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Die Erfindung betrifft ein Planetendifferential nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach dem Anspruch 10.
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Aus der
DE 101 40 229 A1 ist bereits ein Planetendifferential mit einem Hohlrad, einem Planetenradträger und einem Hohlradlager, das das Hohlrad lagert, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, das Gewicht des Planetendifferentials zu reduzieren, um insbesondere das Gewicht eines Kraftfahrzeugs zu verringern. Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Planetendifferential entsprechend dem Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeugantriebsstrang entsprechend dem Anspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Planetendifferential mit einem Hohlrad, einem Planetenradträger und zumindest einem Hohlradlager, das das Hohlrad lagert.
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Es wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Hohlradlager das Hohlrad an dem Planetenradträger lagert. Dadurch kann der Planetenradträger zur Abstützung des Hohlrads genutzt werden, wodurch auf zumindest ein Bauteil des Planetendifferentials, insbesondere auf ein Differentialgehäuse, ersatzlos verzichtet werden kann. Durch den Verzicht auf das Bauteil, insbesondere das Differentialgehäuse, kann der Planetenradträger offen ausgeführt werden, wodurch weitere Maßnahmen zur Reduzierung eines Gewichts des Planetendifferentials vorgenommen werden können, wie beispielsweise die Bearbeitung von äußeren Laufbahnen eines Gleichlaufgelenks einer Seitenwelle in einem Bauteil. Dadurch kann das Gewicht des Planetendifferentials reduziert werden, wodurch bei einer Verwendung des Planetendifferentials in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang ein Gewicht des Kraftfahrzeugantriebsstrangs und damit ein Kraftstoffverbrauch eines den Kraftfahrzeugantriebsstrang aufweisenden Kraftfahrzeugs reduziert werden kann. Unter einem „Planetendifferential” soll insbesondere ein Differential verstanden werden, das wenigstens ein mit dem Planetenradträger verbundenes Planetenrad aufweist, das in radialer Richtung nach außen mit dem Hohlrad und in radialer Richtung nach innen mit einem Sonnenrad gekoppelt ist. Das Planetendifferential ist vorzugsweise als ein Achsdifferential ausgebildet. Der Begriff „radial” ist hier insbesondere auf eine Drehachse des Hohlrads bezogen, sodass der Ausdruck „radial” eine Richtung bezeichnet, die senkrecht zur Drehachse verläuft.
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Zur besonders vorteilhaften Lagerung des Hohlrads wird weiter vorgeschlagen, dass das zumindest eine Hohlradlager als ein Wälzlager ausgebildet ist, wodurch das Hohlrad besonders verschleißarm gelagert werden kann.
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Zur weiteren Gewichtseinsparung wird ferner vorgeschlagen, dass das Planetendifferential zumindest ein Trägerlager aufweist, das dazu vorgesehen ist, den Planetenradträger an einem Gehäuse zu lagern, wodurch der Planetenradträger besonders gewichtsparend gelagert werden kann. Vorzugsweise ist das Trägerlager als ein Wälzlager ausgebildet, wodurch der Planetenradträger besonders verschleißarm gelagert werden kann. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
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Um das Hohlrad besonders zuverlässig zu lagern, ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Planetendifferential zumindest ein weiteres Hohlradlager aufweist, das das Hohlrad an dem Planetenradträger lagert, und zumindest ein erstes mit dem Hohlrad kämmendes Planetenrad aufweist, das axial zwischen den zumindest zwei Hohlradlagern angeordnet ist. Durch diese Anordnung des ersten Planetenrads kann ein benötigter Bauraum verringert werden, wodurch das Planetendifferential besonders kompakt ausgeführt werden kann. Vorteilhaft lagert der Planetenradträger das zumindest eine Planetenrad. Das erste Planetenrad steht vorteilhaft direkt im Eingriff mit dem Hohlrad. Der Begriff „axial” ist hier insbesondere auf die Drehachse des Hohlrads bezogen, sodass der Ausdruck „axial” eine Richtung bezeichnet, die auf der Drehachse oder parallel zu dieser verläuft.
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Zur Bereitstellung einer hohen Systemintegration ist es weiter vorteilhaft, wenn das Planetendifferential zumindest ein mit dem ersten Planetenrad kämmendes zweites Planetenrad aufweist, das axial zwischen den zumindest zwei Hohlradlagern angeordnet ist, und ein Sonnenrad aufweist, das mit dem zweiten Planetenrad kämmt. Dadurch kann eine Belastung einer Innenverzahnung des Hohlrads verringert werden, wodurch die Innenverzahnung im Vergleich zu einer Außenverzahnung des Hohlrads axial schmäler ausgeführt werden kann. Das zweite Planetenrad steht vorteilhaft direkt im Eingriff mit dem ersten Planetenrad und mit dem Sonnenrad.
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Zur platzsparenden Bereitstellung von zumindest einer Laufbahn des zumindest einen Hohlradlagers ist es ferner vorteilhaft, wenn das Hohlrad eine Außenverzahnung und eine Innenverzahnung aufweist, wobei eine axiale Erstreckung der Außenverzahnung größer ist als eine axiale Erstreckung der Innenverzahnung. Dadurch kann eine platzsparende Abstützung des Hohlrads an dem Planetenradträger realisiert werden, wodurch die Kompaktheit des Planetendifferentials weiter erhöht und das Gewicht des Planetendifferentials weiter reduziert werden kann. Vorzugsweise ist die Außenverzahnung des Hohlrads zur Einleitung einer Antriebsleistung in das Planetendifferential vorgesehen. Das Hohlrad bildet vorteilhaft ein Antriebsrad aus. Die Innenverzahnung kämmt vorteilhaft mit dem ersten Planetenrad.
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Zur mehrteiligen Ausführung des Planetenradträgers wird weiter vorgeschlagen, dass der Planetenradträger zumindest ein erstes Planetenträgerteil und ein zweites Planetenträgerteil aufweist und zumindest das erste Planetenrad axial zwischen dem ersten Planetenträgerteil und dem zweiten Planetenträgerteil angeordnet ist, wodurch eine Montage vereinfacht werden kann. Vorzugsweise sind die zumindest zwei Planetenträgerteile mittels zumindest einem Planetenradbolzens miteinander verbunden.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn wenigstens eines der zumindest zwei Planetenträgerteile wenigstens teilweise ein Gelenkgehäuse ausbildet, wodurch weiter Gewicht eingespart werden kann. Vorzugsweise ist wenigstens ein Planetenträgerteil einstückig mit dem Gelenkgehäuse ausgebildet. Vorzugsweise bildet wenigstens eines der zumindest zwei Planetenträgerteile wenigstens teilweise ein Gelenkgehäuse eines Gleichlaufgelenks einer Seitenwelle eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs aus.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Hohlradlager als ein Schrägkugellager ausgebildet, wodurch das Hohlradlager Axial- und Radialbelastungen aufnehmen kann.
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Weiter wird ein Kraftfahrzeugantriebsstrang mit zumindest einem erfindungsgemäßen Planetendifferential vorgeschlagen. Dadurch kann ein Gewicht des Kraftfahrzeugantriebsstrangs reduziert werden, wodurch ein Kraftstoffverbrauch und damit eine Schadstoffemission des den Kraftfahrzeugantriebsstrang aufweisenden Kraftfahrzeugs reduziert werden kann.
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Für den Kraftfahrzeugantriebsstrang wird ferner vorgeschlagen, dass das Sonnenrad zum Antrieb eines ersten Kraftfahrzeugrads und der Planetenradträger zum Antrieb eines zweiten Kraftfahrzeugrads vorgesehen ist, wodurch ein besonders leichter Achsantrieb bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise wird die Antriebsleistung über das Sonnenrad an eines der angetriebenen Kraftfahrzeugräder und über den Planetenradträger an das weitere angetriebene Kraftfahrzeugrad aus dem Planetendifferential ausgeleitet.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch ein Planetendifferential eines Achsantriebs für ein Kraftfahrzeug und
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2 ein Schema einer Verzahnung des Planetendifferentials.
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Die 1 und 2 zeigen einen Teil eines Achsantriebs eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs für ein zweispuriges Kraftfahrzeug. Der Achsantrieb weist ein Planetendifferential 10 auf, das eine Antriebsleistung auf beide antreibbare Kraftfahrzeugräder einer Achse des Kraftfahrzeugs in gleichen Anteilen verteilt. Das Planetendifferential 10 ist als ein Stirnradgetriebe ausgeführt. Das Planetendifferential 10 wird vorteilhaft in frontgetriebenen Kraftfahrzeugen, dessen Motor und Getriebe quer angeordnet sind, eingesetzt. Grundsätzlich kann das Planetendifferential 10 auch in heckgetriebenen Kraftfahrzeugen mit Längsantriebsstrang eingesetzt werden.
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Das als Achsdifferential ausgebildete Planetendifferential 10 weist ein Hohlrad 11, einen Planetenradträger 12 und zwei Hohlradlager 13, 14, die das Hohlrad 11 lagern, auf. Die beiden Hohlradlager 13, 14 lagern das Hohlrad 11 jeweils an dem Planetenradträger 12. Das Hohlrad 11 stützt sich durch die Hohlradlager 13, 14 an dem Planetenradträger 12 ab. Die Hohlradlager 13, 14 sind jeweils als ein Wälzlager ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Hohlradlager 13, 14 jeweils als ein Schrägkugellager ausgebildet. Die Hohlradlager 13, 14 weisen als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 24, 25 auf. Dabei bildet das Hohlrad 11 eine äußere Laufbahn für die Wälzkörper 24, 25 und der Planetenradträger 12 eine innere Laufbahn für die Wälzkörper 24, 25 aus. Die äußere Laufbahn des Hohlrads 11 und die innere Laufbahn des Planetenradträgers 12 sind in Richtung einer Lagerachse gegeneinander versetzt zueinander angeordnet. Eines der Hohlradlager 13 lagert das Hohlrad 11 an einer ersten Stirnseite und das andere Hohlradlager 14 an einer zweiten Stirnseite. Das Hohlrad 11 ist als ein Stirnrad ausgeführt.
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Eine Größenordnung der Hohlradlager 13, 14 entspricht zumindest ungefähr einer Größenordnung eines sogenannten Dünnringlagers. Die Wälzkörper 24, 25 weisen einen Durchmesser von 6,35 mm auf. Ein Teilungsdurchmesser beträgt ungefähr 180 mm. Ein Schrägungswinkel beträgt 30°. Ein Wälzkörperkäfig besteht aus Stahlblech. Grundsätzlich kann der Wälzkörperkäfig aber auch aus einem anderen Material bestehen. Dadurch, dass die Hohlradlager 13, 14 der Abstützung des Hohlrads 11 nur bei Differenzdrehzahl der Antriebsräder der Achse umlaufen, sind mit der vergleichsweise geringen zulässigen Drehzahl dieser Lagerart keine funktionalen Grenzen gesetzt.
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Zur Lagerung des Planetenradträgers 12 weist das Planetendifferential 10 zwei Trägerlager 15, 16 auf, die den Planetenradträger 12 an einem nicht dargestellten Gehäuse des Achsantriebs lagert. Die Hohlradlager 13, 14 sind axial zwischen den zwei Trägerlagern 15, 16 angeordnet. Die Trägerlager 15, 16 sind als Wälzlager ausgebildet. Dabei ist das Trägerlager 15 als ein Kegelrollenlager und das Trägerlager 16 als ein Schrägkugellager ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Trägerlager 15, 16 jeweils einen Innenring 26, 27, der fest auf dem Planetenradträger 12 angeordnet ist, und jeweils einen Außenring 28, 29, der fest mit dem Gehäuse verbunden ist, auf. Grundsätzlich können die Innenringe 26, 27 einstückig mit dem Planetenradträger 12 und/oder die Außenringe 28, 29 einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sein.
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Das Planetendifferential 10 weist weiter drei Planetenradpaare 30 und ein einziges Sonnenrad 19 auf. Die Planetenradpaare 30 und das Sonnenrad 19 sind axial zwischen den zwei Hohlradlagern 13, 14 angeordnet. Die drei parallel zueinander wirkende Planetenradpaare 30 sind entlang eines Umfangs um das Sonnenrad 19 verteilt angeordnet. Die Planetenradpaare 30 verbinden das Hohlrad 11 und das Sonnenrad 19 wirkungsmäßig miteinander. Dabei nimmt der Planetenradträger 12 die Planetenradpaare 30 auf. In den 1 und 2 ist lediglich eines der drei Planetenradpaare 30 dargestellt. Zum besseren Verständnis sind in der 2 das Planetenradpaar 30 und das Sonnenrad 19 um 90° verdreht dargestellt, weswegen das Planetenradpaar 30 und das Sonnenrad 19 gestrichelt dargestellt sind. Grundsätzlich können bei unterschiedlichen Größen der Auslegung ein bis vier Planetenradpaare 30 in einem vorhandenen Bauraum Platz finden, was eine Anpassung an die geforderte Drehmomentklasse des Planetendifferentials 10 erlaubt.
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Die drei Planetenradpaare 30 weisen jeweils zwei miteinander kämmende Planetenräder 17, 18 auf. Die zwei Planetenräder 17, 18 sind gleich groß. Dabei kämmt das erste Planetenrad 17 mit dem Hohlrad 11 und das zweite Planetenrad 18 mit dem Sonnenrad 19. Die Planetenräder 17, 18 sind axial zwischen den zwei Hohlradlagern 13, 14 angeordnet. Hierbei bildet der Planetenradträger 12 einen ersten Abtrieb und das zentrale Sonnenrad 19 einen zweiten Abtrieb. Somit ist der Planetenradträger 12 zum Antrieb eines der antreibbaren Kraftfahrzeugräder der Achse und das Sonnenrad 19 zum Antrieb des anderen antreibbaren Kraftfahrzeugrads der Achse vorgesehen. In einem Betriebszustand, in dem eine Antriebsleistung über das Hohlrad 11 in das Planetendifferential 10 eingeleitet wird, treibt der Planetenradträger 12 eines der antreibbaren Kraftfahrzeugräder der Achse und das Sonnenrad 19 das andere antriebbare Kraftfahrzeugrad der Achse an. Über die Wahl unterschiedlicher Verzahnungsgrößen kann eine Bandbreite unterschiedlicher Verhältnisse der an die beiden Abtriebe verteilten Antriebsleistung erreicht werden. Wenn der Durchmesser des Wirkkreises des Hohlrads 11 genau doppelt so groß ist wie ein Durchmesser des Wirkkreises des Sonnenrads 19, ist das Planetendifferential 10 symmetrisch ausgeführt, wodurch das Planetendifferential 10 die eingeleitete Antriebsleistung zu gleichen Teilen an die beiden antreibbaren Kraftfahrzeugräder der Achse verteilt.
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Zur Einleitung der Antriebsleistung in das Planetendifferential 10 ist das Hohlrad 11 als ein Antriebsrad ausgebildet. Das Hohlrad 11 weist eine Außenverzahnung 20 und eine Innenverzahnung 21 auf, wobei eine axiale Erstreckung der Außenverzahnung 20 größer ist als eine axiale Erstreckung der Innenverzahnung 21. Aufgrund der Lastenverteilung auf die drei Planetenradpaare 30 wird die Innenverzahnung 21 des Hohlrads 11 im Vergleich zu der Außenverzahnung 20 des Hohlrads 11 geringer belastet, wodurch die Innenverzahnung 21 schmäler ausgeführt ist als die Außenverzahnung 20. Das erste Planetenrad 17 jedes der Planetenradpaare 30 steht direkt im Eingriff mit der Innenverzahnung 21 des Hohlrads 11. Die Innenverzahnung 21 ist axial zwischen den zwei Hohlradlagern 13, 14 angeordnet.
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Ein Bereich des Hohlrads 11, der durch die geringere axiale Erstreckung der Innenverzahnung 21 zur Verfügung steht, wird dabei zur Ausbildung der Laufbahnen für die Wälzkörper 24, 25 und damit zur Abstützung des Hohlrads 11 auf dem Planetenradträger 12 genutzt. In diesem Ausführungsbeispiel sind das Hohlrad 11, die Planetenräder 17, 18 und das Sonnenrad 19 geradverzahnt. Diese Bauweise eignet sich insbesondere für Kraftfahrzeuge, welche mit elektronischen Stabilitäts-Programmen (ESP) ausgerüstet sind, da diese nicht nur auf keine Sperrwirkung im Planetendifferential 10 angewiesen sind, sondern sich zusätzliche Reibung in dem Planetendifferential 10 störend auf die Funktion dieser Stabilitäts-Programme auswirkt. Ebenso wie bei der Lagerung des Hohlrads 11 gibt es im Planetenradsatz auch nur bei Differenzdrehzahl der antriebbaren Kraftfahrzeugräder Bewegung, daher können diese auch geradverzahnt ausgeführt werden.
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Bei unterschiedlichen Anforderungen kann der Planetenradsatz auch schrägverzahnt ausgeführt werden. Die sich dadurch ergebenden Axialkräfte können zur Darstellung einer Selbstsperr-Wirkung des Planetendifferentials 10 genutzt werden. Ferner können weitere, zusätzliche Sperranordnungen dem Planetendifferential 10 hinzugefügt werden, wie beispielsweise hydraulisch oder elektro-aktuatorisch betätigte Quersperren oder Relativdrehzahl unabhängige Drehmoment-Verteilungsvorrichtungen.
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Der Planetenradträger 12 ist zweiteilig ausgebildet. Der Planetenradträger 12 weist ein erstes Planetenträgerteil 22 und ein zweites Planetenträgerteil 23 auf, wobei die Planetenräder 17, 18 axial zwischen dem ersten Planetenträgerteil 22 und dem zweiten Planetenträgerteil 23 angeordnet sind. Hierbei ist die Innenverzahnung 21 des Hohlrads 11 axial zwischen den zwei Planetenträgerteilen 22, 23 angeordnet. Das Sonnenrad 19 ist ebenfalls axial zwischen den zwei Planetenträgerteilen 22, 23 angeordnet. Das erste Planetenträgerteil 22 bildet die Laufbahn für die Wälzkörper 24 des Hohlradlagers 13 und das zweite Planetenträgerteil 23 die Laufbahn für die Wälzkörper 25 des Hohlradlagers 14 aus. Das Trägerlager 15 lagert dabei das erste Planetenträgerteil 22 und das Trägerlager 16 das zweite Planetenträgerteil 23 an dem nicht dargestellten Gehäuse.
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Das Planetendifferential 10 weist weiter sechs Planetenradbolzen 31 auf, die die zwei Planetenträgerteile 22, 23 miteinander verbinden. Zur axialen Sicherung weisen die Planetenradbolzen 31 jeweils an einem axialen Ende einen Anschlag und an einem anderen axialen Ende eine Nut auf. In einem montierten Zustand liegt der Anschlag der Planetenradbolzen 31 an dem ersten Planetenträgerteil 22 an. Die Nut der Planetenradbolzen 31 bildet eine Aufnahme eines Bajonettverschlusses. In den 1 und 2 ist dabei lediglich eines der sechs Planetenradbolzen 31 sichtbar. Um einen axialen Abstand und eine erforderliche Planlage der beiden Planetenträgerteile 22, 23 und damit der Laufbahnen der Wälzkörper 24, 25 zu gewährleisten, werden das Sonnenrad 19 und alle Planetenräder 17, 18 auf einen Magnettisch gemeinsam axial als Satz geschliffen, wodurch beide Bedingungen kostengünstig realisiert werden können.
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Das erste Planetenträgerteil 22 bildet weiter ein Gelenkgehäuse eines nicht dargestellten Gleichlaufgelenks einer Seitenwelle des Achsantriebs aus. Das erste Planetenträgerteil 22 und das Gelenkgehäuse sind einstückig und damit als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet. Die nicht dargestellte Seitenwelle des Achsantriebs verbindet über das nicht dargestellte Gleichlaufgelenk den Planetenradträger 12 antriebstechnisch mit einem der antreibbaren Kraftfahrzeugräder der Achse, wobei das Gelenkgehäuse des Gleichlaufgelenks einstückig mit dem ersten Planetenträgerteil 22 ausgebildet ist. Der Achsantrieb weist eine weitere, nicht dargestellte Seitenwelle auf, die über ein weiteres, nicht dargestelltes Gleichlaufgelenk das Sonnenrad 19 antriebstechnisch mit dem anderen antreibbaren Kraftfahrzeugrad der Achse verbindet. Dazu weist der Achsantrieb eine Verbindungswelle 32 auf, die das Sonnenrad 19 antriebstechnisch an die Seitenwelle anbindet. Das Sonnenrad 19 ist drehfest auf der Verbindungswelle 32 angeordnet. Die einstückige Ausbildung des Planetenradträgers 12 mit dem Gelenkgehäuse ist bei Kraftfahrzeugen mit einem front-quer Getriebe einseitig, und zwar an einer einem Motor des Kraftfahrzeugs abgewandten Seite, und bei heckgetriebenen Kraftfahrzeugen mit Längsantriebsstrang sogar beidseitig möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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