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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, der eine Antriebsmaschine und ein solches Getriebe umfasst.
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Aus der
DE 10 2021 200 527 A1 geht ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug hervor. Der Antriebsstrang umfasst eine Brennkraftmaschine, ein Mehrganggetriebe und ein integrales Differential. Das Differential ist mit zwei Planetenradsätzen ausgebildet, wobei jeder Planetenradsatz mit einer jeweiligen Abtriebswelle antriebswirksam verbunden ist. Das Differential und die jeweilige Abtriebswelle sind dazu eingerichtet, koaxial zu einer Abtriebsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet zu sein, wobei die Brennkraftmaschine und das Mehrganggetriebe achsparallel zur Abtriebsachse angeordnet sind. Mittels des ersten Planetenradsatzes ist ein erstes Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle übertragbar, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes im zweiten Planetenradsatz derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle übertragbar ist.
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Aus der
DE 10 2021 200 523 A1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Antriebsstrang bekannt. Aus der
DE 10 2018 112 880 A1 ist ein elektrischer Fahrantrieb mit kombiniertem Differential- und Untersetzungsgetriebe bekannt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kompaktbauendes und effizientes Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorzuschlagen. Insbesondere soll das Getriebe ein Differential mit einer hohen Übersetzung aufweisen. Ferner soll das Getriebe einfach und schnell montierbar sein. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs umfasst eine Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle, eine zweite Ausgangswelle sowie ein im Leistungsfluss zwischen der Eingangswelle und den beiden Ausgangswellen angeordnetes Differential, wobei das Differential einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern und mehreren Radsatzelementen sowie einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern und mehreren Radsatzelementen umfasst, wobei mittels des ersten Planetenradsatzes ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Ausgangswelle übertragbar ist, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes in dem zweiten Planetenradsatz derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Ausgangswelle übertragbar ist, wobei ein erstes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist, wobei ein drittes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes mit der ersten Ausgangswelle drehfest verbunden ist, wobei ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Ausgangswelle drehfest verbunden ist, wobei ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit einem ortsfesten Bauelement drehfest verbunden ist, wobei der zweite Planetenradsatz axial angrenzend an dem ersten Planetenradsatz angeordnet ist und die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes keine axiale Überlappung mit den Planetenrädern des zweiten Planetenradsatzes aufweisen, wobei ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes als Hohlrad ausgebildet und mit einem als Sonnenrad ausgebildeten ersten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes an einer Stirnseite des Hohlrads des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist und durch einen Sicherungsring axial fixiert ist.
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Mit anderen Worten sind das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes zwei separate Getriebebauteile, die drehfest, insbesondere trennbar miteinander verbunden sind und axial mittels des Sicherungsrings zueinander fixiert sind. Ferner sind die beiden Planetenradsätze des Differentials nicht radial gestapelt, sondern axial nebeneinander angeordnet, sodass sich die Planetenräder der beiden Planetenradsätze axial nicht überlappen. Die Radsatzelemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes sind somit in zwei axial beabstandeten Ebenen angeordnet. Insbesondere sind keine Bauteile, die nicht zu einem der beiden Planetenradsätze gehören, axial zwischen den beiden Planetenradsätzen angeordnet. Bevorzugt ist der zweite Planetenradsatz mit seinen Radsatzelementen in radialer Richtung außerhalb einer Rotationsachse des jeweiligen Planetenrades des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Dadurch wird Bauraum radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes geschaffen, der vorteilhaft, insbesondere für Lagerstellen oder zur Öleinspeisung verwendet werden kann. Die beiden Planetenradsätze bilden zusammen ein integrales Differential.
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Unter einem „integralen Differential“ ist im Rahmen dieser Erfindung ein Differential mit einem ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz zu verstehen, wobei der erste Planetenradsatz mit der Eingangswelle, mit dem zweiten Planetenradsatz sowie mit der ersten Ausgangswelle antriebswirksam verbunden ist. Der zweite Planetenradsatz ist mit der zweiten Ausgangswelle antriebswirksam verbunden. Das integrale Differential weist bei identischen Abtriebsdrehzahlen der Ausgangswellen keine im Block umlaufenden bzw. ohne Wälzbewegung umlaufenden Verzahnungen auf. Mithin erfolgt unabhängig der Abtriebsdrehzahlen der Ausgangswellen stets eine Relativbewegung der miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteile des integralen Differentials. Mit einem integralen Differential werden die Summen beider Radmomente nicht zu einem gemeinsamen Achsmoment in einem Bauteil vereint bzw. zusammengefasst, sondern eine Antriebsleistung im integralen Differential aufgeteilt und entsprechend der Ausbildung des ersten und zweiten Planetenradsatzes in die damit wirkverbundenen Ausgangswellen weitergeleitet. Damit können die Bauteile des integralen Differentials aufgrund des jeweiligen, vergleichsweise kleinen Drehmoments schlanker ausgebildet werden. Zudem wird eine Bauteilreduzierung sowie eine Gewichtseinsparung realisiert. Mittels eines solchen integralen Differentials können die beiden Funktionen Drehmomentwandlung und Drehmomentverteilung, welche in der Regel durch zwei separate Baugruppen gelöst werden, durch eine einzige integrale Baugruppe darstellen werden. Bei dem integralen Differential handelt es sich somit um ein kombiniertes Übersetzungs- und Differentialgetriebe, das einerseits eine Drehmomentwandlung und andererseits die Drehmomentverteilung auf die Ausgangswellen realisiert.
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Unter einem „Planetenradsatz“ ist eine Einheit mit den Radsatzelementen Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger zu verstehen. Der Planetenträger führt mehrere auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad angeordnete Planetenräder, die mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad in Zahneingriff stehen. Insbesondere sind die Planetenräder über Planetenradbolzen drehbar am Planetenträger aufgenommen.
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Die Eingangswelle ist bevorzugt dazu eingerichtet, zumindest mittelbar drehfest mit einer Antriebswelle einer Antriebseinheit, insbesondere einer Rotorwelle einer elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu sein. Die Antriebseinheit erzeugt eine Antriebsleistung, die über die Antriebswelle auf die Eingangswelle übertragen wird. Die Antriebswelle der Antriebseinheit kann drehfest mit der Eingangswelle verbunden sein. Alternativ sind die Antriebswelle und die Eingangswelle als monolithisches Bauteil ausgebildet. Je nach Ausbildung des Antriebsstranges können auch zwei oder mehrere Eingangswellen vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn der Antriebsstrang ein hybridisierter Antriebsstrang ist und daher zwei oder mehrere Antriebseinheiten vorgesehen sind.
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Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen Wellen oder Zahnrädern noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit der Welle bzw. dem Zahnrad wirkverbunden sind.
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Die Eingangswelle ist bevorzugt als Hohlwelle ausgebildet. Dadurch kann eine der Ausgangswellen, vorzugsweise die erste Ausgangswelle, durch die Eingangswelle axial hindurchgeführt sein. Bevorzugt ist eine der Ausgangswellen, insbesondere die erste Ausgangswelle, durch das Getriebe und gegebenenfalls durch die Antriebseinheit des Antriebsstranges hindurchgeführt.
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Die Ausgangswellen des Getriebes sind insbesondere dazu eingerichtet, mit einem jeweiligen Rad des Fahrzeugs wirkverbunden zu sein. Die jeweilige Ausgangswelle kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar, beispielsweise über ein Gelenk und/oder eine Radnabe, mit dem dazugehörigen Rad verbunden. Die Ausgangswellen sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Durch die koaxiale Anordnung der Ausgangswellen kann eine radial schmale Bauweise des Getriebes realisiert werden.
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Es können zwischen der Eingangswelle und der Antriebseinheit weitere zwischengeschaltete Komponenten angeordnet sein, beispielsweise ausgebildet als Planetengetriebe, Stirnradgetriebe, Kettentrieb, Riementrieb, Winkeltrieb, Gelenkwelle, Torsionsdämpfer, Mehrganggetriebe oder dergleichen. Ebenso können zwischen der jeweiligen Ausgangswelle und dem damit wirkverbundenen Rad weitere zwischengeschaltete Komponenten angeordnet sein, wie beispielsweise Gelenkwellen, Übersetzungsgetriebe, Feder- und Dämpfelemente oder dergleichen.
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Unter einer „Welle“ ist ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
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Wenn zwei Bauelemente des Getriebes „drehfest verbunden“ sind, dann weisen diese Bauelemente im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung auf, sodass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Darunter ist also eine dauerhafte Drehverbindung zu verstehen. Insbesondere ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente des Differentials und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen. Auch eine drehelastische Verbindung zwischen zwei Bauteilen wird als fest oder drehfest verstanden.
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Als „ortsfestes Bauelement“ ist ein dreh- und axialfestes Bauteil des Getriebes zu verstehen, beispielsweise ein Getriebegehäuse oder ein damit drehfest verbundenes Bauteil. Zwischen dem Radsatzelement, das mit einem ortsfesten Bauelement drehfest verbunden ist, und dem ortsfesten Bauelement kann keine Relativbewegung stattfinden.
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Das erste Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes ist bevorzugt über eine Steck- bzw. Mitnahmeverzahnung mit der ersten Eingangswelle drehfest verbunden. Diese Steckverzahnung umfasst vorzugsweise eine Innenverzahnung am ersten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes und eine Außenverzahnung an der Eingangswelle. Das dritte Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes ist bevorzugt über eine Steck- bzw. Mitnahmeverzahnung mit der ersten Ausgangswelle drehfest verbunden. Diese Steckverzahnung umfasst vorzugsweise eine Innenverzahnung am dritten Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes und eine Außenverzahnung an der ersten Ausgangswelle.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes monolithisch, also einteilig, ausgebildet und weist an einer Stirnseite eine Verzahnung auf, wobei diese Verzahnung formschlüssig in eine Verzahnung am Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes eingreift. Mithin ist das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes einerseits an einer Innenumfangsfläche verzahnt, wobei mit dieser Innenverzahnung die Planetenräder des erste Planetenradsatzes kämmen, und andererseits stirnseitig verzahnt, wobei die stirnseitige Verzahnung formschlüssig in die dafür vorgesehene Verzahnung am Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes eingreift. Ferner weist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes eine Außenverzahnung auf, die mit den Planetenrädern des zweiten Planetenradsatzes kämmt. Mithin sind das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes jeweils doppeltverzahnt ausgebildet. Die Verzahnung zur drehfesten Verbindung zwischen dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ist als Kronenverzahnung ausgebildet. Mithin erstrecken sich die Zähne der Verzahnung am Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes im Wesentlichen senkrecht zu den Zähnen der Verzahnung am Hohlrad des ersten Planetenradsatzes. Dadurch wird die Montage des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes und des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes verbessert, denn das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes kann in das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes eingehängt bzw. eingeschoben werden, wobei der Sicherungsring das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes axial fixiert. Diese Verbindung ist somit trennbar ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sicherungsring in einer umlaufenden Nut an der Verzahnung des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Mit anderen Worten ist umlaufend durch die Verzahnung des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes eine Nut zur Aufnahme des Sicherungsrings ausgebildet, wobei der Sicherungsring zur axialen Sicherung des Sonnenrads am Hohlrad zumindest teilweise radial in die Nut eindringt. Insbesondere ist die Nut an einer Innenumfangsfläche des Hohlrads ausgebildet. Bevorzugt ist der Sicherungsring als metallischer Sprengring ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes einen stirnseitig angeordneten sowie sich umlaufend erstreckenden Druckkamm zur axialen Sicherung der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes auf. Mithin ist der Druckkamm nicht als separates Bauteil ausgebildet, sondern in dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes integriert. Dadurch werden die Anzahl der Bauteile und der Montageaufwand verringert. Der Druckkamm kommt stirnseitig an den Planetenrädern des ersten Planetenradsatzes zur Anlage, wodurch die axiale Bewegung des ersten Planetenradsatzes zu dieser Seite hin begrenzt wird.
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Bevorzugt ist auf einer gegenüberliegenden Seite der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes eine Druckkammscheibe zur axialen Sicherung der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes angeordnet und drehfest mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden. Insbesondere weist die Druckkammscheibe an einer Außenumfangsfläche eine Verzahnung auf, die in die Innenverzahnung des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes formschlüssig eingreift. Vorzugsweise ist ein Sicherungsring zur axialen Sicherung der Druckkammscheibe am Hohlrad des ersten Planetenradsatzes angeordnet, wobei der Sicherungsring in einer Nut an einer Innenumfangsfläche des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes angeordnet ist. Bevorzugt ist der Sicherungsring als metallischer Sprengring ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes monolithisch ausgebildet. Somit sind die beiden Verzahnungsabschnitte und der Druckkamm am Sonnenrad einteilig ausgebildet. Dadurch werden Bauteile eingespart und die Montage erleichtert.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mehrteilig ausgebildet und weist zumindest ein Trägerelement und ein Sonnenradelement auf. Dadurch lässt sich die Herstellung des Sonnenrads erleichtern, denn die Innenverzahnung am Sonnenrad kann bedarfsgerecht ohne geometrische Einschränkungen durch das Trägerelement geräumt, gefräst oder geschliffen werden. Beispielsweise ist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes zweiteilig ausgebildet, wobei dann an dem Trägerelement die Verzahnung zum Eingriff am Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und der Druckkamm ausgebildet sind, und wobei die Verzahnung für die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes am Sonnenradelement ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Trägerelement des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes formschlüssig mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und stoffschlüssig mit dem Sonnenradelement verbunden. Mit anderen Worten erfolgt die formschlüssige Verbindung zwischen dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und dem Trägerelement des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes über die als Kronenverzahnung ausgebildet Verzahnung, wobei die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Trägerelement des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes und dem Sonnenradelement des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes über mindestens eine Schweißnaht oder Klebefuge erfolgt.
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Beispielsweise wird das Trägerelement des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes durch Umformen einer verzahnten Blechscheibe ausgebildet. Die umgeformte Blechscheibe wird getrennt von dem Sonnenradelement des Sonnenrads hergestellt und anschließend stoffschlüssig mit dem Sonnenradelement des Sonnenrads verbunden, um das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes auszubilden. Dadurch lässt sich die Herstellung des Sonnenrads erleichtern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes als Sonnenrad ausgebildet, wobei das dritte Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes als Planetenträger ausgebildet ist. Insbesondere sind Planetenradbolzen zur drehbaren Lagerung der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes am Planetenträger des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes als Hohlrad ausgebildet, wobei das dritte Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes als Planetenträger ausgebildet ist. Insbesondere sind Planetenradbolzen zur drehbaren Lagerung der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes am Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes angeordnet.
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Der Innendurchmesser des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes ist im Wesentlichen gleich groß wie der Außendurchmesser des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes. Darunter ist zu verstehen, dass der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes und dem Außendurchmesser des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes weniger als 10% beträgt. Dadurch kann das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes besonders einfach und kompaktbauend mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden werden. Ferner wird auch die Montage des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes und des Hohlrads des ersten Planetenradsatzes vereinfacht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Außendurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes größer als ein Außendurchmesser der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes. Bevorzugt ist der Außendurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes zumindest doppelt so groß wie ein Außendurchmesser der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes. Dadurch wird die Gesamtübersetzung des integralen Differentials gegenüber einem integralen Differential mit gleich großen Planetenrädern erhöht. Bevorzugt ist der Außendurchmesser der Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes um zwei Drittel kleiner als der Außendurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes. Die erhöht weiter die Gesamtübersetzung des integralen Differentials.
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Insbesondere ist der jeweilige Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Ein Minus-Planetenradsatz entspricht einem Planetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem erste Planetenräder drehbar gelagert sind, einem Sonnenrad und einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzter Richtung rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Planetenträger rotiert.
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Alternativ ist der jeweilige Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Ein Plus-Planetensatz unterscheidet sich von dem Minus-Planetensatz dahingehend, dass der Plus-Planetensatz erste und zweite bzw. innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der ersten bzw. inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der zweiten bzw. äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrads. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Richtung rotieren. Bei der Ausbildung eines oder beider Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz ist die Anbindung von Planetenträger und Hohlrad getauscht und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht. Sinngemäß ist dies auch umgekehrt möglich, wenn an Stelle eines Plus-Planetenradsatzes ein Minus-Planetenradsatz vorgesehen werden soll.
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Alternativ ist auch denkbar, einen oder mehrere Planetenradsätze als Stufenplanetenradsätze auszubilden. Jedes Stufenplanentenrad des jeweiligen Stufenplanetenradsatzes umfasst bevorzugt ein erstes Zahnrad mit einem drehfest damit verbundenen zweiten Zahnrad, wobei das erste Zahnrad beispielsweise mit dem Sonnenrad und das zweite Zahnrad entsprechend mit dem Hohlrad in Zahneingriff steht, oder umgekehrt. Diese beiden Zahnräder können beispielsweise über eine Zwischenwelle oder eine Hohlwelle drehfest miteinander verbunden sein. Im Fall einer Hohlwelle kann diese auf einem Bolzen des Planetenträgers drehbar gelagert sein. Vorzugsweise haben die beiden Zahnräder des jeweiligen Stufenplanetenrades unterschiedliche Durchmesser und Zähnezahlen, um ein Übersetzungsverhältnis einzustellen. Außerdem sind auch zusammengesetzte Planetenradsätze denkbar.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst einen Antriebsstrang mit einer Antriebseinheit und einem erfindungsgemäßen Getriebe. Das Getriebe ist mit der Antriebseinheit antriebswirksam verbunden. Die Antriebseinheit ist bevorzugt eine elektrische Maschine, wobei die Eingangswelle des Getriebes ein Rotor der elektrischen Maschine ist oder mit dem Rotor oder einer Rotorwelle drehfest verbunden bzw. gekoppelt ist. Der Rotor ist gegenüber einem gehäusefesten Stator der elektrischen Maschine drehbar gelagert. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise mit einem Akkumulator verbunden, der die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt. Ferner ist die elektrische Maschine bevorzugt von einer Leistungselektronik steuer- bzw. regelbar. Die Antriebseinheit kann alternativ auch ein Verbrennungsmotor sein, wobei die Eingangswelle in diesem Fall beispielsweise eine Kurbelwelle ist oder mit der Kurbelwelle drehfest verbunden bzw. gekoppelt ist.
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Bevorzugt ist die Antriebseinheit koaxial zum integralen Differential angeordnet. Damit ist eine zusätzliche Übersetzung von der Eingangswelle auf die Rotorwelle bzw. den Rotor bzw. die Kurbelwelle der Antriebseinheit nicht erforderlich. Eine der Ausgangswellen ist in diesem Fall durch die Antriebseinheit axial hindurchgeführt.
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Der Antriebsstrang gemäß der vorher beschriebenen Art ist in einem Fahrzeug einsetzbar. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus oder Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z. B. mit einem Gewicht von über 3,5 t). Insbesondere ist das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug umfasst wenigstens zwei Achsen, wobei eine der Achsen eine mittels des Antriebsstrangs antreibbare Achse bildet. An dieser antreibbaren Achse ist der erfindungsgemäße Antriebsstrang wirksam angeordnet, wobei der Antriebsstrang eine Antriebsleistung der Antriebseinheit über das erfindungsgemäße Getriebe auf die Räder dieser Achse überträgt. Es ist auch denkbar für jede Achse einen solchen Antriebsstrang vorzusehen. Der Antriebsstrang ist bevorzugt in Front-Quer-Bauweise verbaut, sodass die Eingangswelle sowie die Ausgangswellen im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind. Alternativ kann der Antriebsstrang schräg zur Längs- und Querachse des Fahrzeugs angeordnet sein, wobei die Ausgangswellen über entsprechende Gelenke mit den Rädern der jeweiligen Achse, die quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet sind, verbunden sind.
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Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes gelten sinngemäß ebenfalls für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang, und umgekehrt.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit demselben Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine stark schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang, der ein erfindungsgemäßes Getriebe aufweist;
- 2 eine stark schematische Ansicht eines Ausschnittes des erfindungsgemäßen Getriebes;
- 3 eine detaillierte schematische Schnittansicht eines Ausschnittes des erfindungsgemäßen Getriebes;
- 4 eine perspektivische Schnittansicht eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Getriebes;
- 5 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnittes des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 6 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnittes des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein Fahrzeug 100 mit einer ersten Achse 101 mit zwei Fahrzeugrädern R1, R2 und einer zweiten Achse 102 mit zwei Fahrzeugrädern R3, R4. Vorliegend ist die erste Achse 101 als hintere Antriebsachse des Fahrzeugs 100 ausgebildet und umfasst einen Antriebsstrang mit einer als elektrischen Maschine ausgebildete Antriebseinheit 10 und einem erfindungsgemäßen Getriebe 1. Die Antriebseinheit 10 ist zum Generieren einer Antriebsleistung eingerichtet und antriebswirksam mit dem Getriebe 1 verbunden. Mithin ist das Fahrzeug 100 als elektrisches Fahrzeug, d. h. als elektrisch antreibbares Fahrzeug ausgebildet. Die Antriebseinheit 10 ist koaxial zum Getriebe 1 sowie quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet und über ein integrales Differential im Getriebe 1 mit den Fahrzeugrädern R1, R2 der ersten Achse 101 antriebswirksam verbunden. Vorliegend ist an der zweiten Achse 102, also an der Frontachse des Fahrzeugs 100, kein weiterer Antriebsstrang angeordnet, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden. Alternativ kann der Antriebsstrang, anstatt an der Heckachse, an der Frontachse des Fahrzeugs 100 angeordnet sein. Zur Realisierung eines Allradantriebsystems kann an der zweiten Achse 102 eine weitere Antriebseinheit angeordnet und mit den Fahrzeugrädern R3, R4 dieser Achse 102 antriebswirksam verbunden sein.
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2 und 3 zeigen einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Getriebes 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei vorliegend das integrale Differential im Fokus ist. Das Getriebe 1 umfasst eine Eingangswelle 2, eine erste Ausgangswelle 3, eine zweite Ausgangswelle 4 sowie einen ersten Planetenradsatz 5 und einen zweiten Planetenradsatz 6. Die beiden Planetenradsätze 5, 6 bilden das integrale Differential und sind im Leistungsfluss zwischen der Eingangswelle 2 und den beiden Ausgangswellen 3, 4 angeordnet. Mittels des ersten Planetenradsatzes 5 ist ein erstes Abtriebsmoment auf die erste Ausgangswelle 3 übertragbar, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes 5 in dem zweiten Planetenradsatz 6 derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die zweite Ausgangswelle 4 übertragbar ist.
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Ein erstes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes 5 ist als Sonnenrad 5.1 ausgebildet und mit der Eingangswelle 2 drehfest verbunden. Ein zweites Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes 5 ist als Hohlrad 5.2 ausgebildet und mit einem ersten, als Sonnenrad 6.1 ausgebildeten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 6 drehfest verbunden. Ein drittes Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes 5 ist als Planetenträger 5.3 ausgebildet und mit der ersten Ausgangswelle 3 drehfest verbunden. An dem Planetenträger 5.3 des ersten Planetenradsatzes 5 sind mehrere Planetenräder 5.4 drehbar gelagert, wobei jedes Planetenrad 5.4 mit dem Sonnenrad 5.1 und dem Hohlrad 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 im Zahneingriff steht. Ein zweites Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 6 ist als Hohlrad 6.2 ausgebildet und mit der zweiten Ausgangswelle 4 drehfest verbunden. Ein drittes Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 6 ist als Planetenträger 6.3 ausgebildet und mit einem ortsfesten Bauelement, das als Gehäuse G ausgebildet ist, drehfest verbunden. An dem Planetenträger 6.3 des zweiten Planetenradsatzes 6 sind mehrere Planetenräder 6.4 drehbar gelagert, wobei jedes Planetenrad 6.4 mit dem Sonnenrad 6.1 und dem Hohlrad 6.2 des zweiten Planetenradsatzes 6 im Zahneingriff steht. Der zweite Planetenradsatz 6 ist axial angrenzend an dem ersten Planetenradsatz 5 angeordnet und die Planetenräder 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 weisen keine axiale Überlappung mit den Planetenrädern 6.4 des zweiten Planetenradsatzes 6 auf. Die beiden Planetenradsätze 5, 6 rotieren um eine gemeinsame Rotationsachse A des Getriebes 1. Die beiden Ausgangswellen 3, 4 sind auf der gemeinsamen Rotationsachse A des Getriebes 1 angeordnet und jeweils mit einem Rad des Fahrzeugs verbunden, wobei dies vorliegend vereinfacht durch einen jeweiligen Pfeil an der jeweiligen Ausgangswelle 3, 4 dargestellt ist.
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Die Planetenräder 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 weisen einen größeren Außendurchmesser als die Planetenräder 6.4 des zweiten Planetenradsatzes 6 auf. Der zweite Planetenradsatz 6 ist mit seinen Radsatzelementen in radialer Richtung außerhalb einer Rotationsachse B des jeweiligen Planetenrades 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 angeordnet. Mithin sind die Planetenräder 6.4 des zweiten Planetenradsatzes 6 radial weiter entfernt von der gemeinsamen Rotationsachse A als die Planetenräder 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5. Dadurch wird Bauraum radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes 6 geschaffen, wobei dieser Bauraum vorteilhaft, insbesondere für Lagerstellen und eine Öleinspeisung, verwendet werden kann.
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3 zeigt den Getriebeausschnitt gemäß 2 detaillierter. Der zweite Planetenradsatz 6 ist axial angrenzend an dem ersten Planetenradsatz 5 angeordnet, wobei die Planetenräder 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 keine axiale Überlappung mit den Planetenrädern 6.4 des zweiten Planetenradsatzes 6 aufweisen. Das zweite Radsatzelement des ersten Planetenradsatzes 5, das als Hohlrad 5.2 ausgebildet ist, ist mit dem als Sonnenrad 6.1 ausgebildeten ersten Radsatzelement des zweiten Planetenradsatzes 6 drehfest verbunden. Dazu ist das Sonnenrad 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 an einer Stirnseite des Hohlrads 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 angeordnet und durch einen Sicherungsring 17 axial fixiert. Das Hohlrad 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 weist einen größeren Außendurchmesser als das Sonnenrad 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 auf. Ein Innendurchmesser des Hohlrads 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 ist auch größer als ein Innendurchmesser des Sonnenrads 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6. Des Weiteren weist das Sonnenrad 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 einen stirnseitig angeordneten sowie sich umlaufend erstreckenden Druckkamm 13 zur axialen Sicherung der Planetenräder 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 auf. Auf einer gegenüberliegenden Seite der Planetenräder 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 ist eine Druckkammscheibe 14 zur axialen Sicherung der Planetenräder 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 angeordnet und drehfest mit dem Hohlrad 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 verbunden. Ferner ist die Druckkammscheibe 14 durch einen Sicherungsring 19 axial am Hohlrad 5.2 fixiert. Beide Sicherungsringe 17, 19 sind als Sprengringe ausgebildet.
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Ein Lagerelement 7 zur Lagerung der zweiten Ausgangswelle 4 ist radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes 6 sowie axial überlappend mit dem zweiten Planetenradsatz 6 angeordnet. Ferner ist eine Öleinspeisung 8 für die zweite Ausgangswelle 4 radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes 6 sowie axial überlappend mit dem zweiten Planetenradsatz 6 angeordnet. Die Öleinspeisung 8 umfasst ein Ringelement 9, das radial zwischen einem als Gehäuse G ausgebildeten ortsfesten Bauteil und der zweiten Ausgangswelle 4 angeordnet ist. Das Lagerelement 7 ist als Rillenkugellager ausgebildet und stützt sich an dem als Gehäuse G ausgebildeten ortsfesten Bauteil ab. Dadurch, dass der jeweilige Außendurchmesser der Planetenräder 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 mehr als doppelt so groß wie der jeweilige Außendurchmesser der Planetenräder 6.4 des zweiten Planetenradsatzes 6 ist, wird die Gesamtübersetzung des integralen Differentials stark erhöht. Durch die vorteilhafte Anordnung des Lagerelements 7 und der Öleinspeisung 8 innerhalb des zweiten Planetenradsatzes 6 ist diese Erhöhung der Gesamtübersetzung bauraumneutral und schafft somit ein besonders kompaktes Getriebe 1.
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4 zeigt das Sonnenrad 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6, das Hohlrad 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5, die beiden Sicherungsringe 17, 19, die am Hohlrad 5.2 angeordnet sind, und die Druckkammscheibe 14 gemäß 3 isoliert von den anderen Bauteilen des Getriebes 1. Das Sonnenrad 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 ist monolithisch, also einteilig, ausgebildet und weist einen als Trägerelement 15 ausgebildeten ersten Abschnitt und einen als Sonnenradelement 16 ausgebildeten zweiten Abschnitt auf. An dem als Trägerelement 15 ausgebildeten ersten Abschnitt sind eine Verzahnung 12, die sich in radialer Richtung nach außen erstreckt, und der Druckkamm 13, der sich in axialer Richtung zu den Planetenrädern des ersten Planetenradsatzes erstreckt, ausgebildet. Demgegenüber ist an dem als Sonnenradelement 16 ausgebildeten zweiten Abschnitt eine Außenverzahnung ausgebildet, die im montierten Zustand dazu eingerichtet ist, mit den Planetenrädern des zweiten Planetenradsatzes im Zahneingriff zu stehen. Das Hohlrad 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 ist monolithisch ausgebildet und weist an einer Stirnseite eine Verzahnung 11 auf, die sich in axialer Richtung erstreckt und formschlüssig in die Verzahnung 12 am Sonnenrad 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 eingreift. Der Sicherungsring 17 ist in einer umlaufenden Nut 18 an der Verzahnung 11 des Hohlrads 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 angeordnet und sichert das Sonnenrad 6.1 axial am Hohlrad 5.2. Ferner weist das Hohlrad 5.2 eine Innenverzahnung auf, die im montierten Zustand dazu eingerichtet ist, mit den Planetenrädern des ersten Planetenradsatzes im Zahneingriff zu stehen. Die Druckkammscheibe 14 ist mit dem Sicherungsring 19, der in einer umlaufenden Nut 20 an der Innenumfangsfläche des Hohlrads 5.2 angeordnet ist, axial am Hohlrad 5.2 gesichert.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes 1. Das Getriebe 1 gemäß 5 entspricht im Wesentlichen dem Getriebe 1 gemäß 3, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung des Sonnenrades 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 besteht. Vorliegend ist das Sonnenrad 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 nicht monolithisch, sondern zweiteilig ausgebildet und weist ein Trägerelement 15 und ein Sonnenradelement 16 auf. Das Trägerelement 15 des Sonnenrads 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 ist formschlüssig über die Verzahnung 12 mit dem Hohlrad 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 und stoffschlüssig über eine Schweißnaht 21 mit dem Sonnenradelement 16 verbunden. Dadurch kann die Herstellung der Außenverzahnung des Sonnenrades 6.1, welche an dem Sonnenradelement 16 ausgebildet ist, vorteilhaft ohne Wesentliche Geometrieeinschränkungen der Werkzeuge erfolgen. An dem Trägerelement 15 sind die Verzahnung 12 zur drehfesten Anbindung des Hohlrades 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 und der Druckkamm 13, der sich in axialer Richtung zu den Planetenrädern 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 erstreckt, ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, auf das Bezug genommen wird.
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6 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes 1, wobei der Fokus auf dem Trägerelement 15 des Sonnenrads 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 liegt. Das Getriebe 1 gemäß 6 entspricht im Wesentlichen dem Getriebe 1 gemäß 5, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung des Trägerelements 15 des Sonnenrads 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 besteht. Vorliegend ist das Trägerelement 15 des Sonnenrads 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 durch Umformen einer verzahnten Blechscheibe ausgebildet. Das Trägerelement 15 des Sonnenrads 6.1 des zweiten Planetenradsatzes 6 ist formschlüssig über die Verzahnung 12 mit dem Hohlrad 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5 und stoffschlüssig über eine Schweißnaht 21 mit dem Sonnenradelement 16 verbunden. An dem Trägerelement 15 ist nicht nur die Verzahnung 12 zur drehfesten Anbindung des Hohlrades 5.2 des ersten Planetenradsatzes 5, sondern auch der Druckkamm 13, der sich in axialer Richtung zu den Planetenrädern 5.4 des ersten Planetenradsatzes 5 erstreckt, ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 6 dem Ausführungsbeispiel gemäß 5, auf das Bezug genommen wird.
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Bezugszeichen
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- 1
- Getriebe
- 2
- Eingangswelle
- 3
- Erste Ausgangswelle
- 4
- Zweite Ausgangswelle
- 5
- Erster Planetenradsatz
- 5.1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- 5.2
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- 5.3
- Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
- 5.4
- Planetenrad des ersten Planetenradsatzes
- 6
- Zweiter Planetenradsatz
- 6.1
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 6.2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- 6.3
- Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
- 6.4
- Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 7
- Lagerelement
- 8
- Öleinspeisung
- 9
- Ringelement
- 10
- Antriebsmaschine
- 11
- Verzahnung am Hohlrad
- 12
- Verzahnung am Sonnenrad
- 13
- Druckkamm
- 14
- Druckkammscheibe
- 15
- Trägerelement
- 16
- Sonnenradelement
- 17
- Sicherungsring
- 18
- Nut
- 19
- Sicherungsring
- 20
- Nut
- 21
- Schweißnaht
- G
- Gehäuse
- A
- Rotationsachse
- B
- Rotationsachse
- 100
- Fahrzeug
- 101
- erste Achse
- 102
- zweite Achse
- R1
- Fahrzeugrad
- R2
- Fahrzeugrad
- R3
- Fahrzeugrad
- R4
- Fahrzeugrad