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Vorliegende
Erfindung betrifft eine Drehmoment/Drehzahlwandeleinrichtung nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Kupplungseinrichtung nach dem
Oberbegriff von Anspruch 12, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug
nach dem Oberbegriff von Anspruch 14, sowie ein Kraftfahrzeug nach
dem Oberbegriff von Anspruch 16.
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Aus
dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Kupplungseinrichtungen,
die eine Momentübertragung
von einer Antriebseinheit an ein Getriebe bereitstellen, bekannt.
Insbesondere Doppelkupplungssysteme, die ein zugunterbrechungsfreies
Schalten zwischen Gängen
ermöglichen,
werden im Kraftfahrzeugbau eingesetzt.
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Beispiele
für solche
Kupplungseinrichtungen sind unter anderem in den Anmeldungen
DE 10 044 493 A1 ,
DE 10 2004 022 413
A1 oder
DE
10 2004 051 425 A1 gegeben. Bei diesen Doppelkupplungseinrichtungen
wird ein von einer Antriebseinheit abgegebenes Moment über eine
Abtriebswelle der Antriebseinheit an die Kupp lungseinrichtung abgegeben,
wobei die Kupplungseinrichtung selbst über mindestens zwei Getriebeeingangswellen
verfügt, die
jeweils über
eine erste bzw. zweite Kupplungsanordnung mit der Abtriebswelle
der Antriebseinheit verbunden werden können und ihr Moment an das Getriebe übertragen.
Das zugkraftunterbrechungsfreie Schalten kann dadurch erreicht werden,
dass die Gänge
zwar im jeweiligen lastfreien Zweig des Getriebes vorgewählt werden,
der Wechsel der Gangstufen jedoch unter voller Last durch gesteuerte Momentübergabe
von der ersten zur zweiten Kupplungsanordnung erfolgt.
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Diese
Art von Kupplung findet jedoch ausschließlich im PKW-Bereich ihren
Einsatz, da für Nutzfahrzeuge
aufgrund der niedrigen Motordrehzahlen, aber sehr großen Motordrehmomenten
die Übertragungssicherheit
und Berstfestigkeit der herkömmlichen
Doppelkupplung nicht ausreichend ist. Um herkömmliche Doppelkupplungen auch
im Nutzfahrzeugbereich einsetzen zu können, müssten Kupplungen mit größerem Durchmesser
und/oder speziellen, sehr teuren Materialien zum Einsatz kommen,
was sich zum einen nachteilig auf den Bauraum zum anderen nachteilig
auf die Herstellungskosten auswirken würde.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist es deshalb eine kostengünstige Möglichkeit
zu schaffen, eine kleindimensionierte vorteilhafterweise zugkraftunterbrechungsfrei
schaltende Kupplungseinrichtung im Nutzfahrzeugbereich einzusetzen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Drehmoment/Drehzahlwandeleinrichtung nach Patentanspruch
1, eine Kupplungseinrichtung nach Patentanspruch 12, einen Antriebsstrang
für ein
Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 14, sowie ein Kraftfahrzeug nach
Patentanspruch 16.
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Vorliegende
Erfindung basiert auf der Idee, das Eingangsmoment der Kupplung
derart anzupassen, dass es den Anforderungen der Kupplung entspricht,
aber die Leistung des Motors nicht zu verändern. Dies kann zum einen
dadurch erreicht werden, dass eine bestimmte Leistung mit einem
hohen Drehmoment und einer niedrigen Drehzahl oder mit einem niedrigen
Drehmoment, aber einer hohen Drehzahl von einer Antriebseinheit über eine
Kupplungseinrichtung an ein Getriebe geleitet werden kann. Dazu wird
das von der Antriebseinheit abgegeben Drehmoment/die abgegebene
Drehzahl mittels eines der Kupplungseinrichtung vorgeschalteten
Unter-/Übersetzungsgetriebe
derart beeinflusst, dass das/die an der Kupplungseinrichtung ankommende
Drehmoment/Drehzahl an die Dimension der Kupplungseinrichtung angepasst
ist.
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Dies
erlaubt zum einen eine aus dem Stand der Technik bekannte Doppelkupplungseinrichtung für Pkws auch
bei Nutzfahrzeugen einzusetzen. Zum anderen können auch die bis jetzt bekannten
herkömmlichen
Kupplungseinrichtungen in Fahrzeugen, beispielsweise Sportwägen, verwendet
werden, deren Motor eine weit größere Leistung
mit einer sehr hohen Drehzahl abgibt. Dabei ist es unerheblich,
wie die Kupplung selbst ausgestaltet ist, also ob sie eine Einfach-,
Doppel- oder Mehrfachkupplung ist, oder Nass oder trocken laufend
ausgebildet ist.
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In
weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Unter- bzw. Übersetzungsgetriebe
in die Kupplungseinrichtung selbst integriert sein, es kann jedoch
auch in bzw. an einem Schwungrad bzw. Zwei-Massen-Schwungrad angeordnet
sein. Es sind jedoch auch weitere Anordnungsmöglichkeiten vorstellbar, solange
das Unter- bzw. Übersetzungsgetriebe
der eigentlichen Kupplungseinrichtung vorgeschaltet ist.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführungsform,
bei der das Unter- bzw. Übersetzungsgetriebe durch
ein Planetengetriebe realisiert ist. Dies hat den großen Vorteil
eine kostengünstige
robuste Über bzw.
Untersetzung von Momenten/Drehzahlen bereitzustellen. Dazu ist eine
Abtriebsachse der Antriebseinheit, die ein Drehmoment/eine Drehzahl
an die Kupplungseinrichtung überträgt in einen
ersten Abtriebswellenteil und einen zweiten Abtriebswellenteil geteilt,
die jeweils mit einem Sonnenrad bzw. einem Planetenradsatz des Planetengetriebes
verbunden sind.
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Weitere
Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
definiert.
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Im
Folgenden soll die Erfindung mittels Figuren weiter verdeutlicht
werden. Dabei sind die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele
rein exemplarischer Natur und sind nicht dazu geeignet, den Schutzumfang
der Ansprüche
auf die dargestellten Ausführungsformen
einzuschränken.
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Es
stellen dar:
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1:
eine schematische Darstellung eines 9-Vorwärtsgang-2-Rückwärtsgang-Getriebes mit einer Doppelkupplungseinrichtung
und einem ersten Ausführungsbeispiel
eines vorgeschalteten erfindungsgemäßen Untersetzungsgetriebes;
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2:
eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Untersetzungsgetriebes;
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3:
eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Übersetzungsgetriebes;
und
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4:
eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Übersetzungsgetriebes.
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Gleiche
beziehungsweise analoge Bauelemente werden in den Figuren durch
gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines exemplarischen 9-Vorwärts-2-Rückwärtsgang-Getriebes 2 mit
einem ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen, einer
Kupplungseinrichtung 4 vorgeschalteten Unter-/bzw. Übersetzungsgetriebes 6,
wobei in diesem Ausführungsbeispiel
ein Untersetzungsgetriebe dargestellt ist.
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Das
Prinzip des hier dargestellten Doppelkupplungsgetriebes mit 9 schaltbaren
Vorwärtsgängen und
2 schaltbaren Rückwärtsgängen ist
aus dem Stand der Technik bekannt und soll hier nur grob umrissen
werden. Solche Doppelkupplungseinrichtungen werden vor allem im
Pkw-Bereich eingesetzt und ermöglichen
einen zugunterbrechungsfreien Wechsel der Gänge.
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Das
hier schematisch dargestellte Doppelkupplungsgetriebe 2 weist
zwei Getriebeeingangswellen, nämlich
eine erste Getriebeeingangswelle 6 und eine zweite Getriebeeingangswelle 8 auf.
Der ersten Getriebeeingangswelle 6 ist eine erste Kupplung 10 zugeordnet,
wobei der zweiten Getriebeeingangswelle 8 eine zweite Kupplung 12 zugeordnet ist.
Das hier dargestellte Doppelkupplungsgetriebe 2 wird durch
eine hier nicht dargestellte Antriebseinheit angetrieben, deren
Abtriebswelle 14 schematisch dargestellt ist. Des Weiteren
weist das Doppelkupplungsgetriebe 2 zwei Getriebeausgangswellen 7 und 9 auf,
die mit den Getriebeeingangswellen 6, 8 verbunden
werden können.
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Die
beiden Kupplungen 10 und 12, die vorzugsweise
als Reibkupplungen ausgeführt
sind, weisen einen gemeinsamen äußeren Kupplungskorb 16 auf
und sind konzentrisch nebeneinander angeordnet. Über hier dargestellte Reibplatten 18 bzw. 20 ist die
erste Getriebeeingangswelle 6 bzw. die zweite Getriebeeingangswelle 8 mit
dem Kupplungskorb 16 bzw. der Abtriebswelle 14 zur Übertragung
eines entsprechenden Drehmomentes bzw. einer entsprechenden Drehzahl
verbindbar. Die erste Getriebeeingangswelle 6 kann als
Vollwelle ausgebildet sein, während
die zweite Ge triebeeingangswelle 8 als Hohlwelle ausgebildet
ist und die erste Getriebeeingangswelle 6 konzentrisch
umgibt.
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Das
hier dargestellte Doppelkupplungsgetriebe 2 weist insgesamt
elf Gangstufen, nämlich neun
Vorwärtsgänge und
zwei Rückwärtsgänge auf. Jede
Gangstufe ist durch eine Kombination aus zwei Zahnradpaaren gebildet,
wobei die Kombination der Zahnradpaare durch die Synchronisiereinheiten
S1 bis S5 bestimmt wird.
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Die
Rückwärtsgänge sind
hier durch die Bezifferung "R1" bzw. "R2" dargestellt. Jede
einzelne Gangstufe, also jeder der Vorwärtsgänge "G1" bis "G8" wird durch eine
entsprechende Kombination aus zwei Zahnradpaaren gebildet. Hierfür stehen
die Zahnradpaare A bis I zur Verfügung. Der neunte Gang G9 ist
als Direktgang ausgebildet und wird mittels der Synchronisiereinrichtung
S3 derart angesteuert, dass eine übersetzungsfreie Momentübertragung
stattfindet.
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Die
Antriebsräder
der Gangstufen G1, G3, G5 und G7, also die Zahnräder C-6 und D-6, sind mit der
Eingangswelle 6 fest verbunden, wobei die Abtriebsräder der
Gänge,
also die Zahnräder
C-7 und D-7, als Losräder
ausgeführt
sind und über
die Synchronisiereinrichtung S2 entsprechend geschaltet, also mit
der ersten Getriebeausgangswelle 7 wirksam verbunden werden
können.
Die Antriebsräder der
Gänge G2,
G4, G6 und G8, also die Zahnräder A-8
und B-8, sind mit der Getriebeeingangswelle 8 fest verbunden,
wobei die Abtriebsräder
der Gänge, also
die Zahnräder
A-9 und B-9, als Losräder
ausgeführt
sind und über
eine weitere Synchronisiereinrichtung S2 entsprechend geschaltet
werden können. Die
Abtriebsräder
der Gangstufen G1/G3 und G5/G7, also die als Losräder geführten Zahnräder N-7
und I-7, liegen auf der Getriebeausgangswelle 7, während die
Abtriebsräder
der Gangstufen G2/G4 und G6/G8, also die Zahnräder E-9 und F-9 auf der zweiten
Getriebeausgangswelle 9 liegen. Mittels der Synchronisiereinrichtung
S4 bzw. S5 können
die Abtriebsräder
E-9 und F-9 bzw. H-7 und I-7 mit ihren jeweiligen Getriebeausgangswellen 9 bzw. 7 verbunden
werden. Angetrieben werden die Zahnräder durch die mit der Getriebeeingangswelle 6 verbundenen
Zahnräder
EH und FI.
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Des
Weiteren weist das hier dargestellte Doppelkupplungsgetriebe 2 noch
einen Direktgang G9 auf der durch direkte Verbindung der geteilten Getriebeeingangswelle 6 mittels
der Synchronisiereinrichtung S3 geschaltet wird. Auf der anderen
Seite dieser Synchronisiereinrichtung S3 sind die beiden Rückwärtsgänge R1/R2
schaltbar, wobei das Zahnradpaar J zum Einsatz kommt. Über Kombination
mit dem Zahnradpaar C bzw. D sind dabei die zwei Gangstufen R1 bzw.
R2 realisierbar.
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Dieser
Aufbau bedeutet beispielsweise, dass bei einer geschalteten ersten
Gangstufe G1 der Kraftfluss über
die geschlossene erste Kupplung 10, die erste Getriebeeingangswelle 6,
das Zahnrad C-6, das Zahnrad C-7, über die Synchronisiereinrichtung S1,
und das Zahnrad I-7 auf die Getriebeausgangswelle 7 läuft. In
diesem Fall sind alle übrigen
Synchronisiereinrichtungen nicht geschaltet bzw. nehmen ihre Neutralstellung
ein.
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Soll
nun in eine zweiten Gangstufe G2 geschaltet werden, wobei ein anderer
Antriebsstrang realisiert wird, um eine zugkraftunterbrechungsfreie Schaltung
zu ge währleisten,
so muss die Drehzahl der zweiten Getriebeeingangswelle 8 unter
Berücksichtigung
der einzulegenden zweiten Gangstufe G2 und der aktuellen Drehzahl
der ersten Getriebeeingangswelle 6 synchronisiert werden.
Anders ausgedrückt,
in dem Moment wo die erste Gangstufe G1 eingelegt ist und der Kraftfluss über die
erste Kupplung 10, die erste Getriebeeingangswelle 6,
die Zahnradpaarkombination C + I auf die erste Getriebeausgangswelle 7 läuft, dreht
die zweite Getriebeeingangswelle 8 frei. Soll nun der Gangstufenwechsel von
G1 auf G2 erfolgen, so dass – nach
der Realisierung des Gangstufenwechsels – der Kraftfluss über die
zweite Kupplung 12, die zweite Getriebeeingangswelle 8 und
die Zahnradpaarkombination A + G auf die zweite Getriebeausgangswelle 9 fließt, so wird
die zweite Getriebeeingangswelle 9 auf die erforderliche
Synchrondrehzahl gebracht und dann von der Kupplung 6 auf
die Kupplung 8 verschleift. Hierbei wird die Drehzahl der
zweiten Getriebeeingangswelle 8 synchronisiert in Abhängigkeit
des Übersetzungsverhältnisses
der zweiten Gangstufe G2 und der aktuellen Drehzahl der ersten Getriebeeingangswelle 6.
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Dem
Doppelkupplungsgetriebe vorgeschaltet ist erfindungsgemäß ein Unter-/Übersetzungsgetriebe 4.
in 1 ist ein durch ein Planentengetriebe realisiertes
Untersetzugsgetriebe dargestellt. Dieses Planetengetriebe 4 ist
an der Abtriebswelle 14 der hier nicht dargestellten Antriebseinheit
angebracht und ermöglicht
eine Drehmomentwandelung zwischen einem ersten Abtriebswellenteil 22 und
einem zweiten Abtriebswellenteil 24.
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In
dem hier dargestellten Beispiel erfolgt die Übertragung von einer von der
Antriebseinheit bereitgestellten Leistung mit einem hohen Drehmoment, aber
einer geringen Drehzahl auf eine an der Kupplungseinrichtung bereitgestellten
Leistung mit einem niedrigeren Drehmoment, aber einer größeren Drehzahl.
Da die Leistung in linearem Zusammenhang mit Drehmoment und Drehzahl
steht, bedeutet dies, dass ein nahezu verlustfreier Übertrag
der Antriebsleistung auf das Getriebe ermöglicht wird. Ein solches Untersetzungsgetriebe
ist insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen und Schwerlast-Lkws von
Vorteil, deren Antriebseinheit darauf ausgelegt sind eine Leistung
mit besonders hohem Drehmoment, aber geringen Drehzahlen bereitzustellen,
um beispielsweise genügend
Leistung für
das Anfahren bereitzustellen.
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Das
hier dargestellte Untersetzungsplanetengetriebe weist ein Sonnenrad 26,
einen Planetenradsatz 28, der aus mindestens zwei Planetenrädern 28a/b
auf einem Planetenträger
besteht, und ein Hohlrad 30 auf. Der mit der Antriebseinheit
verbindbare Abtriebswellenteil 22 ist mit dem Hohlrad 30 verbunden,
während
der mit dem Doppelkupplungsgetriebe verbindbare Abtriebswellenteil 24 mit
dem Sonnenrad 26 verbunden ist. Der Planetenradträger ist,
wie dargestellt, festgestellt, was an dem zweiten Teil der Abtriebswelle 24 eine
Verringerung des Drehmoments und eine Erhöhung der Drehzahl zur Folge hat
erfolgen kann. Am Rande sei bemerkt, dass durch vorliegenden Aufbau
ein Drehrichtungswechsel zwischen dem ersten Abtriebswellenteil 22 und dem
zweiten Abtriebswellenteil 24 erfolgt. Dies beeinträchtigt jedoch
weder Funktion noch Wirkung des Untersetzungsgetriebes.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Untersetzungsgetriebes.
In dieser Figur und in den folgenden 3 und 4 werden
nur die Unter-/bzw. Übersetzungsgetriebe und
die Kupplungseinrichtung mit den zwei Getriebeeingangswellen dargestellt,
die schematisch das nachfolgende Getriebe und die Kupplungseinrichtung
beschrieben soll. Es kann aber abtriebsabwärts des Unter-/Übersetzungsgetriebes jede beliebig Kupplungseinrichtung
angeordnet sein.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Untersetzungsgetriebes,
das ebenfalls zu einer Verringerung des Drehmoments aber einer Erhöhung der
Drehzahl an der Kupplungseinrichtung sorgt, ist wiederum das Sonnenrad 26 mit
dem zweiten, der Kupplungseinrichtung zugeordneten Abtriebswelle 24 verbunden.
Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist hier jedoch nicht das Hohlrad 30, sondern der Planetenradsatz 26 mit
der ersten Abtriebswellenteil 22 verbunden und das Hohlrad 30 ist
festgesetzt. Auch dadurch kann eine Reduktion des Drehmoments und
eine Erhöhung
der Drehzahl an der Kupplungseinrichtung erreicht werden.
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Eine Übersetzung
also eine Drehmomentserhöhung
bei gleichzeitiger Drehzahlerniedrigung wird durch die in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen
dargestellt. Dies findet insbesondere beispielsweise bei Sportwägen seinen
Einsatz. Gerade hochdrehende Ottomotoren, die in Sportwägen zum
Einsatz kommen, stellen normalerweise hohe Anforderungen an die
zu verwendende Kupplung. Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Drehzahlwandeleinrichtung
können
jedoch auch herkömmliche
Kupplungen verwendet werden. Dies verringert zum einen die Kosten,
zum anderen müssen Kupplungshersteller
nicht sehr viele verschiedene Teile auf Lager haben, sondern können mit
der gleichen Kupplungsart verschiedenste Einsatzgebiete abdecken.
Dadurch werden auch die Lagerhaltung und der Platzbedarf verringert,
womit wiederum eine Kostenersparnis einhergeht.
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3 zeigt
ein solches Übersetzungsplanetengetriebe.
Für eine Übersetzung
wird der ersten Abtriebswellenteil 22 mit dem Sonnenrad 28,
und der zweite Abtriebswellenteil 24 mit dem Hohlrad 30 verbunden.
Durch Feststellen des Planetenradsatzes 28 wird wiederum
die Übersetzung
von einer hohen Drehzahl auf eine niedrigere Drehzahl erreicht,
bei gleichzeitiger Erhöhung
des Drehmoments, um eine gleich bleibende Leistung zu erhalten.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel bei
dem wiederum das Sonnenrad 26 und der erste Abtriebswellenteil 22 verbunden
sind. Anders als in dem in 3 gezeigten
Beispiel ist hier jedoch der Planetenradsatz 28 mit der
zweiten Abtriebswelle 24 verbunden und das Hohlrad 30 festgestellt.
Zudem sieht man, dass das Übersetzungsgetriebe über Verbindungen 32 mit
dem Kupplungseinrichtung direkt verbunden sein kann.
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Es
ist auch möglich
das Unter-/Übersetzungsgetriebe
anders als hier dargestellt, auch mit der Antriebseinheit selbst
zu verbinden. Dazu bietet sich insbesondere das Schwungrad bzw.
Zwei-Massen-Schwungrad der Antriebeinheit an. Außerdem muss das Unter-/Übersetzungsgetriebe
nicht, wie hier dargestellt, als Planetengetriebe ausgebildet sein.
Auch andere Unter-/Übersetzungsgetriebearten sind
einsetzbar. Auch die Anzahl der Planeten oder die dargestellte Feststellung
kann anders ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß soll nur
eine Drehmoment- bzw. Drehzahlwandlung vor dem Eingang der Abtriebselle
in die eigentliche Kupplungseinrichtung bereitgestellt sein. Es
ist deshalb auch möglich,
dass das Unter-/Übersetzungsgetriebe
in dem Kupplungsgehäuse
selbst angeordnet ist.
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- 2
- Doppelkupplungsgetriebe
- 4
- Unter-/Übersetzungsgetriebe
- 6
- erste
Getriebeeingangswelle
- 7
- erste
Getriebeausgangswelle
- 8
- zweite
Getriebeeingangswelle
- 9
- zweite
Getriebeausgangswelle
- 10
- erste
Kupplung
- 12
- zweite
Kupplung
- 14
- Abtriebswelle
der Antriebseinheit
- 16
- Kupplungsgehäuse
- 18,
20
- Reibplatten
- 22
- erster
Abtriebswellenteil
- 24
- zweiter
Abtriebswellenteil
- 26
- Sonnenrad
- 28
- Planetenradsatz
- 30
- Hohlrad
- S1–S5
- Synchronisiereinrichtung
- G1–G9
- Gangstufen
- A–J
- Zahnradpaar
aus festem Antriebsrad und Losrad