekoppelt sind. Diese Abtriebswellen können gleichzeitig die Getriebeeingangswellen eines an das Hybridmodul angeschlossenen Getriebes ausbilden.
In bevorzugter Ausführungsform verläuft das Leitungselement bei der Anordnung von mehreren koaxial zueinander positionierten Getriebeeingangswellen an der radialen Innenseite der radial innersten Getriebeeingangswelle.
Konstruktiv vorteilhaft kann der Rotor der elektrischen Maschine mit wenigstens einer Anpressplatte und Gegenanpressplatte der Kupplungseinrichtung drehfest verbunden sein.
Dabei weist insbesondere die Anpressplatte der Kupplungseinrichtung einen Freiheitsgrad in axialer Richtung auf, sodass sie in Abhängigkeit von ihrer axialen Position Reibkraft auf einen Reibbelag übertragen kann und derart die Kupplungseinrichtung öffnen und schließen kann.
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In einer Ausführung kann das Hybridmodul eine Dämpfereinheit umfassen, insbesondere einen Schwingungsdämpfer, wobei die Dämpfereinheit und die Trennkupplung radial zumindest bereichsweise geschachtelt angeordnet sind.
Die radiale Schachtelung kann derart realisiert sein, dass die Trennkupplung zumindest bereichsweise innerhalb eines von Bauelementen der Dämpfereinheit radial begrenzten Raums angeordnet ist.
Die Dämpfereinheit kann direkt mit einer Kurbelwelle einer angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine verbunden sein bzw. dazu ausgestaltet sein.
Beispielsweise bei einer Ausgestaltung einer Eingangsseite des Hybridmoduls durch eine an die Verbrennungskraftmaschine koppelbare Zwischenwelle ist die Dämpfereinheit im Drehmoment-Übertragungspfad zwischen dieser Zwischenwelle und der Trennkupplung angeordnet. Nach der Trennkupplung ist im Drehmoment-Übertragungspfad der Rotorträger angeordnet.
Insbesondere kann die Dämpfereinheit als ein trockener Dämpfer, wie zum Beispiel als ein Pendelwippendämpfer, realisiert sein.
Die Dämpfereinheit und die Trennkupplung sind dabei insbesondere unmittelbar miteinander verbunden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass eine Anpresseinheit der Trennkupplung an den Rotorträger angeschlossen ist, wobei ein Reibbelagträger der Trennkupplung zum zumindest mittelbaren Anschluss an eine Verbrennungskraftmaschine bzw. an die Dämpfereinheit eingerichtet ist.
Die Anpresseinheit weist dabei vorzugsweise eine Anpressplatte sowie eine damit drehfest verbundene Gegenanpressplatte auf, wobei die Anpressplatte und die Gegenanpressplatte der Anpresseinheit jeweils auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines vom Reibbelagträger getragenen Reibbelags, insbesondere eines Reibbelag-Paars, angeordnet sind.
Entsprechend kann die Anpressplatte bzw. die Gegenanpressplatte als eine axiale Außenseite der Trennkupplung bezeichnet werden, wobei das Reibbelag-Paar als eine axiale Innenseite der Trennkupplung bezeichnet werden kann.
Die axiale Außenseite der Trennkupplung entspricht demnach einer Ausgangsseite der Trennkupplung, wobei die axiale Innenseite der Trennkupplung einer Eingangsseite der Trennkupplung entspricht.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Anpress- und/oder Gegenanpressplatte als Ausgangselement der Trennkupplung unmittelbar an den Rotorträger angeschlossen ist.
Der Anschluss der Trennkupplung an eine Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere mittelbar über zumindest ein mit dem Reibbelagträger als Eingangselement der Trennkupplung verbundenes Bauteil, wie eine Dämpfereinheit und/oder eine Zwischenwelle, realisiert sein.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Reibbelagträger über eine Verzahnung mit der Dämpfereinheit verbunden ist, wobei die Verzahnung eine Relativ-Bewegung in axialer Richtung zwischen Reibbelagträger und Dämpfereinheit zwecks axialer Bewegung des Reibbelagträgers zum Öffnen bzw. Schließen der Trennkupplung zulässt.
Das Hybridmodul kann zudem einen Sensor zur Detektion der Winkelposition des Rotors aufweisen, welcher an einer zur mechanischen Kopplung des Hybridmoduls an ein Getriebe ausgestalteten Ausgangsseite des Hybridmoduls angeordnet ist.
Ein Element des Sensors zur Detektion der Rotorposition, wie zum Beispiel ein Geber, kann dabei an dem Rotorträger der elektrischen Maschine angeordnet sein, und ein weiterer Bestandteil des Sensors, wie zum Beispiel ein Aufnehmer, kann am Gehäuse des Hybridmoduls angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform umgibt der Rotor radial einen Raum, und das Hybridmodul weist ein Gehäuse auf, welches einen Gehäuseinnenraum ausbildet, wobei die Trennkupplung axial außerhalb des vom Rotor umgebenen Raums angeordnet ist und der Rotor sowie die Trennkupplung in einem gemeinsamen Gehäuseinnenraum angeordnet sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Drehmomentübertragungselement der Trennkupplung axial außerhalb des vom Rotor umgebenen Raums angeordnet ist.
Es kann also ein radial äußerer Rand eines Drehmomentübertragungselements der Trennkupplung einen größeren Abstand zu einer Rotationsachse des Hybridmoduls aufweisen, als ein radial äußerer Rand des vom Rotor umgebenen Raums, also als eine radiale Innenseite des Rotors.
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Ein derartiges Drehmomentübertragungselement kann zumindest ein Reibbelag-Paar sowie einen Abschnitt einer an das Reibbelag-Paar zwecks Schließung eines Drehmoment-Übertragungspfades anpressbaren Anpressplatte bzw. Gegenanpressplatte aufweisen, so dass die Trennkupplung als Reibkupplung ausgestaltet ist.
Die im Drehmoment-Übertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Trennkupplung kann dabei schlupfend betrieben werden, so dass bei einem Synchronisationsvorgang zur Synchronisation am Hybridmodul auf Eingangsseite und Ausgangsseite anliegender Drehzahlen zunächst eine Anpassung der Drehzahlen zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe vorgenommen werden kann, und nach dieser Anpassung über die Trennkupplung die Drehzahlen von elektrischer Maschine und Verbrennungskraftmaschine angeglichen werden können.
Das Massenträgheitsmoment der Verbrennungskraftmaschine muss demnach nicht über die Kupplungseinrichtung mitsynchronisiert werden.
Das Hybridmodul kann entsprechend gemäß einer sogenannten P2-Anordnung ausgestaltet sein.
Insbesondere kann sich weiterhin konstruktiv vorteilhaft ein Gehäuse-Absatz des Gehäuses des Hybridmoduls in Bezug zum Rotorträger radial innen in axialer Richtung erstrecken, wobei zwischen diesem Gehäuse-Absatz und dem Rotorträger ein Stützlager zur zumindest radialen Lagerung des Rotorträgers angeordnet ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung dient das Stützlager auch zur axialen Lagerung des Rotorträgers.
Der Gehäuse-Absatz kann mit einer sich im Wesentlichen radial erstreckenden Gehäusewand verbunden sein, wobei die Gehäusewand eine getriebeseitige Abgrenzung eines Gehäuseinnenraums des Gehäuses des Hybridmoduls realisiert.
In Bezug zum Gehäuse-Absatz radial innen kann insbesondere ein Eingangselement der Getriebeeinheit, insbesondere zumindest eine Getriebeeingangswelle, oder ein Abtriebselement des Hybridmoduls, insbesondere eine Abtriebswelle, zwecks Anschluss an die Getriebeeinheit geführt sein.
Dabei kann eine Kupplungs-Betätigungseinrichtung, insbesondere eine Doppel-Kolben-Zylinder-Einheit, zur Betätigung der Kupplungseinrichtung auf dem Gehäuse-Absatz angeordnet sein.
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Dabei kann die Kupplungs-Betätigungseinrichtung zudem oder alternativ auch an der Gehäusewand angeordnet sein.
Die Kupplungs-Betätigungsvorrichtung kann zwecks Übertragung von Betätigungskräften von der Doppel-Kolben-Zylinder-Einheit auf die Teilkupplungen der Kupplungseinrichtung z.B. jeweils einen Drucktopf oder eine Hebelübersetzung aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform des Hybridmoduls ist die Kupplungseinrichtung radial zumindest bereichsweise und axial zumindest bereichsweise innerhalb des vom Rotor umgebenen Raums angeordnet.
Eine jeweilige Teilkupplung, der insbesondere als eine Doppelkupplungsvorrichtung ausgeführten Kupplungseinrichtung, kann dabei als eine Ein- oder Mehrscheibenkupplungsvorrichtung ausgeführt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Leitungselement ein Rohr, welches zumindest einen axialen Strömungsausgang aufweist zur Realisierung der strömungstechnischen Verbindung mit dem Zylinder.
Durch diesen axialen Strömungsausgang wird in einfacher, im Wesentlichen herkömmlicher Weise und mit einem nur sehr geringen radialen Bauraumbedarf eine Druckbeaufschlagung der axial ausgerichteten Seite des Kolbens bewirkt. Insbesondere ist vorgesehen, dass Leitungselement als ein axial durchgängiges Rohr auszugestalten, was bedeutet, dass das Leitungselement als ein einzelnes, separates Bauteil die gesamte Fluidführung zur Betätigung der Trennkupplung, Betätigungseinrichtung in axialer Richtung radial innen im Hybridmodul übernimmt.
Bei einer Anordnung der Trennkupplung im Drehmoment-Übertragungspfad zwischen der Eingangsseite des Hybridmoduls und der elektrischen Maschine ist insbesondere vorgesehen, dass der axiale Strömungsausgang des Leitungselements axial zwischen der Eingangsseite des Hybridmoduls und der elektrischen Maschine realisiert ist. Derart kann gewährleistet werden, dass ein Druckfluid zwecks Betätigung der Trennkupplung in räumlicher Nähe zu einer, an einer im Wesentlichen identischen axialen Position angeordneten, Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, so dass diese mit dem axialen Strömungsausgang strömungstechnisch mechanisch einfach verbindbar ist.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist das Leitungselement auf der der Trennkupplung abgewandten axialen Seite der Kupplungsvorrichtung axial abgestützt. Diese axiale Abstützung ist insbesondere an dem Gehäuse des Hybridmoduls realisiert.
Alternativ kann die Abstützung auch an einem Gehäuse eines Getriebes realisiert sein, wobei das Gehäuse des Getriebes mit dem Gehäuse des Hybridmoduls drehfest verbunden ist.
Die axiale Abstützung an einem Gehäuse ist insbesondere drehfest realisiert, so dass das Leitungselement über eine Abstützung am Gehäuse drehfest angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit an seiner radialen Außenseite einen ringförmigen Absatz und der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit bildet in komplementärer Ausgestaltung an seiner radialen Außenseite einen ringförmigen Hohlzylinder aus zur Aufnahme des ringförmigen Absatzes des Kolbens, wobei zumindest ein radialer Strömungspfad ausgebildet ist zur Realisierung der strömungstechnischen Verbindung mit dem ringförmigen Hohlzylinder.
Dieser radiale Strömungspfad kann in einer Ausführungsform am stirnseitigen Ende des Leitungselements ausgeführt sein, aus dem Druckfluid radial aus dem Leitungselement herausgeführt wird und in den ringförmigen Hohlzylinder an einer radialen Innenseite des ringförmigen Absatzes des Kolbens eingeleitet wird.
In einer alternativen Ausführungsform oder auch hinzukommend kann das Leitungselement zumindest einen radialen Strömungsausgang aufweisen zur Realisierung der strömungstechnischen Verbindung mit dem ringförmigen Hohlzylinder.
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Dabei kann das Leitungselement zumindest in dem der Trennkupplung-Betätigungseinrichtung zugewandten Endabschnitt als ein Rohr ausgebildet sein und die radiale Außenseite dieses Rohres zumindest abschnittsweise die radiale Innenseite des ringförmigen Hohlzylinders ausbilden, an der der ringförmige Absatz des Kolben axial verschiebbar ist.
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Insbesondere in dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der betreffende axiale Endabschnitt des Leitungselements mit dem radialen Strömungsausgang ausgestattet ist.
Radial zwischen Leitungselement und Zylinder kann in vorteilhafter Weise ein Dichtungselement wie z.B. ein Dichtring vorgesehen sein, welches gewährleistet, dass eine strömungstechnische Verbindung zwischen Leitungselement und ringförmigem Hohlzylinder strömungstechnisch abgedichtet ist. Somit kann Druckfluid nicht an die Umgebung austreten und es ist entsprechend ein Druckaufbau zwecks axialer Verschiebung des Kolbens im als Druckraum fungierenden ringförmigen Hohlzylinder der Kolben-Zylinder-Einheit möglich.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Rotor drehfest auf einem um die Rotationsachse drehbaren Rotorträger angeordnet, wobei sich der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit axial am Rotorträger abstützt.
Aufgrund dessen, dass sich der Rotorträger wiederum über ein Stützlager, insbesondere über ein doppelreihiges Wälzlager, in axialer Richtung am Gehäuse des Hybridmoduls abstützt, stützt sich somit auch die Kolben-Zylinder-Einheit bei ihrer Betätigung in axialer Richtung indirekt am Gehäuse ab.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit drehfest mit dem Rotorträger verbunden.
Dies bewirkt, dass bei einer Drehung des Rotors der elektrischen Maschine des Hybridmoduls und damit auch des Rotorträgers entsprechend auch der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit rotiert. Entsprechend sollte auch vorgesehen sein, dass der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit mit dem Zylinder rotiert. Aufgrund der im Wesentlichen axialen Zufuhr eines Druckfluids zur Kolben-Zylinder-Einheit ist eine Mitnahme der Kolben-Zylinder-Einheit mit der Drehbewegung des Rotorträgers unproblematisch. Dabei kann außerdem vorgesehen sein, dass das Leitungselement mit dem Zylinder mitrotieren kann. Alternativ dazu ist jedoch auch möglich, das Leitungselement drehfest anzuordnen und stattdessen eine Relativ-Drehung zwischen Leitungselement und Zylinder bzw. Kolben zu realisieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit in axialer Richtung mechanisch mit einem Drucktopf gekoppelt ist, wobei die Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung in axialer Richtung eine Kraft auf den Drucktopf bewirkt, der wiederum eine axiale Anpresskraft auf reibschlüssig das Drehmoment übertragene Bauteile der Trennkupplung realisiert.
Derartige Bauteile sind insbesondere Platten, wie Anpressplatten oder auch Gegenanpressplatten der Trennkupplung sowie dazwischen angeordnete Reibscheiben bzw. Reiblamellen, die in axialer Richtung aneinander zu pressen sind, um reibschlüssig Drehmoment zu übertragen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Trennkupplung als normal-geöffnete Kupplung ausgeführt ist, sodass die Betätigung mittels der Betätigungseinrichtung zu einer Schließung der Trennkupplung führt.
Bei der Betätigung der Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung auftretende Ausrückkräfte werden entsprechend an den Rotortärger übertagen und können somit über die Lagerung des Rotorträgers abgestützt werden.
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Das erfindungsgemäße Hybridmodul weist den Vorteil auf, dass das Leitungselement koaxial zu der Abtriebseinrichtung und radial innerhalb der Abtriebseinrichtung besonders bauraumeffizient positioniert ist, was die Integration einer radial klein bauenden Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung ermöglicht. Insbesondere kann eine radial klein bauende Bauweise zudem dadurch erreicht werden, dass auch der Raum axial neben dem Leitungselement als Druckvolumen der Kolben-Zylinder-Einheit genutzt wird.
Bei Betätigung der Trennkupplung wird, durch deren Anordnung axial außerhalb des vom Rotor umgebenen Raums, von der Trennkupplung abgegebene Wärme nicht oder zumindest verringert Wärme in die elektrische Maschine eingebracht.
Zudem kann durch die Anordnung der Trennkupplung und der elektrischen Maschine in einem gemeinsamen Gehäuseinnenraum eine axial sehr kurze Bauweise des Hybridmoduls gewährleistet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Hybridmodul können Kupplungsvorgänge beim Anfahren eines mit dem erfindungsgemäßen Hybridmodul ausgestalteten Kraftfahrzeugs über die Trennkupplung anstelle der Doppelkupplungsvorrichtung durchgeführt werden, sodass reibungsbedingte Wärme außerhalb des vom Rotor bzw. Rotorträger umgebenen Raums entsteht und die elektrische Maschine insgesamt wärmetechnisch gering belastet wird.
Die elektrische Maschine kann dazu eingesetzt werden, bei einem Synchronisationsvorgang zur Synchronisation der am Hybridmodul auf Eingangsseite und Ausgangsseite anliegenden Drehzahlen, insbesondere bei einem Synchronisationsvorgang während einer Überschneidungsschaltung bei Rückschaltung von einem fünften Gang auf einen zweiten Gang oder von einem sechsten Gang auf einen dritten Gang, die Verbrennungskraftmaschine zu beschleunigen und derart die beidseitig des Hybridmoduls anliegenden Drehzahlen aneinander anzugleichen.
Die Trennkupplung kann dabei schlupfend betrieben werden. Entsprechend wird eine Teilkupplung der Doppelkupplungsvorrichtung beim Synchronisationsvorgang geringer belastet, wodurch der Wärmeeintrag in die elektrische Maschine gemindert wird.
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Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, die ein erfindungsgemäßes Hybridmodul, ein Antriebsaggregat, wie zum Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine, sowie ein Getriebe aufweist, wobei das Hybridmodul mit einer Eingangsseite mit dem Antriebsaggregat und mit einer Ausgangsseite mit dem Getriebe mechanisch gekoppelt ist.
Das Gehäuse des Hybridmoduls, insbesondere der Gehäuse-Absatz, auf welchem das Stützlager für den Rotorträger sitzt, kann mechanisch fest mit einem Gehäuse des an das Hybridmodul angeschlossenen Getriebes verbunden sein.
Die Ausgangsseite ist entsprechend durch die Abtriebseinrichtung ausgebildet, die entweder selbst wenigstens eine Getriebeeingangswelle ausbildet oder mit wenigstens einer Getriebeeingangswelle drehfest gekoppelt, den Drehmoment-Übertragungspfad zwischen dem Hybridmodul und dem angeschlossenen Getriebe realisiert.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es sind dargestellt in
- 1: eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung und
- 2: ein erfindungsgemäßes Hybridmodul in einer geschnittenen Seitenansicht.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 5.
Der Abschnitt der Antriebsanordnung 5 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 6 sowie ein Hybridmodul 1, wobei das Hybridmodul 1 eine Dämpfereinheit 60, ausgestaltet als Schwingungsdämpfer, eine Trennkupplung 20, eine elektrische Maschine 10 sowie eine Kupplungseinrichtung 30, ausgestaltet als Doppelkupplungsvorrichtung, aufweist. Eine Ausgangsseite 4 des Hybridmoduls 1 ist zur Ankopplung eines hier nicht dargestellten Getriebes ausgestaltet. In einem Drehmoment-Übertragungspfad zwischen der Verbrennungskraftmaschine 6 und dem Getriebe sind die Dämpfereinheit 60, die Trennkupplung 20, die elektrische Maschine 10 und die Kupplungseinrichtung 30 in dieser Reihenfolge in Reihe angeordnet.
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Ein Rotor 11 der elektrischen Maschine 10 umgibt radial einen Raum 14, in welchem die Kupplungseinrichtung 30 angeordnet ist. Dabei ist sowohl eine erste Teilkupplung 40 als auch eine zweite Teilkupplung 50 der als Doppelkupplungsvorrichtung ausgestalteten Kupplungseinrichtung 30 mit einem den Rotor 11 tragenden Rotorträger 13 verbunden. Die erste Teilkupplung 40 ist zwecks Anschluss an das Getriebe mit einer ersten Getriebeeingangswelle 80 verbunden und die zweite Teilkupplung 50 ist zwecks Anschluss an das Getriebe mit einer zweiten Getriebeeingangswelle 81 verbunden.
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Das Hybridmodul 1 ist hier entsprechend über die Dämpfereinheit 60 auf der Eingangsseite 3 des Hybridmoduls 1 an die Verbrennungskraftmaschine 6 gekoppelt und über die Kupplungseinrichtung 30 als Ausgangsseite 4 des Hybridmoduls 1 an das Getriebe der Antriebsanordnung 5 gekoppelt.
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Ein von der Verbrennungskraftmaschine 6 zur Verfügung gestelltes Drehmoment wird demnach über die Dämpfereinheit 60 an die Trennkupplung 20 übertragen. Bei geschlossener Trennkupplung 20 wird das Drehmoment zwecks Realisierung eines Generatorbetriebs weiter an die elektrische Maschine 10 übertragen. Außerdem wird Drehmoment an die Kupplungseinrichtung 30 geleitet. Über die Kupplungseinrichtung 30 kann das Drehmoment nun abhängig der Schaltung der Teilkupplungen 40, 50 entweder über die erste oder zweite Getriebeeingangswelle 80, 81 an das Getriebe übertragen werden. In umgekehrter Richtung kann am Getriebe anliegendes Drehmoment über die Getriebeeingangswellen 80, 81 an die Kupplungseinrichtung 30 übertragen werden und von dort zwecks Rekuperation auf die elektrische Maschine 10.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Hybridmodul 1 in einer geschnittenen Seitenansicht dargestellt.
Das in 2 gezeigte Hybridmodul 1 ist dabei eine detaillierte Darstellung des Hybridmoduls 1 der in 1 gezeigten Antriebsanordnung.
Die Dämpfereinheit 60 ist hier wie in 1 auf der Eingangsseite 3 des Hybridmoduls 1 angeordnet, wobei eine Eingangsseite 61 der Dämpfereinheit 60 zum Anschluss an die Verbrennungskraftmaschine eingerichtet ist und eine Ausgangsseite 62 der Dämpfereinheit 60 mit einem Eingangselement 25 der Trennkupplung 20 drehfest verbunden ist.
Die Trennkupplung 20 umfasst eine Anpresseinheit 28, aufweisend eine Gegenanpressplatte 24 und eine Anpressplatte 23, sowie ein Reibbelag-Paar 22. Die Anpresseinheit 28 und das Reibbelag-Paar 22 bilden ein Trennkupplungs-Drehmomentübertragungselement 21 der Trennkupplung 20, wobei das Reibbelag-Paar 22 axial zwischen der Anpressplatte 23 und Gegenanpressplatte 24 angeordnet ist.
Das Eingangselement 25 der Trennkupplung 20 ist hier durch einen das Reibbelag-Paar 22 tragenden Reibbelagträger 27 realisiert, wobei der Reibbelagträger 27 sich in radialer Richtung erstreckt und über eine Verzahnung 90 mit der Ausgangsseite 62 der Dämpfereinheit 60 drehfest verbunden ist. Die Trennkupplung 20 ist dabei bereichsweise radial innerhalb der Dämpfereinheit 60 angeordnet.
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Die Gegenanpressplatte 24 ist als Ausgangselement 26 der Trennkupplung 20 mit einem Abschnitt 16 des Rotorträgers 13 der elektrischen Maschine 10 drehfest verbunden.
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Die Anpressplatte 23 ist mit einer Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung 90 zwecks Betätigung der Trennkupplung 20 verbunden. Dazu umfasst die Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung 90 eine im Querschnitt kreisförmige Kolben-Zylinder-Einheit 91 mit einem in einem Zylinder 92 axial verschiebbaren Kolben 93, welcher mit einem Drucktopf 98 verbunden ist. Der Drucktopf 98 stützt sich dabei axial einerseits am Rotorträger 13 der elektrischen Maschine 10 ab und ist axial andererseits an die Anpressplatte 23 der Trennkupplung 20 angelegt. Die Kolben-Zylinder-Einheit 91 befindet sich bei Anlage des Drucktopfes 98 am Rotorträger 13 in einem unbetätigtem Zustand, wobei die Anpressplatte 23 axial beabstandet zum Reibbelag-Paar 22 am Drucktopf 98 anliegt, so dass die Trennkupplung 20 entsprechend als normal-geöffnete Kupplung ausgeführt ist.
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Der Zylinder 92 stützt sich radial innen am Rotorträger 13 der elektrischen Maschine 10 ab, so dass der Zylinder 92 bei Rotation des Rotorträgers 13 mit dreht. Auch der Kolben 93 und der Drucktopf 98 drehen zusammen mit dem Zylinder 92 bzw. dem Rotorträger 13.
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Der Kolben 93 der Kolben-Zylinder-Einheit 91 umfasst an seiner radialen Außenseite einen ringförmigen Absatz 94, wobei der Zylinder 92 der Kolben-Zylinder-Einheit 91 an seiner radialen Außenseite in komplementärer Ausgestaltung zum ringförmigen Absatz 94 einen ringförmigen Hohlzylinder 95 ausbildet, in welchem der ringförmige Absatz 94 des Kolbens 93 axial verschiebbar aufgenommen ist.
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Radial sowie axial innerhalb des ringförmigen Absatzes 94 und des ringförmigen Hohlzylinders 95 ist ein axialer Endbereich 101 eines Leitungselements 100 angeordnet.
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Das als ein Rohr ausgeführte Leitungselement 100 umfasst an seinem axialen Endbereich 101 einen axialen Strömungsausgang 106, welcher ein im Leitungselement 100 geführtes Druckfluid zwecks axialer Verschiebung des Kolbens 93 in axialer Richtung, radial innen bzw. zentral an den Kolben 93 führt. Zudem wird zwischen einem stirnseitigen Ende 103 des Leitungselements 100 an dessen axialem Endbereich 101 und dem Kolben 93 ein radialer Strömungspfad 107 ausgebildet, welcher ein am axialen Strömungsausgang 106 austretendes Druckfluid nach radial außen führt und derart eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem axialen Strömungsausgang 106 und dem ringförmigen Hohlzylinder 95 realisiert. Das Druckfluid wird dazu bereichsweise im axialen Endbereich 101 des Leitungselements 100 zwischen dessen radialer Außenseite 102 und dem ringförmigen Absatze 94 des Kolbens 93 in axialer Richtung geführt.
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Ein an den Kolben 93 durch das Leitungselement 100 geführtes Druckfluid wirkt somit sowohl radial innen bzw. zentral auf den Kolben 93, als auch im ringförmigen Hohlzylinder 95 auf den ringförmigen Absatz 94 des Kolbens 93 zwecks einer axialen Verschiebung des Kolbens 93 und damit einer axialen Verschiebung des Drucktopfes 98, so dass folglich eine Schließung der Trennkupplung 20 realisiert wird.
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Ein Dichtring 104, radial zwischen Zylinder 92 und der radialen Außenseite 103 des Leitungselements 100 angeordnet, dichtet die strömungstechnische Verbindung zwischen dem axialen Strömungsausgang 106 und dem ringförmigen Hohlzylinder 95 gegen die umliegenden Bauteile bzw. das Umfeld in diesem Bereich des Hybridmoduls 1 ab.
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Das Leitungselement 100 ist in radialer Richtung über ein Nadellager 105 an einer ersten Getriebeeingangswelle 80 gelagert und stützt sich axial an einem dem axialen Endbereich 101 axial gegenüberliegenden, hier nicht dargestellten axialen Ende an einem Gehäuse des Getriebes ab. Das Leitungselement 100 ist dabei koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle 80 angeordnet.
Ein Stator 12 der elektrischen Maschine 10 ist fest mit einem Gehäuse 70 des Hybridmoduls 1 verbunden, wobei der Rotor 11 der elektrischen Maschine 10 dabei zwecks Rotation um eine Rotationsachse 2 des Hybridmoduls 1 auf dem drehbaren Rotorträger 13 angeordnet ist. Dazu ist der Rotorträger 13 mit einem Stützabschnitt 17 über ein Stützlager 75 auf einem Gehäuse-Absatz 71 eines Gehäuses 70 radial gelagert. Weiterhin ist ein Rotorlagesensor 15 zur Detektion der Winkelposition des Rotors 11 an der dem am Hybridmodul 1 anzuordnenden Getriebe zugewandten Seite des Hybridmoduls 1 bzw. der Ausgangsseite 4 des Hybridmoduls 1 axial neben dem Rotor 11 angeordnet.
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Der Gehäuse-Absatz 71 erstreckt sich dabei in axialer Richtung in Bezug zur Kupplungseinrichtung 30 radial innen und ist mit einer Gehäusewand 72 des Gehäuses 70 verbunden, wobei sich die Gehäusewand 72 vom Gehäuse-Absatz 71 in radialer Richtung an der Ausgangsseite 4 des Hybridmoduls 1 erstreckt und einen vom Gehäuse 70 ausgebildeten Gehäuseinnenraum 73 getriebeseitig begrenzt. Der vom Gehäuse 70 ausgebildete Gehäuseinnenraum 73 entspricht einem gemeinsamen Gehäuseinnenraum 74, in dem die Trennkupplung 20 und die elektrische Maschine 10 angeordnet sind.
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Wie schon in 1 dargestellt, ist die Kupplungseinrichtung 30, ausgestaltet als Doppelkupplungsvorrichtung, bzw. sind deren Teilkupplungen 40, 50 in einem vom Rotor 11 radial umgebenen Raum 14 angeordnet. Weiterhin ist aus 2 ersichtlich, dass die Kupplungseinrichtung 30 bzw. die erste Teilkupplung 40 und die zweite Teilkupplung 50 auch axial innerhalb des vom Rotor 11 umgebenen Raums 14 auf der der Trennkupplung 20 zugewandten Seite des Stützabschnitts 17 des Rotorträgers 13 angeordnet sind.
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Dabei sind die erste Teilkupplung 40 sowie die zweite Teilkupplung 50 als Mehrscheibenkupplungen ausgestaltet. Eine Anpressplatte 41, eine Zwischenanpressplatte 45 und eine Gegenanpressplatte 42 der ersten Teilkupplung 40 sind in radialer Richtung mit dem Rotorträger 13 verbunden. Des Weiteren sind eine Anpressplatte 51, eine Zwischenanpressplatte 55 und eine Gegenanpressplatte 52 der zweiten Teilkupplung 50 in radialer Richtung mit dem Rotorträger 13 verbunden.
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Einer von zwei Reibbelägen 43 der ersten Teilkupplung 40 ist axial zwischen Anpressplatte 41 und Zwischenanpressplatte 45 der ersten Teilkupplung 40 angeordnet und der andere der zwei Reibbeläge 43 der ersten Teilkupplung 40 ist axial zwischen Zwischenanpressplatte 45 und Gegenanpressplatte 42 angeordnet, wobei die Reibbeläge 43 von einem Reibbelagträger 44 der ersten Teilkupplung 40 getragen sind. Einer von zwei Reibbelägen 53 der zweiten Teilkupplung 50 ist axial zwischen Anpressplatte 51 und Zwischenanpressplatte 55 der zweiten Teilkupplung 50 angeordnet und der andere der zwei Reibbeläge 53 der zweiten Teilkupplung 50 ist axial zwischen Zwischenanpressplatte 55 und Gegenanpressplatte 52 angeordnet, wobei die Reibbeläge 53 von einem Reibbelagträger 54 der zweiten Teilkupplung 50 getragen sind.
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Ein erstes, als der Reibbelagträger 44 der ersten Teilkupplung 40 ausgestaltetes Ausgangselement 31 der Kupplungseinrichtung 30 verbindet dabei die erste Teilkupplung 40 mit der ersten Getriebeeingangswelle 80, an welcher sich das Leitungselement 100 radial abstützt.
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Ein zweites, als Reibbelagträger 54 der zweiten Teilkupplung 50 ausgestaltetes Ausgangselement 32 der Kupplungseinrichtung 30 verbindet die zweite Teilkupplung 50 mit einer zweiten Getriebeeingangswelle 81.
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Die beiden Reibbelagträger 44, 54 fungieren damit jeweils als eine Abtriebseinrichtung 34 der Kupplungseinrichtung 30 zur Übertragung eines Drehmoments von der Kupplungseinrichtung 30 an das Getriebe.
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Die erste Getriebeeingangswelle 80 sowie die zweite Getriebeeingangswelle 81 erstrecken sich radial innerhalb des Gehäuse-Absatzes 71 in Richtung der Ausgangsseite 4 des Hybridmoduls 1 zwecks Anschluss des Hybridmoduls 1 an das Getriebe. Eine Kupplungs-Betätigungseinrichtung 33 zur Betätigung der ersten Teilkupplung 40 und der zweiten Teilkupplung 50, ausgestaltet als Kolben-Zylinder-Einheiten, ist dabei an der Ausgangsseite 4 des Hybridmoduls 1 radial auf dem Gehäuse-Absatz 71 sowie axial an der Gehäusewand 72 anliegend angeordnet.
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Bei einer Betätigung der Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung 90 auftretende Betätigungskräfte bzw. Reaktionskräfte werden durch die Abstützung des Zylinders 92 der Kolben-Zylinder-Einheit 91 am Rotorträger 13 auf das Stützlager 75 und damit auf das Gehäuse 70 des Hybridmoduls 1 übertragen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Hybridmodul sowie der damit ausgestatteten Antriebsanordnung lässt sich in konstruktiv einfacher Weise eine Betätigung der Trennkupplung bei effizient genutztem Bauraum realisieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridmodul
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Eingangsseite des Hybridmoduls
- 4
- Ausgangsseite des Hybridmoduls
- 5
- Antriebsanordnung
- 6
- Verbrennungskraftmaschine
- 10
- elektrische Maschine
- 11
- Rotor
- 12
- Stator
- 13
- Rotorträger
- 14
- vom Rotor umgebener Raum
- 15
- Rotorlagesensor
- 16
- Abschnitt des Rotorträgers
- 17
- Stützabschnitt des Rotorträgers
- 20
- Trennkupplung
- 21
- Trennkupplungs-Drehmomentübertragungselement
- 22
- Reibbelag-Paar
- 23
- Anpressplatte
- 24
- Gegenanpressplatte
- 25
- Eingangselement der Trennkupplung
- 26
- Ausgangselement der Trennkupplung
- 27
- Reibbelagträger
- 28
- Anpresseinheit
- 30
- Kupplungseinrichtung
- 31
- erstes Ausgangselement der Kupplungseinrichtung
- 32
- zweites Ausgangselement der Kupplungseinrichtung
- 33
- Kupplungs-Betätigungseinrichtung
- 34
- Abtriebseinrichtung
- 40
- Erste Teilkupplung
- 41
- Anpressplatte der ersten Teilkupplung
- 42
- Gegenanpressplatte der ersten Teilkupplung
- 43
- Reibbelag der ersten Teilkupplung
- 44
- Reibbelagträger der ersten Teilkupplung
- 45
- Zwischenanpressplatte der ersten Teilkupplung
- 50
- Zweite Teilkupplung
- 51
- Anpressplatte der zweiten Teilkupplung
- 52
- Gegenanpressplatte der zweiten Teilkupplung
- 53
- Reibbelag der zweiten Teilkupplung
- 54
- Reibbelagträger der zweiten Teilkupplung
- 55
- Zwischenanpressplatte der zweiten Teilkupplung
- 60
- Dämpfereinheit
- 61
- Eingangsseite der Dämpfereinheit
- 62
- Ausgangsseite der Dämpfereinheit
- 63
- Verzahnung
- 70
- Gehäuse
- 71
- Gehäuse-Absatz
- 72
- Gehäusewand
- 73
- Gehäuseinnenraum
- 74
- gemeinsamer Gehäuseinnenraum
- 75
- Stützlager
- 80
- Erste Getriebeeingangswelle
- 81
- Zweite Getriebeeingangswelle
- 90
- Trennkupplungs-Betätigungseinrichtung
- 91
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 92
- Zylinder
- 93
- Kolben
- 94
- ringförmiger Absatz
- 95
- ringförmiger Hohlzylinder
- 96
- radialer Strömungspfad
- 97
- Drucktopf
- 100
- Leitungselement
- 101
- axialer Endbereich des Leitungselements
- 102
- radiale Außenseite des Leitungselements
- 103
- stirnseitiges Ende des Leitungselements
- 104
- Dichtring
- 105
- Nadellager
- 106
- axialer Strömungsausgang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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