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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug. Zudem bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Antriebsstränge mit je einem Elektromotor pro Achse für Kraftfahrzeuge. Dadurch können die Achsen unterschiedlich mit Antriebsleistung versorgt werden. Allerdings kann bei einer schlupfenden Achse nicht mehr die volle Antriebsleistung an einer anderen Achse zur Verfügung gestellt werden. Dann kann die Antriebsleistung des verbleibenden Motors gegebenenfalls nicht mehr ausreichend sein, um das Kraftfahrzeug wie gewünscht zu bewegen. Deshalb kann eine Sperre zwischen zwei Achsen vorgesehen sein. Trotzdem muss dann pro Elektromotor ein Getriebe vorgesehen sein, welches beispielsweise einen Winkeltrieb und ein Differential aufweist und dazu ausgebildet ist, verschiedene Übersetzungen bereitzustellen. Auch die Sperre bildet ein zusätzliches Bauteil, welches Bauraum benötigt und gewartet werden muss. Dadurch ist der Antriebsstrang teuer, schwer und benötigt viel Bauraum.
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Darstellung der Erfindung
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Ein erster Aspekt betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug. Ein Antriebsstrang kann dazu ausgebildet sein, einen Vortrieb für das Kraftfahrzeug bereitzustellen. Der Antriebsstrang kann dafür beispielsweise einen Motor und einen Abtrieb aufweisen. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als Personenkraftwagen, Arbeitsmaschine oder auch Sonderfahrzeug, wie ein Feuerlöschfahrzeug, ausgebildet sein.
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Der Antriebsstrang weist wenigstens eine erste Elektromaschine, welche zum Bereitstellen eines ersten Antriebsmoments ausgebildet ist, und eine zweite Elektromaschine, welche zum Bereitstellen eines zweiten Antriebsmoments ausgebildet ist, auf. Eine Elektromaschine kann beispielsweise einen Stator und einen Rotor aufweisen. Eine Elektromaschine kann zum Wandeln einer elektrischen Energie in eine mechanische Energie ausgebildet sein. Die Elektromaschinen können zusätzlich zur Rekuperation ausgebildet sein. Das Antriebsmoment kann an einer Motorwelle der jeweiligen Elektromaschine bereitgestellt werden. Die Nummerierung der Antriebsmomente als erstes Antriebsmoment und zweites Antriebsmoment dient dabei der Zuordnung zu der jeweiligen Elektromaschine. Die Elektromaschinen können beispielsweise als Asynchronmaschinen oder Synchronmaschinen ausgebildet sein. Für jede Elektromaschine kann ein Inverter vorgesehen sein. Der Antriebsstrang kann einen elektrischen Energiespeicher, wie eine Batterie, aufweisen, mittels welcher die Elektromaschinen mit elektrischer Energie versorgbar sind.
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Der Antriebsstrang weist eine erste angetriebene Achse und eine zweite angetriebene Achse auf. Eine angetriebene Achse kann beispielsweise eine vordere oder hintere Achse des Kraftfahrzeugs sein. An den beiden Enden jeder angetriebenen Achse können ein oder mehrere Räder oder andere Abtriebsmittel befestigt sein. Mit den Rädern kann das Kraftfahrzeug auf einem Untergrund stehen. Der Antriebsstrang kann dazu ausgebildet sein, an die angetriebenen Achsen Antriebsmomente zu übertragen, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Eine angetriebene Achse kann beispielsweise ein Differential aufweisen, welches beispielsweise auch eine Differentialsperre aufweisen kann.
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Der Antriebsstrang weist ein Verteilergetriebe auf. Das Verteilergetriebe ist dazu ausgebildet ist, das erste Antriebsmoment und das zweite Antriebsmoment an die beiden angetriebenen Achsen wahlweise mit einer ersten oder wenigstens einer dazu verschiedenen zweiten Übersetzung zu übertragen. Beispielsweise kann das Verteilergetriebe dafür zwei unterschiedliche Stirnradstufen aufweisen, wobei durch ein Schaltelement wahlweise die Antriebsmomente über eine erste oder eine zweite der beiden Stirnradstufen übertragen wird. Das Verteilergetriebe kann beispielsweise einen Planetenradsatz aufweisen, dessen Übersetzung von einer Eingangswelle zu einer Ausgangswelle durch ein Schaltelement veränderbar ist. Das Verteilergetriebe kann auch mehr als zwei Übersetzungsstufen aufweisen. Das Verteilergetriebe kann auch für eine stufenlose Veränderung der Übersetzung ausgebildet sein. Das Verteilergetriebe kann auch dazu ausgebildet sein, einen Leerlauf bereitzustellen. Das Verteilgetriebe kann dazu ausgebildet sein, unterschiedliche Übersetzungsstufen bei der Drehmomentübertragung bereitzustellen. Durch die wenigstens zwei wählbaren Übersetzungen kann bei dem Antriebsstrang auf ein Getriebe pro Elektromaschine verzichtet werden, wodurch der Antriebsstrang kompakt, leicht und kostengünstig sein kann.
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Das Verteilergetriebe kann dazu ausgebildet sein, das erste Antriebsmoment und das zweite Antriebsmoment zu summieren, beispielsweise vor deren Übersetzung. Das Verteilergetriebe kann zur Antriebsleistungsübertragung von den beiden Elektromaschinen zu jeweiligen angetriebenen Achsen ausgebildet sein. Das Verteilergetriebe kann beispielsweise für eine konstante Verteilung von Antriebsmomenten an die beiden angetriebenen Achsen ausgebildet sein. Das Verteilergetriebe kann aber auch für eine variable Verteilung von Antriebsmomenten an die beiden angetriebenen Achsen ausgebildet sein. Beispielsweise kann durch ein entsprechendes Schalten nur die erste Achse oder nur die zweite Achse wahlweise mit Antriebsmomenten versorgbar sein. In einem weiteren Modus wird an beide Achsen Antriebsmomente geleitet.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass das Verteilergetriebe eine einzige Eingangswelle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist. An dem ersten Ende kann die erste Elektromaschine koppelbar sein und an dem zweiten Ende die zweite Elektromaschine. Durch diese Bauweise können besonders einfach und robust die beiden Antriebsmomente der Elektromaschinen summiert werden, bevor das Antriebsmoment mit einer der wenigstens zwei Übersetzungen zu jeweiligen angetriebenen Achsen des Antriebsstrangs übertragen wird. Eine solche Bauweise kann besonders sinnvoll sein, wenn die beiden Elektromaschinen für gleiche oder zumindest ähnliche Drehzahlbereiche ausgebildet sind. Beispielsweise kann jedes Ende der Eingangswelle einen Flansch aufweisen, an welchem eine Motorwelle permanent verbunden ist oder schaltbar drehfest verbindbar ist. Jedes Ende der einzigen Eingangswelle kann beispielsweise von einem Gehäuse des Verteilergetriebes vorstehen.
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Alternativ kann das Verteilergetriebe auch zwei Eingangswellen aufweisen, wobei jeweils eine der beiden Elektromaschinen mit einer der beiden Eingangswellen koppelbar ist. Dadurch können die Antriebsmomente der beiden Elektromaschinen mit unterschiedlichen Vorübersetzungen vor einer Summierung eingespeist werden. Dies kann eine Integration unterschiedlicher Elektromaschinen vereinfachen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass eine Motorwelle der ersten Elektromaschine permanent drehfest mit der Eingangswelle des Verteilergetriebes verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass eine Motorwelle der zweiten Elektromaschine permanent drehfest mit der Eingangswelle des Verteilergetriebes verbunden ist. Es kann sich eine kostengünstige und robuste Bauweise mit wenig Schaltelementen ergeben. Eine Motorwelle kann beispielsweise permanent drehfest mit einem Rotor einer Elektromaschine verbunden sein oder diesen ausbilden. Eine permanente drehfeste Verbindung kann bedeuten, dass in allen bestimmungsgemäßen Zuständen zwei drehende Elemente gemeinsam mit einer gleichen Winkelgeschwindigkeit rotieren. Eine permanente drehfeste Verbindung kann beispielsweise mit einer Verschraubung oder durch eine einstückige Bauweise gebildet werden.
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Alternativ kann die Motorwelle der ersten Elektromaschine drehfest mit der Eingangswelle des Verteilergetriebes verbindbar sein. Beispielsweise kann die Motorwelle durch eine Betätigung eines Schaltelements drehfest mit der Eingangswelle verbunden werden. Die drehfeste Verbindung kann auch einen gewollten oder ungewollten Schlupf aufweisen, beispielsweise bei einem als reibschlüssige Kupplung ausgebildeten Schaltelement. In diesem Kontext wird die Verbindung trotzdem als drehfest angesehen. Für eine zusätzliche Vorübersetzung können Motorwellen auch über eine oder mehrere Stirnradstufen mit der Eingangswelle des Verteilergetriebes mechanisch wirkverbunden oder wirkverbindbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Motorwelle der zweiten Elektromaschine drehfest mit der Eingangswelle des Verteilergetriebes verbindbar sein.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass das Verteilergetriebe eine erste Ausgangswelle, welche mit der ersten angetriebenen Achse koppelbar ist, aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann das Verteilergetriebe eine zweite Ausgangswelle, welche mit der zweiten angetriebenen Achse koppelbar ist, aufweisen. Dadurch ist eine variable Antriebsmomentverteilung an die beiden angetriebenen Achsen möglich. Durch die koppelbare Verbindung kann beispielsweise eine der beiden angetriebenen Achsen abgekoppelt werden, um Antriebsmomente nur an eine nicht schlupfende Achse zu leiten. Es kann eine permanente drehfeste Verbindung oder mechanische Wirkverbindung zwischen jeweiligen Ausgangswellen des Verteilergetriebes und den angetriebenen Achsen vorgesehen sein. Die Ausgangswellen können beispielsweise mittels einer Kardanwelle jeweils mit einer oder auch mehreren angetriebenen Achsen verbunden sein. Die beiden Ausgangswellen können beispielsweise bei einer gewählten Übersetzungsstufe des Verteilergetriebes eine unterschiedliche Drehzahl aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass die beiden Ausgangswellen des Verteilergetriebes koaxial zueinander angeordnet sind. Dadurch kann sich eine besonders kompakte Bauweise ergeben. Zudem kann so ein Höhenausgleich zwischen den Ausgangswellen des Verteilergetriebes und den angetriebenen Achsen überflüssig sein, beispielsweise wenn beide angetriebenen Achsen gleichartig ausgebildet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass die beiden Ausgangswellen des Verteilergetriebes achsparallel versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch kann beispielsweise ein Höhenausgleich zwischen den Ausgangswellen des Verteilergetriebes und den angetriebenen Achsen überflüssig sein, falls die beiden angetriebenen Achsen eine unterschiedliche Höhe aufweisen. Beispielsweise können Räder an einer Hinterachse einen größeren Durchmesser als an einer Vorderachse aufweisen, wodurch sich eine entsprechende Anordnung ergeben kann. Beispielsweise können die beiden Ausgangswellen in Fahrzeughochrichtung zueinander versetzt angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die beiden Ausgangswellen in Fahrzeugquerrichtung an der gleichen Position angeordnet sein, beispielsweise mittig.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass das Verteilergetriebe eine einzige Ausgangswelle aufweist, welche mit der ersten angetriebenen Achse und der zweiten angetriebenen Achse koppelbar ist. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Bauweise. Eine solche Bauweise kann besonders sinnvoll sein, wenn beide angetriebenen Achsen normalerweise mit der gleichen Drehzahl angetrieben werden sollen. Beispielsweise kann die einzige Ausgangswelle mit beiden angetriebenen Achsen permanent drehfest oder schaltbar drehfest verbindbar sein.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass die beiden Elektromaschinen für den gleichen Drehzahlbereich ausgebildet sind. Beispielsweise können die beiden Elektromaschinen in dem gleichen Drehzahlbereich betreibbar sein und alternativ oder zusätzlich bei dem gleichen Drehzahlbereich einen gleichen Wirkungsgrad aufweisen. Dadurch kann das Verteilergetriebe besonders einfach sein, ebenso wie die Ansteuerung der Elektromaschinen. Beispielsweise können beide Elektromaschinen identisch ausgebildet sein, wodurch viele Gleichteile bei dem Antriebsstrang verbaut sein können.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang eine dritte angetriebene Achse aufweist. Beispielsweise kann die dritte angetriebene Achse benachbart zu der zweiten angetriebenen Achse angeordnet sein. Eine Geländegängigkeit und maximales Gewicht des Kraftfahrzeugs können aufgrund der dritten angetriebenen Achse hoch sein. Das Verteilergetriebe kann dazu ausgebildet sein, das erste Antriebsmoment und das zweite Antriebsmoment auch an die dritte angetriebene Achse wahlweise mit der ersten oder der zweiten Übersetzung zu übertragen. Dadurch kann auf ein zusätzliches Getriebe und alternativ oder zusätzlich weitere Motoren zum Antreiben der dritten Achse verzichtet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, dass von dem Verteilergetriebe Antriebsmomente gemeinsam an die zweite angetriebene Achse und die dritte angetriebene Achse übertragen werden. Die zweite Achse kann beispielsweise mit der dritten Achse mechanisch wirkverbunden sein. Die zweite Achse kann als Durchgangsachse ausgebildet sein. Antriebsmomente können beispielsweise von dem Verteilergetriebe an die dritte Achse über die zweite Achse übertragen werden. Dadurch kann die dritte angetriebene Achse einfach in dem Kraftfahrzeug integriert werden.
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Alternativ kann die dritte angetriebene Achse direkt mit dem Verteilergetriebe verbunden sein, um Antriebsmomente an die dritte angetriebene Achse unter Umgehung anderer angetriebener Achsen zu übertragen. Dafür kann beispielsweise eine dritte Kardanwelle vorgesehen sein. Dann kann die dritte Achse unabhängig von anderen Achsen angetrieben werden, wodurch Antriebsmomente flexibler an jeweilige Achsen verteilt werden können. Das Verteilergetriebe kann dafür beispielsweise auch eine dritte Ausgangswelle aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang eine vierte angetriebene Achse aufweist. Das Verteilergetriebe kann dazu ausgebildet sein, das erste Antriebsmoment und das zweite Antriebsmoment auch an die vierte angetriebene Achse wahlweise mit der ersten oder der zweiten Übersetzung zu übertragen. Damit kann noch eine weitere angetriebene Achse vorgesehen sein. Beispielsweise kann die vierte angetriebene Achse benachbart zu der ersten angetriebenen Achse angeordnet sein. Eine Geländegängigkeit und maximales Gewicht des Kraftfahrzeugs können aufgrund der vierten angetriebenen Achse hoch sein.
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In einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, dass von dem Verteilergetriebe Antriebsmomente gemeinsam an die erste angetriebene Achse und die vierte angetriebene Achse übertragen werden. Die erste Achse kann beispielsweise mit der vierten Achse mechanisch wirkverbunden sein. Die erste Achse kann als Durchgangsachse ausgebildet sein. Antriebsmomente können beispielsweise von dem Verteilergetriebe an die vierte Achse über die erste Achse übertragen werden. Dadurch kann die vierte angetriebene Achse einfach in dem Kraftfahrzeug integriert werden.
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Alternativ kann die vierte angetriebene Achse direkt mit dem Verteilergetriebe verbunden sein, um Antriebsmomente an die vierte angetriebene Achse unter Umgehung anderer angetriebener Achsen zu übertragen. Dafür kann beispielsweise eine vierte Kardanwelle vorgesehen sein. Dann kann die vierte Achse unabhängig von anderen Achsen angetrieben werden, wodurch Antriebsmomente flexibler an jeweilige Achsen verteilt werden können. Das Verteilergetriebe kann dafür beispielsweise auch eine vierte Ausgangswelle aufweisen.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist einen Antriebsstrang gemäß dem ersten Aspekt auf. Jeweilige Vorteile und weitere Merkmale sind der Beschreibung des ersten Aspekts zu entnehmen, wobei Ausgestaltungen des ersten Aspekts auch Ausgestaltungen des zweiten Aspekts und umgekehrt bilden. Der Antriebsstrang ist dazu ausgebildet, einen Fahrantrieb für das Kraftfahrzeug bereitzustellen. Beispielsweise kann mit dem ersten Antriebsmoment und alternativ oder zusätzlich dem zweiten Antriebsmoment mit dem Kraftfahrzeug vorwärts und rückwärts gefahren werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist es vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug einen weiteren Motor, welcher beispielsweise als Elektromaschine ausgebildet ist, aufweist. Dieser weitere Motor bzw. diese weitere Elektromaschine kann zum Antrieben eines Nebenverbrauchers ausgebildet sein. Beispielsweise kann so für eine Zapfwelle ein Drehmoment bereitgestellt werden. Das Verteilergetriebe kann so besonders einfach und kompakt sein. Beispielsweise kann das Verteilergetriebe frei von einer Zapfwelle sein.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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- 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug.
- 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug.
- 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt einen Antriebsstrang 10 für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Elektromaschine EM1 und einer dazu gleich ausgebildeten zweiten Elektromaschine EM2. Die erste Elektromaschine EM1 ist zum Bereitstellen eines ersten Antriebsmoments an einer ersten Motorwelle ausgebildet. Die zweite Elektromaschine EM2 ist zum Bereitstellen eines zweiten Antriebsmoments an einer zweiten Motorwelle ausgebildet, wobei die zweite Elektromaschine EM2 nur eine Motorwelle aufweist. Der Antriebsstrang 10 weist ein Verteilergetriebe 12 auf. Das Verteilergetriebe 12 weist eine einzige Eingangswelle 14 auf, welche sich quer durch ein Gehäuse des Verteilergetriebes 12 hindurch erstreckt. An einer linken Seite weist die Eingangswelle 14 einen Flansch auf, welcher in der gezeigten Ausführungsform permanent drehfest mit der ersten Motorwelle verbunden ist. An einer rechten Seite weist die Eingangswelle 14 einen weiteren Flansch auf, welcher in der gezeigten Ausführungsform permanent drehfest mit der zweiten Motorwelle verbunden ist. Dadurch sind die beiden Elektromaschinen EM1, EM2 mit dem Verteilergetriebe 12 gekoppelt und das erste Antriebsmoment und das zweite Antriebsmoment werden an der Eingangswelle 14 summiert.
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Das Verteilergetriebe 12 weist eine erste Ausgangswelle 16 und eine zweite Ausgangswelle 18 auf. Das Verteilergetriebe 12 ist oder ausgebildet. So kann wahlweise wenigstens mit einer ersten Übersetzung und einer dazu verschiedenen zweiten Übersetzung das an der Eingangswelle 14 summierte Drehmoment an die beiden Ausgangswellen 16, 18 von dem Verteilergetriebe 12 übertragen werden. Die Verteilung der Antriebsmomente an die beiden Ausgangswellen 16, 18 ist dabei varierbar.
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Die erste Ausgangswelle 16 ist mit einer ersten angetriebenen Achse 20 mittels einer ersten Kardanwelle mechanisch wirkverbunden. Die zweite Ausgangswelle 18 ist mit einer zweiten angetriebenen Achse 22 mittels einer zweiten Kardanwelle mechanisch wirkverbunden. An jeder angetriebenen Achse 20, 22 sind beidseitig Räder befestigt, mittels welchen das Kraftfahrzeug auf einem Untergrund steht und jeweilige Antriebsmomente eingeleitet werden.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Antriebsstrangs 10. Diese Ausführungsform ist in wesentlichen Teilen gleich zu der ersten Ausführungsform ausgebildet und es werden nur Unterschiede erläutert. Bei der zweiten Ausführungsform ist lediglich eine dritte angetriebene Achse 24 zusätzlich vorgesehen. Das Verteilergetriebe 12 ist dazu ausgebildet, das erste Antriebsmoment und das zweite Antriebsmoment auch an die dritte angetriebene Achse 24 wahlweise mit der ersten oder der zweiten Übersetzung zu übertragen. Dazu ist die dritte angetriebene Achse 24 mit der zweiten angetriebenen Achse 22 mechanisch wirkverbunden. Jeweilige Antriebsmomente werden also von der zweiten Ausgangswelle 18 über die zweite angetriebene Achse 22 an die dritte angetriebene Achse 24 übertragen. Die dritte angetriebene Achse 24 ist benachbart zu der zweiten angetriebenen Achse 22 angeordnet. Die zweite angetriebene Achse 22 ist zur Drehmomentweiterleitung an die dritte angetriebene Achse 24 ausgebildet.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Antriebsstrangs 10. Diese Ausführungsform ist in wesentlichen Teilen gleich zu der zweiten Ausführungsform ausgebildet und es werden nur Unterschiede erläutert. Bei der dritten Ausführungsform ist lediglich eine vierte angetriebene Achse 26 zusätzlich vorgesehen. Das Verteilergetriebe 12 ist dazu ausgebildet, das erste Antriebsmoment und das zweite Antriebsmoment auch an die vierte angetriebene Achse 26 wahlweise mit der ersten oder der zweiten Übersetzung zu übertragen. Dazu ist die vierte angetriebene Achse 26 mit der ersten angetriebenen Achse 20 mechanisch wirkverbunden. Jeweilige Antriebsmomente werden also von der ersten Ausgangswelle 16 über die erste angetriebene Achse 20 an die vierte angetriebene Achse 26 übertragen. Die vierte angetriebene Achse 26 ist benachbart zu der ersten angetriebenen Achse 20 angeordnet. Die erste angetriebene Achse 20 ist zur Drehmomentweiterleitung an die vierte angetriebene Achse 26 ausgebildet.
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Bezugszeichen
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- 10
- Antriebsstrang
- 12
- Verteilergetriebe
- 14
- Eingangswelle
- 16
- erste Ausgangswelle
- 18
- zweite Ausgangswelle
- 20
- erste angetriebene Achse
- 22
- zweite angetriebene Achse
- 24
- dritte angetriebene Achse
- 26
- vierte angetriebene Achse
- EM1
- erste Elektromaschine
- EM2
- zweite Elektromaschine