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Diese
Erfindung betrifft Lastschaltgetriebe, und im Besonderen Lastschaltgetriebe,
die mehrere mechanische Kupplungen und Planetenradsätze anwenden.
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Mehrgang-Lastschaltgetriebe,
die mechanische Kupplungen, wie etwa Synchronisiereinrichtungen,
anwenden, umfassen im Allgemeinen Paare kämmender außen verzahnter Zahnräder, um
Fahr- oder Drehzahlverhältnisse
zwischen einer Getriebeantriebswelle und einer Getriebeabtriebswelle
herzustellen. Diese Getriebe erfordern ein Paar kämmender
Zahnräder
für jeden
der Vorwärtsgänge, abgesehen
von dem direkten, und eineinhalb Zahnradpaare für den Rückwärtsgang.
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Jedes
der Zahnradpaare umfasst eine Synchronisiereinrichtung oder mechanische
Kupplung, die eines der Zahnräder
mit entweder der Hauptwelle oder einer Vorgelegewelle in Eingriff
bringt, während das
andere Zahnrad dieser Kämmung
durch eine der anderen Wellen kontinuierlich angetrieben wird. Die Synchronisiereinrichtungen
sind im Allgemeinen Zweiwege-Synchronisiereinrichtungen, so dass
jede Synchronisiereinrichtungskupplung eine Schaltmuffe und ein
Abtriebselement aufweist, das einzeln mit der Schaltmuffe in Verbindung
gebracht werden kann. Die Synchronisiereinrichtungen werden dann
zwischen zweien der Zahnradpaare auf einer gegebenen Welle platziert
oder sind dort gelegen, so dass eine einzelne Synchronisiereinrichtung,
die zwei Abtriebsseiten aufweist, zwei Zahnradkämmungen steuern kann.
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Beispielsweise
würde ein
Zehnganggetriebe, das einen einzigen Rückwärtsgang aufweist, zehneinhalb
Zahnradpaare erfordern, unter der Annahme, dass einer der Gänge ein
direkter Gang ist, und fünfeinhalb
Synchronisiereinrichtungen. Der Rückwärtsgang würde normalerweise das Antriebszahnrad
für den
ersten Gang, ein Zwischenzahnrad und ein separates Abtriebszahnrad
umfassen. Daher liegt der Zahlenwert des Rückwärtsgangs bzw. Rückwärts-Übersetzungsverhältnisses
nahe bei dem des ersten Gangs.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Planetenradanordnung bereit, die
zwei Planetenradsätze und
sechs mechanische Kupplungen oder Synchronisiereinrichtungen verwendet,
um zwölf
Vorwärtsgänge und
vier Rückwärtsgänge zu erzielen.
Von den zwölf
Vorwärtsgängen stellen
zehn einen nutzbaren Fortschritt für ein Automatikgetriebe bereit.
Ebenso sind von den vier Rückwärtsgängen nur
ein oder zwei für
die Verwendung in einem Kraftfahrzeug praxistauglich. Eine typische
Vorgelegewellenanordnung würde
zehneinhalb Paare außen
verzahnter Zahnräder
erfordern, wie es oben erwähnt
wurde. Bei der vorliegenden Erfindung ist einer der Planetenradsätze ein
zusammengesetzter Planetenradsatz, während der andere ein einfacher
Planetenradsatz ist.
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Es
ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Handschaltgetriebe,
das Planetenradsätze
anwendet, bereitzustellen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist einer der Planetenradsätze ein
zusammengesetzter Planetenradsatz, und der andere der Planetenradsätze ist
ein einfacher Planetenradsatz.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden sechs Synchronkupplungen
angewandt, um zehn Vorwärtsgänge und
einen Rückwärtsgang
zwischen einer Getriebeantriebswelle und einer Getriebeabtriebswelle
bereitzustellen.
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind zwei der Synchronkupplungen
Dreiwege-Synchronmechanismen und vier der Synchronkupplungen sind
Zweiwege-Synchronmechanismen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können ein Sonnenrad, ein Planetenträger und
ein Hohlrad jeweils mit einer Getriebeantriebswelle über einen
der Dreiwege-Synchronmechanismen verbunden werden.
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In
noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind das Hohlrad,
das Sonnenrad und der Planetenträger
des einfachen Planetenradsatzes jeweils mit zwei Elementen des zusammengesetzten Planetenradsatzes über einen
der Zweiwege-Synchronmechanismen und einen Dreiwege-Synchronmechanismus
verbindbar.
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In
nochmals einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können zwei
der Elemente des zusammengesetzten Planetenradsatzes mit einem Masseelement über einen
der Zweiwege-Synchronmechanismen verbunden werden, und zwei der
Elemente der einfachen Planetenradsätze können mit einem Masseelement
mit einem der Zweiwege-Synchronmechanismen verbunden werden.
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In
einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind zwei
der Elemente des einfachen Planetenradsates mit der Getriebeabtriebswelle über einen
anderen der Zweiwege-Synchronmechanismen verbindbar.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen ist:
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1 eine
schematische Darstellung eines Planetengetriebes, das die vorliegende
Erfindung anwendet; und
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2 ein
Schaubild, das den Eingriff der Synchronmechanismen in dem in 1 gezeigten Planetengetriebe
beschreibt, um einen Rückwärtsgang
und zehn Vorwärtsgänge herzustellen.
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In
den Zeichnungen ist in 1 ein Antriebsstrang 10 zu
sehen, der einen herkömmlichen
Verbrennungsmotor 12, eine Antriebskupplung 14,
eine Planetenradanordnung 16 und eine Abtriebswelle 18 aufweist.
Die Planetenradanordnung 16 umfasst zwei Planetenradsätze 20 und 22.
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Der
Planetenradsatz 20 ist ein zusammengesetzter Planetenradsatz,
der ein Sonnenrad 24, ein Hohlrad 26 und eine
Planetenträgeranordnung 28 aufweist.
Die Planetenträgeranordnung 28 weist Paare
kämmender
Zahnräder 30 und 32 auf,
die an einem Planetenträger 34 drehbar
montiert sind.
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Der
Planetenradsatz 22 ist ein einfacher Planetenradsatz, der
ein Sonnenrad 36, ein Hohlrad 38 und eine Planetenträgeranordnung 40 aufweist.
Die Planetenträgeranordnung 40 umfasst
mehrere Planetenräder 42,
die an einem Planetenträger 44 drehbar
montiert und in kämmender
Beziehung mit sowohl dem Sonnenrad 36 als auch dem Hohlrad 38 angeordnet
sind.
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Die
Planetenradanordnung 16 umfasst auch sechs mechanische
Kupplungen oder Drehmomentübertragungsmechanismus-Synchronmechanismen 46, 48, 50, 52, 54 und 56.
Die Synchronmechanismen 46 und 50 sind herkömmliche
Dreiwege-Synchronmechanismen, während
die Synchronmechanismen 48, 52, 54 und 56 herkömmliche
Zweiwege-Synchronmechanismen sind.
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Der
Synchronmechanismus 46 ist zwischen eine Getriebeantriebswelle 58 und
den zusammengesetzten Planetenradsatz 20 geschaltet. Die
Antriebswelle 58 ist kontinuierlich mit der Antriebskupplung 14 verbunden,
so dass bei in Eingriff stehender Kupplung 14 die Antriebswelle 58 von
dem Motor 12 angetrieben wird. Der Synchronmechanismus 46 weist
drei Abtriebselemente 46A, 46B und 46C auf. Das
Abtriebselement 46A ist kontinuierlich mit dem Sonnenrad 24 verbunden,
das Abtriebselement 46B ist kontinuierlich mit dem Hohlrad 26 verbunden
und das Abtriebselement 46C ist kontinuierlich mit dem Planetenträger 34 verbunden.
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Der
Synchronmechanismus 48 weist zwei Antriebselemente 48A und 48B und
ein Abtriebselement 48C auf. Das Antriebselement 48A ist
kontinuierlich mit dem Hohlrad 26 verbunden, und das Antriebselement 48B ist
kontinuierlich mit dem Planetenträger 34 verbunden.
Das Abtriebselement 48C ist mit einer Naben- und Wellenanordnung 60 verbunden,
die mit einem Antriebselement 50A des Synchronmechanismus 50 in
Antriebsverbindung steht.
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Der
Synchronmechanismus 50 weist drei Abtriebselemente 50B, 50C und 50D auf.
Das Abtriebselement 50B ist kontinuierlich mit dem Sonnenrad 36 verbunden,
das Abtriebselement 50C ist kontinuierlich mit dem Hohlrad 38 verbunden,
und das Abtriebselement 50D ist kontinuierlich mit dem
Planetenträger 44 verbunden.
Es sollte somit deutlich sein, dass die Synchronkupplung 48 betreibbar
ist, um das Hohlrad 26 selektiv mit irgendeinem der Elemente
des Planetenradsatzes 22 zu verbinden, und der Planetenträger 34 selektiv
mit irgendeinem der Elemente des Planetenradsatzes 22 verbindbar
ist.
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Die
Dreiwege-Synchronkupplungen können aus
einer herkömmlichen
Einwege-Synchronisiereinrichtung und einer herkömmlichen Zweiwege-Synchronisiereinrichtung
bestehen. Diese Synchronisiereinrichtungen sind derart verknüpft, dass
beide ein gemeinsames Element, wie etwa eine Antriebsnabe, aufweisen
und die Abtriebsringe mit jeweiligen Zahnradelementen verbunden
sind. Beispielsweise können
bei der Synchronkupplung 46 die Antriebsnaben von sowohl
einer Einwege-Synchronisiereinrichtung als auch einer Zweiwege-Synchronisiereinrichtung mit
einer Getriebeantriebswelle 58 verbunden sein, und der
Abtrieb der Einwege-Synchronisiereinrichtung
kann mit einem Sonnenrad verbunden sein, und die Abtriebe der Zweiwege-Synchronisiereinrichtung können mit
einem Planetenträger
bzw. Hohlrad verbunden sein. Indem ein selektives Schalten der Synchronringe
vorgesehen wird, ist eine Dreiwege-Synchronisiereinrichtung vorgesehen.
Die Synchronisiereinrichtungen 46, 48, 50, 52, 54 und 56 sind
schematisch gezeigt. Die Synchronisiereinrichtungen 46 und 50 sind
mit einem gemeinsamen Element und drei Abtriebselementen gezeigt.
Die Kombination von Strukturen, und zwar einer Einwege-Synchronisiereinrichtung
und einer Zweiwege-Synchronisiereinrichtung, wird als bekannte Einrichtung
angesehen, da Fachleute auf dem Gebiet die konstruktiven Möglichkeiten
ohne weitere Beschreibung erkennen werden. Eine Alternative zur
Anwendung der Kombination aus einer herkömmlichen Einwege-Synchronisiereinrichtung
und einer herkömmlichen
Zweiwege-Synchronisiereinrichtung ist es, die Mehrfachverbindungs-Synchronisiereinrichtung
zu benutzen, die in US-Patent Nr. 6,811,010 der Anmelderin beschrieben
ist. Diese Patentanmeldung beschreibt mehrere Mehrfachverbindungs-Synchronisiereinrichtungen, die
die Schaltfähigkeit
bereitstellen werden, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet
wird.
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Fachleute
auf dem Gebiet werden natürlich wissen,
dass mit Synchronisiereinrichtungen nur eine Seite verbindbar ist,
und daher die Verbindung des Planetenträgers 34 und des Hohlrads 26 unterschiedlich
ist und diese separat verbunden werden müssen. Dies verhindert die gleichzeitige
Verbindung von sowohl dem Planetenträger 34 als auch dem Hohlrad 26 mit
dem Synchronmechanismus 50.
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Der
Synchronmechanismus 52 weist zwei Antriebselemente 52A und 52B und
ein Abtriebselement 52C auf. Das Abtriebselement 52C ist
kontinuierlich mit einem Masseelement des Getriebes, wie etwa einem
Gehäuse 62,
verbunden. Das Antriebselement 52A ist kontinuierlich mit
dem Sonnenrad 36 verbunden, und das Antriebselement 52B ist
kontinuierlich mit dem Planetenträger 44 verbunden.
Wenn der Synchronmechanismus 52 mit dem Sonnenrad 36 in
Eingriff steht, wird dieses Sonnenrad 36 fest stehend gehalten,
und das gleiche gilt, wenn der Synchronmechanismus 52 mit
dem Planetenträger 44 verbunden
ist. Im Wesentlichen arbeitet der Synchronmechanismus 52 als
Bremse.
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Der
Synchronmechanismus 54 weist zwei Antriebselemente 54A und 54B und
ein Abtriebselement 54C auf. Das Abtriebselement 54C ist
kontinuierlich mit der Getriebeabtriebswelle 18 verbunden, die
danach mit einem herkömmlichen
Achsantriebsmechanismus verbunden ist. Das Antriebselement 54A ist
kontinuierlich mit dem Planetenträger 44 verbunden,
und das Antriebselement 54B ist kontinuierlich mit dem
Hohlrad 38 verbunden.
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Der
Synchronmechanismus 56 weist zwei Antriebselemente 56A und 56B und
ein Abtriebselement 56C auf. Das Abtriebselement 56C ist
mit dem Getriebegehäuse 62 derart
verbunden, dass der Synchronmechanismus 56 als Bremse arbeiten
wird. Das Antriebselement 56A ist kontinuierlich mit dem Sonnenrad 24 verbunden,
und das Antriebselement 56B ist kontinuierlich mit dem
Planetenträger 34 verbunden.
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Jede
der Synchronisiereinrichtungen 46, 48, 50, 52, 54 und 56 weist
auch eine neutrale Stellung auf. In der neutralen Stellung stellen
die Synchronmechanismen keine Antriebsverbindung zwischen irgendeinem
ihrer Eingänge
und den Abtriebselementen her.
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Fachleute
auf dem Gebiet werden feststellen, dass diese Synchronisiereinrichtungen
in verschiedenen Kombinationen verbunden werden können, wie
etwa jene, die in 2 gezeigt sind, um mehrere Antriebsverhältnisse
zwischen der Antriebswelle 58 und der Abtriebswelle 18 herzustellen.
Die Antriebskupplung 14 erlaubt das Außereingriffbringen der Antriebswelle 58 von
dem Motor während Gangwechseln,
so dass die Synchronmechanismen auf herkömmliche Weise betätigt werden
können.
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Um
den Rückwärtsgang
herzustellen, wird der Synchronmechanismus 46 zwischen
die Antriebswelle 58 und den Planetenträger 34 geschaltet. Der
Synchronmechanismus 48 ist zwischen das Hohlrad 26 und
den Synchronmechanismus 50 geschaltet. Der Synchronmechanismus 50 ist
mit dem Sonnenrad 36 verbunden. Der Synchronmechanismus 52 ist
zwischen den Planetenträger 44 und
das Getriebegehäuse 62 geschaltet.
Der Synchronmechanismus 54 ist zwischen das Hohlrad 38 und
die Abtriebswelle 18 geschaltet. Der Synchronmechanismus 56 ist
zwischen das Sonnenrad 24 und das Getriebegehäuse 62 geschaltet.
Der Planetenradsatz 20 liefert ein Vorwärts-Reduktionsdrehzahlverhältnis, und
der Planetenradsatz 22 liefert ein Rückwärts-Reduktionsdrehzahlverhältnis. Somit
ist die Drehzahl zwischen der Antriebswelle 58 und der
Abtriebswelle 18 umgekehrt.
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Das
in 2 gezeigte Schaubild liefert einen Zahlenwert
für den
Rückwärtsgang.
Dieser Zahlenwert wird durch die Zähnezahlverhältnisse zwischen Hohlrad und
Sonnenrad der Planetenradsätze 20 und 22 bestimmt.
Wie es in dem Schaubild zu sehen ist, beträgt das Zähnezahlverhältnis zwischen Hohlrad und
Sonnenrad des Planetenradsatzes 20 2,22 und das Zähnezahlverhältnis zwischen
Hohlrad und Sonnenrad des Planetenradsatzes 22 beträgt 2,04.
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Der
erste Vorwärtsgang
wird hergestellt mit dem Synchronmechanismus 46, der zwischen
die Antriebswelle 58 und das Sonnenrad 42 schaltbar ist; dem
Synchronmechanismus 48, der zwischen das Hohlrad 26 und
den Synchronmechanismus 50 schaltbar ist; dem Synchronmechanismus 50,
der zwischen das Hohlrad 26 und das Hohlrad 38 schaltbar
ist; dem Synchronmechanismus 52, der zwischen das Sonnenrad 36 und
das Getriebegehäuse 62 schaltbar
ist; dem Synchronmechanismus 54, der zwischen den Planetenträger 44 und
die Abtriebswelle 18 schaltbar ist; und dem Synchronmechanismus 56,
der zwischen den Planetenträger 34 und
das Getriebegehäuse 62 schaltbar
ist.
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Es
ist anzumerken, dass die Zahlenwerte der in 2 angegebenen Übersetzungen
Drehmomentverhältnisse
sind (Antriebsdrehzahl dividiert durch Abtriebsdrehzahl). Somit
rotiert der Abtrieb für Übersetzungsverhältnisse
ins Langsame langsamer als der Antrieb, und der Abtrieb rotiert
für Übersetzungsverhältnisse
ins Schnelle schneller als der Antrieb.
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Es
sollte nun aus dem in 2 gezeigten Schaubild deutlich
sein, dass durch die verschiedenen Kombinationen der Synchronmechanismen 46, 48, 50, 52, 54 und 56 zehn
Vorwärtsgänge und
ein Rückwärtsgang
verfügbar
sind. Es ist anzumerken, dass bei vieren der Vorwärtsgänge der
Synchronmechanismus 52 in einer neutralen Stellung bleibt.
Der Synchronmechanismus 52 ist ein Bremsmechanismus, der
entweder den Planetenträger 44 oder
das Sonnenrad 36 auf Masse legt. Unter diesen Bedingungen
ist anzumerken, dass der Synchronmechanismus 50 mit dem
Hohlrad 38 verbunden ist und der Synchronmechanismus 54 ebenfalls
mit dem Hohlrad 38 verbunden ist. Somit wird während dieser
vier Vorwärtsgänge ein
direkter Antrieb oder ein Übersetzungsverhältnis von
1:1 durch den Planetenradsatz 22 bereitgestellt.
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Die
oberen drei Gänge
der Planetenradanordnung 16 sind Übersetzungsverhältnisse
ins Schnelle, die ersten sechs Gänge
sind Übersetzungsverhältnisse
ins Langsame, und der siebte Gang ist ein Übersetzungsverhältnis von
1:1. Es ist anzumerken, dass bei dem siebten Vorwärtsgang das
Hohlrad 26 mit beiden Synchronmechanismen 46 und 48 verbunden
ist, und das Hohlrad 38 mit beiden Synchronmechanismen 50 und 54 verbunden ist.
Die Zustände
des Synchronmechanismus 56 sind unwichtig. Unter dieser
Bedingung wird das Hohlrad 26 von der Antriebswelle 58 angetrieben
und treibt wiederum das Hohlrad 38, welches die Abtriebswelle 18 antreibt.
Somit wird durch das Getriebe ein Übersetzungsverhältnis von
1:1 bereitgestellt.
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Fachleute
werden bemerken, dass der Planetenradsatz 20 von den Synchronmechanismen
betätigt
werden kann, um zwei Übersetzungsverhältnisse
ins Langsame, ein Übersetzungsverhältnis ins Schnelle
und ein Übersetzungsverhältnis von
1:1 bereitzustellen. Der Planetenradsatz 22 kann durch
die Synchronmechanismen betätigt
werden, um ein Übersetzungsverhältnis ins
Langsame, ein Übersetzungsverhältnis ins
Schnelle, ein Rückwärts-Übersetzungsverhältnis und
ein Übersetzungsverhältnis von
1:1 bereitzustellen.
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Der
Planetenradsatz 20 benutzt ein Übersetzungsverhältnis ins
Langsame in dem ersten und dem dritten Gang; das andere Übersetzungsverhältnis ins
Langsame in dem Rückwärtsgang,
dem zweiten Gang, dem vierten Gang und dem sechsten Gang; das Übersetzungsverhältnis ins
Schnelle in dem achten Gang und dem zehnten Gang; und das Übersetzungsverhältnis von
1:1 in dem fünften
Gang, dem siebten Gang und dem neunten Gang. Der Planetenradsatz 22 ist
für ein Übersetzungsverhältnis ins Langsame
während
des ersten Gangs, des zweiten Gangs, des fünften Gangs und des achten
Gangs eingerichtet. Der Planetenradsatz 22 ist für Übersetzungsverhältnisse
ins Schnelle in dem sechsten und dem neunten Vorwärtsgang
eingerichtet. Der Planetenradsatz 22 ist während des
Rückwärtsgangs
für einen
Rückwärtsantrieb
eingerichtet. Der Planetenradsatz 22 befindet sich während des
dritten Gangs, des vierten Gangs, des siebten Gangs und des zehnten
Gangs in einem 1:1-Zustand. Somit ist nun ersichtlich, dass jedes
der Übersetzungsverhältnisse der
Planetenradsätze 20 und 22 mehr
als einmal angewandt wird, wenn die Gangwechsel von dem ersten Vorwärtsgang
bis zum zehnten Vorwärtsgang fortschreiten.
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Zusammengefasst
umfasst ein Antriebsstrang eine Planetenradanordnung, einen Motor, eine
Antriebskupplung, eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle. Die
Planetenradanordnung umfasst einen einfachen Planetenradsatz und
einen zusammengesetzten Planetenradsatz, mit denen jeweils drei
Synchronmechanismen verbunden sind. Die Synchronmechanismen werden
in verschiedenen Kombinationen betätigt, um zehn Vorwärtsgänge und einen
Rückwärtsgang
zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle herzustellen.