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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung richtet sich auf ein Getriebesystem, zur Aufteilung der seitens einer Antriebseinrichtung bereitgestellten und über einen Leistungseingang des Getriebesystems diesem Getriebesystem zugeführten Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Leistungsausgang, wobei innerhalb des Getriebesystems eine Übersetzung bewerkstelligt wird, so dass der Leistungsabgriff an den beiden Leistungsausgängen auf einem gegenüber der Drehzahl am Leistungseingang reduzierten Ausgangsdrehzahlniveau erfolgt.
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Aus
DE 195 15 790 A1 ist ein Achsgetriebesystem der vorgenannten Art bekannt. Dieses umfasst eine sog. CVT-Getriebestufe, eine Stirnradstufe und ein Achsdifferential. Die CVT-Getriebestufe ist über ein Überbrückungsgetriebe mit einem vorgeschalteten Wandler gekoppelt, wobei über dieses Überbrückungsgetriebe eine direkte, d.h. nicht übersetzte Koppelung des Wandlers mit dem Eingang des CVT-Getriebes sowie eine übersetzte Koppelung mit dem Eingangsrad des CVT-Getriebes ermöglicht wird. Die CVT-Getriebestufe selbst ist derart aufgebaut, dass diese neben einem Eingangsrad auch ein Ausgangsrad umfasst. Das Eingangsrad und das Ausgangsrad sind über ein Zugmittel miteinander gekoppelt. Das Eingangsrad und das Ausgangsrad sind in an sich bekannter Weise als mehrteilige Riemenscheiben ausgebildet die durch entsprechende axiale Positionierung ihrer Schulterscheiben eine gegensätzliche Veränderung der Zugmittelangriffsradien und damit des effektiven Übersetzungsverhältnisses ermöglichen. Das am Ausgang des CVT-Getriebes, d.h. am Ausgangsrad desselben anliegende Drehmoment wird über ein zweistufiges Stirnradgetriebe auf den Umlaufträger eines Kegelraddifferentiales geführt.
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Über dieses Kegelraddifferential erfolgt eine symmetrische Verzweigung des Leistungsflusses auf eine linke, bzw. eine rechte Radantriebswelle.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das sich durch einen kostengünstig realisierbaren, und kompakten Aufbau auszeichnet und dessen Gesamtübersetzung vorteilhaft auf die momentanen Betriebsbedingungen eines entsprechenden Kraftfahrzeuges abstimmbar ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Getriebesystem zur Verzweigung der an einem Leistungseingang anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Leistungsausgang, mit:
- – einer CVT-Getriebestufe die ein Eingangsrad, ein Ausgangsrad und ein das Eingangsrad und das Ausgangsrad mit einem einstellbar veränderbaren Übersetzungsverhältnis koppelndes Zugmittel aufweist, und
- – einem Leistungsverzweigungsdifferential das einen Differentialeingang sowie einen ersten Leistungsausgang und einen zweiten Leistungsausgang umfasst und die über den Differentialeingang zufließende Antriebsleistung auf diese beiden Leistungsausgänge verzweigt, wobei
- – das Leistungsverzweigungsdifferential derart aufgebaut ist, dass die durch dieses auf die beiden Leistungsausgänge bewerkstelligte Leistungsverzweigung in Verbindung mit einer Übersetzungswirkung ins Langsame, d.h. einer Reduktion der Abtriebsdrehzahl gegenüber der Drehzahl am Differentialeingang erfolgt, und
- – der Differentialeingang mit dem Ausgangsrad der CVT-Getriebestufe derart getrieblich gekoppelt ist, dass über diese Koppelung eine Reduktion der Drehzahl am Differentialeingang gegenüber der Drehzahl am Ausgangsrad der CVT-Getriebestufe bewerkstelligt wird.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen leichten Personenkraftwagen zu schaffen, bei welchem eine geforderte Gesamtübersetzung erreicht wird, indem ein Leistungsverzweigungsdifferential mit eigener Übersetzungswirkung mit einem Getriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis über eine zusätzlich ins Langsame übersetzenden Stufe gekoppelt wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ausgangsrad der CVT-Stufe mit einem gleichachsig zu diesem Ausgangsrad angeordneten ersten Stirnrad drehfest gekoppelt, und der Differentialeingang wird durch ein gleichachsig zur Differentialgetriebeachse angeordnetes zweites Stirnrad gebildet, wobei das erste Stirnrad und das zweite Stirnrad miteinander in Eingriff stehen. Die beiden Stirnräder sind hierbei vorzugsweise so ausgebildet, das erste Stirnrad eine Zähnezahl aufweist, die kleiner ist als die Zähnezahl des zweiten Stirnrades.
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Das CVT-Getriebe und das selbst eine Drehzahlreduktion veranlassende Verzweigungsgetriebe sind derart aufeinander abgestimmt angeordnet, dass die Rotationsachse des CVT-Ausgangsrades parallel zur Differentialgetriebeachse verläuft und hierbei der Abstand dieser Rotationsachse von der Getriebeachse dem Achsabstand zwischen dem ersten Stirnrad und dem zweiten Stirnrad entspricht. Diese beiden Getriebesysteme sind hierbei vorzugsweise derart eng aneinandergerückt angeordnet, dass in einer Projektion in eine zur Rotationsachse des CVT-Ausgangsrades radiale Projektionsebene sich der Kopfkreis des zweiten Stirnrades mit einem zu jener Rotationsachse konzentrischen maximalen Angriffskreis des Zugmittels des CVT-Getriebes überschneidet. Hierdurch ergibt sich eine hochkompakte Anordnung.
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Das Leistungsverzweigungsdifferential selbst ist vorzugsweise so aufgebaut, dass dieses eine erste Getriebestufe aufweist, die ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetensatz, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad umfasst, und zudem eine zweite Getriebestufe aufweist die ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetensatz, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad umfasst.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe derart aufgebaut, dass über die erste Planetengetriebestufe eine Leistungsverzweigung auf den ersten Leistungsausgang und auf die zweite Planetenstufe bewerkstelligt wird.
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Bei einem entsprechenden Aufbau der ersten Planetengetriebestufe kann diese mit der zweiten Planetengetriebestufe durch Koppelung des ersten Hohlrades der ersten Stufe mit dem zweiten Hohlrad der zweiten Stufe gekoppelt werden. Alternativ hierzu kann die Koppelung der ersten Planetengetriebestufe mit der zweiten Planetengetriebestufe auch durch Koppelung des ersten Planetenträgers mit dem zweiten Hohlrad bewerkstelligt werden.
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Die Anbindung des ersten Leistungsausganges an die erste Planetengetriebestufe und die Anbindung des zweiten Leistungsausganges an die zweite Planetengetriebestufe wird vorzugsweise bewerkstelligt, indem der erste Leistungsausgang drehfest an den ersten Planetenträger (d.i. Planetenträger der ersten Planetenstufe) angebunden ist und der zweite Leistungsausgang drehfest an das zweite Sonnenrad der zweiten Planetenstufe angebunden ist. Der zweite Planetenträger ist dann vorzugsweise stationär festgelegt.
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Die erste Planetenstufe fungiert als echtes Umlaufrädergetriebe das eine Leistungsverzweigung auf den ersten Planetenträger und das erste Hohlrad bewerkstelligt. Die zweite Planetenstufe fungiert aufgrund der Festlegung des Planetenträgers an sich als Stirnrad-Wendegetriebe mit einer Übersetzungswirkung „ins Langsame“.
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Die Erfindung betrifft an sich ein Getriebelayout für stufenlose Getriebe (CVT), welches durch den Einsatz eines sog. wälzenden Differentials konstruktive Vereinfachungen aufweist. Der Verbrennungsmotor treibt über einen Wandler oder eine Anfahrkupplung den Variator an. Dazwischen befindet sich eine schaltbare Umkehrstufe für den Rückwärtsgang. Der Variator treibt weiter die Final-Drive-Stufe mit Differential an. Die Final-Drive-Stufe ist zweistufig aufgebaut da der Variator keine Drehrichtungsumkehr bereitstellt. Da die Kurbelwelle und die Abtriebswellen gleiche Drehrichtungen haben, muss die Final-Drive. Stufe dies letztlich bewerkstelligen. Des Weiteren wird eine Final-Drive-Ubersetzung im Bereich von ca. 8 bis 15 ermöglicht. Die Erfindung beruht im Kern in einer speziellen Zusammenführung eines wälzenden Differentials mit einem CVT-Getriebe. Hierdurch werden konstruktive Vereinfachungen durch Einsparung einiger Komponenten erzielt.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine Schemadarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Getriebesystems, bei welchem das Ausgangsrad eines CVT-Getriebes über eine drehzahlreduzierende Stirnradstufe mit einem ebenfalls ins Langsame übersetzenden („wälzenden“) Leistungsverzweigungsdifferential gekoppelt ist;
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2 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer ersten Variante des als wälzendes Differential ausgeführten Leistungsverzweigungsdifferentiales, wobei im Bereich des wälzenden Differentiales die Koppelung der beiden Planetengetriebestufen durch Koppelung des ersten Planetenträgers mit dem zweiten Hohlrad bewerkstelligt wird;
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3 eine Schemadarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Getriebesystems, wobei im Bereich des wälzenden Differentiales die Koppelung der beiden Planetengetriebestufen durch Koppelung des ersten Hohlrades mit dem zweiten Hohlrad bewerkstelligt wird;
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt eine unter Einschluss eines erfindungsgemäßen Getriebesystems gebildete Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug. Diese Antriebseinheit umfasst eine Brennkraftmaschine BK, einen Wandler W, eine Umkehrstufe U, ein sog. CVT-Getriebe CVT und ein Leistungsverzweigungsdifferential PG zur Verzweigung der über das CVT-Getriebe CVT geführten Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Leistungsausgang O1, OS1, O2, OS2.
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Die CVT-Getriebestufe CVT ist derart aufgebaut, dass diese ein Eingangsrad 10, ein Ausgangsrad 11 und ein das Eingangsrad 10 und das Ausgangsrad 11 mit einem einstellbar veränderbaren Übersetzungsverhältnis koppelndes Zugmittel 12 aufweist. Das Eingangsrad 10 und das Ausgangsrad 11 sind in an sich bekannter Weise derart mehrteilig aufgebaut dass durch axiales Auseinanderrücken, oder Aneinanderrücken der Scheibenflansche 10a, 10b, 11a, 11b die Angriffsradien des Zugmittels 12 an den Rädern 10, 11 gegenläufig verändert werden können. Hierdurch wird es möglich das Übersetzungsverhältnis stufenlos zu verändern.
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Das Leistungsverzweigungsdifferential PG ist als sog. wälzendes Differential aufgebaut, bei welchem auch bei Geradeausfahrt innerhalb des Leistungsverzweigungsweges die entsprechenden Zahnradpaare aneinander abwälzen. Das Leistungsverzweigungsdifferential PG realisiert dabei neben der Leistungsverzweigung auch eine Übersetzung ins Langsame, bzw. bewirkt eine Drehmomentenerhöhung. Das Leistungsverzweigungsdifferential PG umfasst einen Differentialeingang ID und bildet den ersten Leistungsausgang O1 und den zweiten Leistungsausgang O2 und bewirkt, dass die über den Differentialeingang ID zufließende Antriebsleistung auf diese beiden Leistungsausgänge O1, O2 „ins Langsame übersetzt“ verzweigt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Getriebesystem wird zusätzlich zu der über das Leistungsverzweigungsdifferential PG bewerkstelligten Übersetzungswirkung in Langsame der Differentialeingang ID mit dem Ausgangsrad 11 der CVT-Getriebestufe derart getrieblich gekoppelt, dass über diese Koppelung eine Reduktion der Drehzahl am Differentialeingang ID gegenüber der Drehzahl am Ausgangsrad 11 der CVT-Getriebestufe erreicht wird.
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Dadurch wird es wie bereits angesprochen möglich, ein Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen leichten Personenkraftwagen zu schaffen, bei welchem eine geforderte Gesamtübersetzung erreicht wird, indem ein Leistungsverzweigungsdifferential PG mit eigener Übersetzungswirkung mit einem Getriebe CVT mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis unter Einschluss einer zusätzlich übersetzenden Stirnradgetriebestufe TS gekoppelt wird.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Ausgangsrad 11 des CVT-Getriebes mit einem gleichachsig zu diesem angeordneten erstem Stirnrad TS1 drehfest gekoppelt, und der Differentialeingang ID wird durch ein gleichachsig zur Differentialgetriebeachse angeordnetes zweites Stirnrad TS2 gebildet, wobei das erste Stirnrad TS1 und das zweite Stirnrad TS2 miteinander in Eingriff stehen. Die beiden Stirnräder TS1, TS2 sind so ausgebildet, dass das erste Stirnrad TS1 eine Zähnezahl aufweist, die kleiner ist als die Zähnezahl des zweiten Stirnrades TS2. Das CVT-Getriebe und das selbst eine Drehzahlreduktion veranlassende Verzweigungsgetriebe PG sind derart aufeinander abgestimmt angeordnet, dass die Rotationsachse Y des CVT-Ausgangsrades 11 parallel zur Differentialgetriebeachse X (d.h. zur Achse der Sonnenräder dieses Getriebes) verläuft und hierbei der Abstand dieser Rotationsachse Y von der Getriebeachse X dem Achsabstand zwischen dem ersten Stirnrad TS1 und dem zweiten Stirnrad TS2 entspricht. Die beiden Getriebesysteme CVT, PG sind hierbei derart eng aneinandergerückt angeordnet, dass bei einer Projektion in eine zur Rotationsachse Y des CVT-Ausgangsrades 11 radiale Projektionsebene sich der Kopfkreis des zweiten Stirnrades TS2 mit einem zu jener Rotationsachse Y konzentrischen maximalen Angriffskreis des Zugmittels 12 des CVT Getriebes überschneidet. Hierdurch ergibt sich die gezeigte hochkompakte Anordnung. Das Leistungsverzweigungsdifferential PG ist so aufgebaut, dass dieses eine erste Getriebestufe S1 und eine zweite Getriebestufe S2 aufweist.
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1 zeigt insoweit das Getriebe-Layout zur vorliegenden Erfindung. Der Verbrennungsmotor treibt wie zuvor über den Wandler bzw. die Kupplung und die Umkehrstufe den Variator an. Der Variator treibt über eine Stirnradstufe das wälzende Differential an. Dieses Differential bietet eine negative Übersetzung im geforderten Bereich, weshalb keine weitere Stirnradstufe benötigt werden. Die Abtriebswellen zu den Rädern sind daher direkt an das wälzende Differential angeschlossen. Es entfällt somit die Zwischenwelle. Alternativ kann die Stirnradstufe auch vor dem Variator angeordnet sein. In diesem Fall treibt der Variator direkt das wälzende Differential.
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In 2 ist der innere Aufbau des als wälzendes Differential ausgeführtem Leistungsverzweigungsdifferentials PG veranschaulicht. Das Leistungsverzweigungsdifferential PG umfasst eine erste Getriebestufe S1 die ein erstes Sonnenrad S1, einen ersten Planetensatz P1, einen ersten Planetenträger C1 und ein erstes Hohlrad H1 aufweist. Weiterhin umfasst das Leistungsverzweigungsdifferential PG eine zweite Getriebestufe S2 die ein zweites Sonnenrad S2, einen zweiten Planetensatz P2, einen zweiten Planetenträger C2 und ein zweites Hohlrad H2 aufweist. Der Antrieb der ersten Getriebestufe G1 erfolgt über das zweite Stirnrad TS2 das zum Ausgangsrad 11 der CVT-Getriebestufe radial versetzt angeordnet ist.
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Das Ausgangsrad 11 bildet wie in Verbindung mit 1 bereits angesprochen, Teil eines CVT-Getriebes, d.h. eines Zugmittelgetriebes mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis. Die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt indem die Axialpositionen der Scheibenflansche 11a, 11b entsprechend festgelegt werden und damit der Angriffsradius r des Zugmittels 12 eingestellt wird.
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Die erste Getriebestufe G1 dient der Leistungsverzweigung auf die erste Ausgangswelle O1 und die zweite Getriebestufe S2. Die zweite Getriebestufe S2 dient der Angleichung des Drehmoments der Ausgangswelle O2 an das Drehmoment der ersten Ausgangswelle O1. Die Koppelung der beiden Getriebestufen S1, S2 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel indem der erste Planetenträger C1 mit dem zweiten Hohlrad H2 gekoppelt ist. Der Leistungstransfer zu der ersten Ausgangswelle O1 erfolgt über das erste Hohlrad H1. Der Antrieb der ersten Planetenstufe G1 erfolgt über das erste Sonnenrad S1 derselben. Dieses Sonnenrad S1 ist über einen Hohlwellenzapfen 4 direkt mit dem zweiten Stirnrad TS2 drehfest gekoppelt.
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Der Leistungstransfer zu der zweiten Ausgangswelle O2 erfolgt über das zweite Sonnenrad S2 der zweiten Getriebestufe G2. Diese Getriebestufe G2 kann so ausgeführt sein, dass diese in der Art einer Planetengetriebestufe mit festgelegtem Planetenträger C2 ausgebildet ist. An sich ist die zweite Getriebestufe S2 eine Stirnradstufe.
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Das erste Sonnenrad S1 und das erste Hohlrad H1 der ersten Getriebestufe G1 definieren eine Getriebehauptachse X. Das Abtriebsrad 11 des CVT-Getriebses CVT ist zu dieser Hauptachse X radial versetzt angeordnet. Die Ausgangswelle OS1 ist durch das zweite Stirnrad TS2 hindurch geführt.
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Die Darstellung nach 3 zeigt in Form einer Schemadarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebesystems das hier wiederum als Achsgetriebe für ein Kraftfahrzeug ausgeführt ist. Dieses erfindungsgemäße Getriebesystem dient der Verzweigung der an dem Ausgangsrad 11 des CVT-Getriebes anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Leistungsausgang O1, O2. Das Getriebesystem umfasst eine erste Planetengetriebestufe G1 die aus einem ersten Sonnenrad S1, einem ersten Planetensatz P1, einem ersten Planetenträger C1 und einem ersten Hohlrad H1 besteht. Das Ausgangsrad 11 des CVT-Getriebes ist radial zur Hauptachse X der ersten Planetengetriebestufe G1 versetzt angeordnet. Die Ausgangswelle O1 ist durch das Antriebsstirnrad TS2 hindurchgeführt.
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Der erste Planetensatz P1 ist als Wendeplanetensatz ausgebildet und umfasst wenigstens ein Paar von miteinander in Eingriff stehenden Koppelplaneten P1a, P1b. Die Koppelplaneten P1a greifen radial von außen her in das erste Sonnenrad S1 ein. Die Koppelplaneten P1b greifen radial von innen her in das erste Hohlrad H1 ein. Die Koppelplaneten P1a, P1b jedes Paares sind an dem ersten Planetenträger C1 gelagert und sie stehen wie ausgeführt miteinander in Eingriff und sind damit gegensinnig drehbar gekoppelt. Vorzugsweise sind mehrere Paare derartiger Planeten P1a, P1b an dem ersten Planetenträger C1 gelagert um hierbei zwischen dem ersten Sonnenrad S1 und dem ersten Hohlrad H1 mehrere parallel tragende Lastübertragungspfade bereitzustellen.
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Das Getriebesystem umfasst weiterhin eine zweite Planetenstufe G2 die ein zweites Sonnenrad S2, einen zweiten Planetensatz P2, einen zweiten Planetenträger C2 und ein zweites Hohlrad H2 aufweist. Das erste Sonnenrad S1 fungiert als Leistungseingang der ersten Planetenstufe G1. Das erste Hohlrad H1 ist mit dem zweiten Hohlrad H2 drehfest gekoppelt. Der zweite Planetenträger C2 ist stationär festgelegt und der erste Planetenträger C1 treibt den ersten Leistungsausgang O1. Das zweite Sonnenrad S2 treibt den zweiten Leistungsausgang O2 direkt. Über die erste Planetengetriebestufe G1 wird insoweit eine Leistungsverzweigung auf den ersten Leistungsausgang OS1 und auf die zweite Planetenstufe G2 bewerkstelligt.
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Der erste Leistungsausgang O1 umfasst eine erste Abtriebswelle OS1, die koaxial durch das Stirnrad TS2 und erste Sonnenrad S1 hindurchgeführt ist. Der zweite Leistungsausgang O2 umfasst eine zweite Abtriebswelle OS2 die drehfest an das zweite Sonnenrad S2 angebunden ist. Der Antrieb des ersten Sonnenrades S1 erfolgt über einen Hohlwellenzapfen 4. Dieser Hohlwellenzapfen 4 wird über das zweite Stirnrad TS2 angetrieben.
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Das hier gezeigte Getriebesystem ist als Achsgetriebe für ein Kraftfahrzeug ausgelegt. Die beiden Abtriebswellen OS1, OS2 führen zu einem linken, bzw. einem rechten Antriebsrad einer Fahrzeugachse. Das Getriebesystem kann insbesondere auch als Verteilergetriebe bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, zur Aufteilung der Antriebsleistung auf eine vordere und eine hintere Fahrzeugachse.
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Die 2 und 3 zeigen lediglich exemplarisch bevorzugt eingesetzte wälzende Differentiale. Sie bieten eine Übersetzung im Bereich von ca. –4 bis –6 und sind verhältnismäßig kostengünstig herstellbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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