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Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Getriebe für Kraftfahrzeuge sind vielfältig bekannt geworden. So sind beispielsweise Handschaltgetriebe, Stufenautomatikgetriebe mit Wandler als Eingangselement und mit Planetenradsätzen, Kegelscheibenumschlingungsgetriebe als stufenlos einstellbares Getriebe oder Doppelkupplungsgetriebe bekannt. Bei den stufenlos einstellbaren Getrieben, auch CVT genannt, sind so genannte Toroidgetriebe und Umschlingungsgetriebe mit Band, Kette oder Riemen als Umschlingungsmittel bekannt. Dabei unterscheidet man diese Getriebe als lastschaltfähige Getriebe oder Getriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Schaltvorgang.
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Bei lastschaltfähigen Getriebekonzepten sind bedingt durch das jeweilige Prinzip die Verluste in bestimmten Betriebszuständen erhöht. Bei stufenlosen Getriebekonzepten sind dies in der Regel die stationären Zustände bei konstantem Übersetzungsverhältnis, wobei bei schaltenden Getriebekonzepten dies überwiegend die Übergänge zwischen Übersetzungsstufen sind.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe zu schaffen, welches einen guten Wirkungsgrad im stationären Betrieb aufweist, und welches bei den Schaltvorgängen, also bei Übersetzungsänderungen, wenig Energie durch Wärmeentwicklung verliert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Getriebe mit einem Stirnradgetriebe mit einem ersten und mit einem zweiten Teilgetriebe, das über eine Kupplung an ein Ausgangselement eines Antriebsmotors koppelbar ist, wobei eine Drehmomentübertragung zu einer Ausgangswelle des Getriebes über eines der Teilgetriebe erfolgt, wobei zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle im Drehmomentfluss ein lastschaltfähiges Getriebe zuschaltbar angeordnet ist, welches bei einem Schaltvorgang zwischen den Teilgetrieben ein Drehmoment überträgt. Dadurch kann während des Schaltvorgangs mit Zugkraftunterbrechung dennoch ein Drehmoment über das lastschaltfähige Getriebe kurzzeitig übertragen werden.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Teilgetriebe Stirngradgetriebe sind. Diese sind einfach auszubilden und haben geringe Verluste.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Teilgetriebe Stirngradgetriebe mit geometrischer Übersetzungsabstufung sind. Dies hat Vorteile für die Auslegung des Getriebes.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Teilgetriebe Hohlwellen aufweisen, welche koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet sind. Dies hat einen Vorteil, weil das Getriebe sehr schmal baut.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Teilgetriebe Wellen aufweisen, welche parallel und beabstandet zur Getriebeeingangswelle angeordnet sind. Dies hat einen Vorteil, weil das Getriebe axial kurz baut.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das lastschaltfähige Getriebe zwischen der Eingangswelle und einem der Teilgetriebe zuschaltbar ist. Dies ist insbesondere bei einer Gestaltung mit Hohlwelle vorteilhaft.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das lastschaltfähige Getriebe zwischen den beiden Teilgetrieben zuschaltbar ist. Dies ist insbesondere bei einer Gestaltung mit parallelen Wellen vorteilhaft.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das lastschaltfähige Getriebe jeweils mittels eines Schaltelements mit den Wellen des Getriebes oder der Teilgetriebe koppelbar ist. Dadurch kann das lastschaltfähige Getriebe im nicht genutzten Zustand völlig entkoppelt werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das lastschaltfähige Getriebe ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe oder ein Reibradgetriebe ist. Dies kann entsprechend den Erfordernissen geeignet gestaltet werden.
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Für eine geeignete Hybridisierung ist es auch vorteilhaft, wenn eine elektrische Maschine mit einem der Teilgetriebe koppelbar ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Ansicht einer Getriebestruktur,
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2 eine schematische Ansicht einer Getriebestruktur.
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Die 1 zeigt eine Getriebestruktur eines Getriebes 1 gemäß dem erfindungsgemäßen Gedanken. Das Getriebe 1 setzt sich, ähnlich zu einem Doppelkupplungsgetriebe, aus zwei stirnverzahnten Teilgetrieben 2, 3 zusammen. Diese beiden Teilgetriebe 2, 3 sind mit den Wellen GI1/GO1 bzw. GI2/GO2 ausgebildet. Dabei steht GI1, als Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes 2 und GI2 als Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes 3. GO1, GO2 sind die Getriebeausgangswellen des ersten oder des zweiten Teilgetriebes 2, 3. Die Getriebeeingangswellen GI1 und GI2 sind als Hohlwellen auf der Getriebeeingangswelle GI0 aufgenommen, welches über die Kupplung 4 mit dem Antriebsmotor verbindbar ist.
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Es ist bei der Gestaltung des Getriebes möglich, die Übersetzungen der beiden Teilgetriebe 2, 3 annähernd geometrisch abzustufen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist dies jedoch nicht notwendiger Weise der Fall. Ist die Ausgangsübersetzung FG der Teilgetriebe 2, 3 zueinander annähernd die Wurzel des geometrischen Stufensprungs eines Teilgetriebes 2, 3, ist sogar eine durchgehend geometrische Abstufung des gesamten Getriebes 1 möglich, bei welcher die beiden Teilgetriebe 2, 3 identische Übersetzungen aufweisen und somit mit Gleichteilen aufgebaut werden können.
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Im Gegensatz zu einem Doppelkupplungsgetriebe ist nicht nur eine der beiden Eingangswellen GI1, GI2 der Teilgetriebe 2, 3 als Hohlwelle ausgebildet, sondern es sind beide Eingangswellen GI1, GI2 als Hohlwelle ausgebildet. Die Eingangswelle GI0 ist als Vollwelle direkt mit der Kupplungsscheibe 5 der Kupplung 4 verbunden. Über die Schalteinrichtung 6 können die Wellen GI1, GI2 wahlweise mit der Vollwelle GI0 verbunden werden.
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Im stationären Zustand des Getriebes 1 kann zunächst beispielsweise die Schalteinrichtung 6 die Welle GI2 fest über die Welle GI0 und die geschlossene Kupplung 4 mit der Kurbelwelle des Antriebsmotors verbinden. Der Vortrieb erfolgt über eine der Zahnradpaarungen von dem Teilgetriebe 3 zu der Ausgangswelle GO2, und von dort über das Differential FG an den Abtrieb.
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Eine Schaltung zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses wird vorbereitet, indem das Schaltelement 6 ein Anpassungsgetriebe ST mit der Vollwelle GI0 verbindet. Das Anpassungsgetriebe ST könnte auch ständig mit der Vollwelle verbunden sein, dies verursacht aber gewisse Schleppverluste, die vermeidbar sind, wenn es nicht ständig verbunden ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann daher das Anpassungsgetriebe auch mit der Vollwelle dauerhaft verbunden sein.
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Das Anpassungsgetriebe ST ist im Ausführungsbeispiel der 1 beispielhaft als stufenlos einstellbares Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, auch CVT genannt, ausgebildet. Dieses Anpassungsgetriebe ST ist mit dem Riemen B, den Scheibensätzen P1 und P2 sowie mit der Vorübersetzung SG dargestellt. Statt des stufenlos einstellbaren Kegelscheibenumschlingungsgetriebes könnte alternativ auch ein anderes lastschaltfähiges Getriebe eingesetzt werden, zum Beispiel ein Reibradgetriebe oder ein 3-Gang Planetengetriebe.
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Das Anpassungsgetriebe ST ist derart eingestellt, dass die Drehzahl der Welle SI der Zieldrehzahl der Welle GI1 in der Zielübersetzung bzw. im Zielgang entspricht, vorteilhaft unter Berücksichtigung der Übersetzung zwischen der Welle SI und der Welle GI1. Danach wird das Schaltelement S nach links bewegt und so die Welle GI1 angekoppelt.
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Erst in dieser Betriebssituation wird die Zielübersetzung bzw. der Zielgang im Teilgetriebe 2 eingelegt und das an den Abtrieb zu übertragene Drehmoment durch eine entsprechende Einstellung des Anpassungsgetriebes ST an das Teilgetriebe 2 geleitet. Im Anschluss daran wird das Teilgetriebe 3 durch ein Verschieben der Schalteinrichtung 6 in Neutralstellung von der Welle GI0 getrennt.
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Im nächsten Schritt im Verfahrensablauf synchronisiert das Anpassungsgetriebe ST im Zusammenspiel mit der Motorsteuerung die Drehzahl der Wellen GI1 und GI0. Stimmen diese Drehzahlen überein, werden diese beiden Wellen GI1 und GI0 durch betätigen der Schalteinrichtung 6 nach links fest miteinander gekoppelt. Danach können die Schalteinrichtungen S und 6 wieder in Neutralstellung gebracht werden, die Schaltung ist damit abgeschlossen.
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Der zusätzliche Aufwand für die zusätzlichen Schalteinrichtungen und das Anpassungsgetriebe ST können durch weitere Vereinfachungen auch zumindest teilweise kompensiert werden, wenn:
- 1. die Schalteinheit 6 weggelassen ist oder durch einen schaltbaren Freilauf ersetzt ist,
- 2. die Schalteinheit 6 als reine Klauenkupplung dargestellt ist,
- 3. die Stufung streng geometrisch ist, und damit die Spreizung des Anpassungsgetriebes ST auf einen geometrischen Stufensprung eines Teilgetriebes beschränkt ist und/oder
- 4. die Schalteinheiten der Teilgetriebe 2 und 3 als reine Klauenkupplungen gestaltet sind.
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Je nach Ausführungsbeispiel kann die eine oder andere dieser oben genannten Maßnahmen umgesetzt sein oder Kombinationen dieser Maßnahmen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind diese Maßnahmen auch nicht umgesetzt.
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In einem Ausführungsbeispiel der 1 können zwei identische Teilgetriebe 2, 3 vorgesehen sein. Diese Gestaltung kann gespiegelt erfolgen, wie in 1 gezeigt oder alternativ auch ungespiegelt, bei entsprechender Anpassung der Zahnräder auf Welle SI.
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Die 1 zeigt auch die Kopplung einer elektrischen Maschine 7 als ein optionaler Ansatzpunkt für eine vorteilhafte Hybridisierung des Getriebes. Die elektrische Maschine 7 ist dabei mit der Welle SI direkt oder alternativ auch über ein Getriebe indirekt verbunden. Entsprechend kann der Elektromotor 7 sowohl bei der Schaltungsvorbereitung zum Synchronisieren der Drehzahlen des kommenden Teilgetriebes 2, 3 genutzt werden, als auch während der Verstellung des Anpassungsgetriebes ST die Synchronisierung unter Last unterstützen. Daneben kann im Fahrbetrieb der Elektromotor 7 wahlweise an eine der Eingangswellen GI1, GI2 angekoppelt werden oder über das Anpassungsgetriebe ST mit der Welle GI0 verbunden werden. Letzteres ist vorteilhaft bei Fahrzeugstillstand für einen generatorischen Betrieb und bietet die Möglichkeit, bei einer elektrischen Fahrt komfortabel zu schalten. Außerdem kann über das Anpassungsgetriebe ST ein Start eines Verbrennungsmotors über Welle GI0 mit einer Drehzahl abweichend von der Wellendrehzahl SI erfolgen, wobei die Dämpfung des Anpassungsgetriebes ST günstig genutzt werden kann.
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Für die Anbindung des Rückwärtsganges im Getriebe nach 1 gibt es mehrere Möglichkeiten.
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Eine solche Möglichkeit sieht die Einbindung der Welle SI vor, wobei die Welle SI als Trägerwelle dient. Die Schalteinrichtung 6 ist für den Rückwärtsgang rechts geschaltet, und die Schalteinrichtung R ist betätigt. Die Schalteinrichtung S ist links geschaltet. Nun können sämtliche Gänge des Teilgetriebes 2 als Rückwärtsgänge genutzt werden, was bei manchen Fahrzeuggattungen von Vorteil sein kann. Alternativ könnte die Baugruppe mit der Schalteinrichtung 6 analog an das Teilgetriebe 2 angebunden werden und alle Übersetzungen des Teilgetriebes 3 genutzt werden. Diese Getriebestruktur würde zusätzlich erlauben, über eine hier nicht gezeigte schaltbare Ankoppelung des Scheibensatzes P1 an die Welle GO2 im Rückwärtsgang die Variationsmöglichkeiten des Anpassungsgetriebes ST mit zu nutzen.
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Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes 11, welches bauraumoptimiert ist und zusätzlich einen hohen Grad an Mehrfachnutzung der Verzahnungsradpaare bietet.
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Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der 1 ist im Ausführungsbeispiel der 2 das Anpassungsgetriebe ST nicht an der Eingangswelle GI angesetzt, sondern zwischen den Nebenwellen G01 und GO2. Dadurch wird in den unteren Gängen die Drehzahl des Anpassungsgetriebes ST kleiner und das Moment höher, was in gewissen Betriebssituationen auch Vorteile hat.
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Bei dem Getriebe 11 tragen die beiden Teilgetriebe 2, 3 alle Schalteinrichtungen auf den Nebenwellen GO1 und GO2. Eine Hohlwelle ist entsprechend nicht erforderlich, die Eingangswelle GI trägt in diesem Beispiel ausschließlich Festräder. Dies könnte jedoch auch variiert werden.
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Jede der Hohlwellen ist über ein Schaltelement D1 bzw. D2 an den Getriebeausgang ankoppelbar. Zusätzlich können die Nebenwellen GO1, GO2 über ein lastschaltfähiges Anpassungsgetriebe ST miteinander gekoppelt werden, indem die beiden Schalteinrichtungen 6 betätigt werden.
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In 2 ist beispielhaft ein stufenlos einstellbares Getriebe, wie CVT-Getriebe, ohne Vorübersetzung als Anpassungsgetriebe ST gezeigt. Alternativ kann auch ein anderes lastschaltendes Getriebe eingesetzt werden.
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Im stationären Zustand kann beispielsweise die Schalteinrichtung D2 die Welle GO2 fest mit der Diffentialübersetzung FG am Abtrieb verbinden, der Antrieb erfolgt über eines der Zahnradpaare von Teilgetriebe 3 von der Welle GI. Eine Schaltung wird vorbereitet, indem das Schaltelement 6 das Anpassungsgetriebe ST mit den Nebenwellen GO1 und GO2 verbindet. Das Anpassungsgetriebe ST wird so eingestellt, dass die Drehzahl der Nebenwelle GO1 der Drehzahl des Losrades am Abtrieb der Nebenwelle GO1 entspricht. Danach wird das Schaltelement D1 nach links bewegt und so die Welle GO1 an den Abtrieb gekoppelt.
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Das an den Abtrieb zu übertragene Drehmoment wir durch eine entsprechende Einstellung des Anpassungsgetriebes ST an GO1 geleitet. Im Anschluss wird GO2 durch Verschieben der Schalteinrichtung D2 in Neutralstellung vom abtriebsseitigen Losrad der Differenzialübersetzung FG getrennt. Im nächsten Schritt synchronisiert das Anpassungsgetriebe ST im Zusammenspiel mit der Motorsteuerung die Drehzahl der Eingangswelle GI und der Nebenwellen GO1 so, dass der Zielgang im Teilgetriebe 2 eingelegt werden und danach der in dem Teilgetriebe 3 noch eingelegte Gang ausgelegt werden kann. Zum Abschluss des Vorgangs werden die Schalteinrichtungen 6 wieder in Neutralstellung gebracht und damit das Anpassungsgetriebe abgekoppelt.
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Bei einem Getriebe 11 gemäß 2 ist es auch vorteilhaft, wenn
- 1. die Schalteinheit D als reine Klauenkupplung dargestellt ist,
- 2. die Stufung der Teilgetriebe 2, 3 streng geometrisch ist, und damit die Spreizung des Anpassungsgetriebes ST auf einen geometrischen Stufensprung eines Teilgetriebes 2, 3 beschränkt ist,
- 3. die Schalteinheiten der Teilgetriebe 2 und 3 als reine Klauenkupplungen gestaltet sind und/oder
- 4. zwei identische Teilgetriebe 2 und 3 verwendet sind.
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Auch bei dem Getriebe 11 gemäß 2 kann eines der Teilgetriebe 2, 3 mehrere Rückwärtsgänge erzeugen. Dazu wird beispielsweise die Schalteinrichtung R für den Rückwärtsgang auf einer der Nebenwellen GO1, GO2 angeordnet und das damit verbundene Losrad an ein Festrad der anderen Nebenwelle angebunden.
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Beispielhaft ist ein Festrad auf der Welle GO1 angeordnet. Wenn sich das Teilgetriebe 2 im Leerlauf befindet, kann bei betätigter Schalteinrichtung R die Schalteinrichtung D1 ebenfalls betätigt werden. Damit ist es möglich, alle Übersetzungen des Teilgetriebes 3 als Rückwärtsgänge zu nutzen.
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Das Anpassungsgetriebe ST kommt in beiden Ausführungsbeispielen nur während der Schaltungen kurzzeitig zum Einsatz; bei der gezeigten Hybridisierung kommen noch Motorstarts hinzu. Gleichzeitig kann die Drehzahl des Anpassungsgetriebes ST mittels der Übersetzungen SG und der Übersetzungen zwischen der Welle SI und den Eingangswellen der Teilgetriebe GI1 und GI2 gewählt werden. So könnte zum Beispiel die Drehzahl hoch gewählt und ein stufenlos eistellbares Getriebe, wie CVT-Getriebe, mit Gummiriemen oder ein Reibradgetriebe eingesetzt werden. Selbst bei einem Einsatz in einem Nutzfahrzeug könnten entsprechend die Drehmomente und Belastungen im Anpassungsgetriebe ST vergleichsweise gering gehalten werden.
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In beiden dargestellten Ausführungsbeispielen kann das Anpassungsgetriebe ST auch als Kriechgang genutzt werden. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, die Dauerbelastbarkeit des Anpassungsgetriebes ST entsprechend auszulegen.
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Eine beispielhafte Auslegung eines Getriebes nach 1 zeigt, dass es möglich ist, für die Übersetzungen GI/GO sowie die Differenzialübersetzung FG eine Abstimmung zu finden, bei der die Abweichungen zur idealen geometrischen Abstufung geringer als 1% sind, bei einer Spreizung von über 8.
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Es ist auch möglich, die Übersetzungen E und F gleich zu gestalten und stattdessen die Übersetzungen der beiden Teilgetriebe 2, 3 unterschiedlich zu gestalten. Auch für diesen Fall kann eine ähnlich gute geometrische Abstufung gefunden werden. Dabei entsprechend die Übersetzungen E und F den Übersetzungen zwischen den Wellen GO1 bzw. GO2 zum Abtrieb FG.
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Eine beispielhafte Auslegung des Getriebes 11 nach 2 kann identisch zu der Auslegung nach 1 erfolgen. Allerdings ist die Anbindung des Anpassungsgetriebes vorteilhaft direkt, wenn stattdessen die Differenzialübersetzungen FG der Wellen GO1 und GO2 identisch sind und dafür die Übersetzungen der Teilgetriebe 2 und 3 zueinander um die Wurzel eines Gangsprunges eines einzelnen Teilgetriebes 2, 3 differieren.
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Dabei kann auch eine annähernd ideale geometrische Abstufung erzielt werden, wenn statt vier doppelgenutzten Zahnrädern auf der Welle GI insgesamt acht einfach genutzte Zahnräder genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Teilgetriebe
- 3
- Teilgetriebe
- 4
- Kupplung
- 5
- Kupplungsscheibe
- 6
- Schaltelement
- 7
- elektrische Maschine
- 11
- Getriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19981968 B4 [0004]
- DE 102010049931 A1 [0004]
