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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Antriebsmaschine, mit einer Antriebswelle, die drehfest mit einem Rotor der Antriebsmaschine verbunden ist, mit einem stufenlosen Getriebe, das über einen antriebswellenseitigen ersten Scheibensatz mit der Antriebswelle drehmomentübertragend gekoppelt ist, und mit einer Abtriebswelle, die mit einem abtriebswellenseitigen zweiten Scheibensatz des stufenlosen Getriebes drehmomentübertragend gekoppelt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinheit.
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Bei einem stufenlosen Getriebe/Variator-Getriebe der bekannten Art ist also ein Variator vorhanden, der zwei axial verschiebbare Scheibensätze, insbesondere Kegelscheibenpaare, besitzt, über die ein Zugmittel drehmomentübertragend läuft. Das eine Kegelscheibenpaar ist dabei mit einer Antriebswelle verbunden, und das andere Kegelscheibenpaar ist mit einer Abtriebswelle verbunden. Jeweils eine Scheibe der Kegelscheibenpaare ist auf der jeweiligen Welle fixiert, während die jeweils andere Scheibe auf der Welle axial geführt gesteuert verschoben werden kann. Dabei sind zumeist die diagonal gegenüberliegenden Scheiben der Kegelscheibenpaare beweglich, so dass sich die Kegelscheibenpaare gegenläufig bewegen, um bei gleichbleibender Zugmittellänge und bei gleichbleibendem Achsabstand der Wellen eine gleichbleibende Vorspannung des Zugmittels zu gewährleisten. Üblicherweise entspricht ein kleiner Zugmittelradius im Antriebs-Kegelscheibenpaar einem kleinen Gang eines konventionellen Getriebes. Wenn also an dem Antriebs-Kegelscheibenpaar die Kegelscheiben zusammengedrückt werden, vergrößert sich der Zugmittelradius, so dass das Übersetzungsverhältnis größer wird.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits sogenannte E-Achsen, d.h. eine Antriebseinheit mit einer elektrischen Antriebsmaschine, mit einem Eingangsgetriebe bekannt. Jedoch ist es in verschiedenen Anwendungsfeldern erforderlich, mehr als einen Gang in der E-Achse bereitzustellen.
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Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, stufenlose Getriebe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs einzusetzen. Zum Beispiel offenbart die
WO 2015/110108 A1 einen CVT-Antriebsstrang mit einem stufenlos verstellbaren Variator und mit einer auf einer primären Antriebsseite angeordneten Getriebeeingangswelle, zu der eine Anfahreinrichtung und ein sekundärer Antrieb, insbesondere eine einen sekundären Antrieb darstellende Elektromaschine, koaxial angeordnet sind, wobei eine erste zusätzliche Kupplung, die zur Kopplung des sekundären Antriebs mit einer Direktdurchtriebsstufe dient, und eine zweite zusätzliche Kupplung, die zur Kopplung mit einem Variatoreingang dient, vorhanden sind.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass ein stufenloses Getriebe verhältnismäßig bauraumintensiv ist.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll eine Antriebseinheit mit einer elektrischen Antriebsmaschine bereitgestellt werden, die eine bauraumgünstige Integration eines stufenlosen Getriebes ermöglicht, so dass das erzeugte Drehmoment übersetzt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Scheibensatz des stufenlosen Getriebes koaxial zu der Antriebswelle und koaxial zu der Abtriebswelle angeordnet ist. Das heißt also auch, dass die Antriebswelle und die Abtriebswelle zueinander koaxial angeordnet sind.
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Dies hat den Vorteil, dass das zusätzliche stufenlose Getriebe insbesondere in Radialrichtung besonders bauraumsparend ausgebildet werden kann, so dass sich eine Integration des stufenlosen Getriebes nur geringfügig auf die Konstruktion umliegender Bauteile auswirkt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Zudem ist es zweckmäßig, wenn der Rotor koaxial zu der Antriebswelle angeordnet ist. Somit lässt sich die elektrische Antriebsmaschine bauraumsparend im Bereich der Antriebswelle integrieren. Dabei kann der Rotor direkt oder indirekt an der Antriebswelle drehmomentübertragend angebunden sein.
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Auch ist es von Vorteil, wenn der Rotor direkt auf einer Außenseite der Antriebswelle aufgebracht ist. Das heißt also, dass die Antriebswelle koaxial zu der Antriebsmaschine angeordnet wird. Dadurch ist es vorteilhafterweise nicht notwendig, eine Übersetzungsstufe zum Übertragen des Drehmoments von dem Rotor auf die Antriebswelle zwischenzuschalten.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn die Abtriebswelle radial innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle angeordnet ist. Das heißt, dass die Antriebswelle und die Abtriebswelle bilden eine Hohlwellenkonstruktion, bei der die Antriebswelle und die Abtriebswelle koaxial und radial ineinander geschachtelt angeordnet sind. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise eine besonders bauraumgünstige Anordnung umsetzen.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn eine (Vor-) Untersetzungsstufe, d.h. eine Übersetzung ins Langsame, im Drehmomentenfluss wirkend zwischen der Antriebswelle und dem ersten Scheibensatz ausgebildet ist. Dadurch können das Drehmoment sowie die Drehzahl in geeigneter Weise übersetzt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Untersetzungsstufe durch einen Planetensatz ausgebildet ist.
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Ein günstiges Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste (Nach-) Untersetzungsstufe, d.h. eine Übersetzung ins Langsame, im Drehmomentenfluss dem zweiten Scheibensatz nachgeschaltet ist. Bevorzugterweise kann die Untersetzungsstufe als eine Stirnradstufe ausgebildet sein. Dadurch können sowohl die Drehzahl und das Drehmoment geeignet übersetzt werden als auch das Drehmoment von dem zu der Abtriebswelle achsparallel angeordneten zweiten Scheibensatz auf eine koaxiale Welle übertragen werden.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Stirnradstufe wird durch ein koaxial zu dem zweiten Scheibensatz angeordnetes Stirnrad und ein koaxial zu der Abtriebswelle (bzw. zu der Antriebswelle bzw. zu dem ersten Scheibensatz) angeordnetes Stirnrad gebildet wird. So lässt sich die Übersetzung vorteilhafterweise kostengünstig und mit hoher Präzision realisieren.
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Zusätzlich ist es zweckmäßig, wenn eine zweite (Nach-) Untersetzungsstufe, d.h. eine Übersetzung ins Langsame, im Drehmomentenfluss wirkend der ersten Untersetzungsstufe nachgeschaltet ist. Durch die mehrstufige Untersetzung kann vorteilhafterweise die Drehzahl schrittweise herabgesetzt werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die zweite Untersetzungsstufe als Planetensatz ausgebildet ist. Dadurch lassen sich in vorteilhafter Weise insbesondere hohe Drehmomente besonders gut übersetzen.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn ein vorzugsweise als Planetensatzdifferential ausgebildetes Differential zum Verteilen des Drehmoments der Antriebswelle auf eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle koaxial zu dem ersten Scheibensatz angeordnet ist. Dadurch kann das Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine in geeigneter Weise auf die Antriebsräder verteilt werden.
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Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die zweite Untersetzungsstufe ist in dem Differential integriert ist, so dass sich vorteilhafterweise eine besonders bauraumsparende Anordnung realisieren lässt.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn die erste Abtriebswelle ist in Axialrichtung länger als die zweite Abtriebswelle ist und/oder wenn die erste Abtriebswelle radial innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle angeordnet ist. So benötigt die erste Abtriebswelle keinen zusätzlichen Bauraum.
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Auch ist es von Vorteil, wenn eine Übersetzungsspreizung, d.h. ein Verhältnis zwischen einer kleinsten und einer größten einstellbaren Übersetzung, des stufenlosen Getriebes zwischen 2,5 und 4,5 liegt. Dadurch lässt sich eine besonders gute Leistung der Antriebseinheit erreichen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das stufenlose Getriebe aus dem Drehmomentenfluss zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle schaltbar abkoppelbar sein. Das heißt also, dass das stufenlose Getriebe von der elektrischen Antriebsmaschine, beispielsweise durch eine formschlüssige Kupplung wie eine Klauenkupplung, abgekoppelt wird, so dass das Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine nicht über das stufenlose Getriebe übersetzt wird.
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Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn die Antriebswelle direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung des stufenlosen Getriebes, mit dem Differential verbindbar ist. Beispielsweise wird also ein Direktdurchtrieb von der Antriebswelle zu dem Differential, vorzugsweise durch eine formschlüssige Kupplung wie eine Klauenkupplung, realisiert. So können Leistungsverluste durch die Zwischenschaltung des stufenlosen Getriebes schaltbar vermieden werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Antriebsstrang mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gelöst.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine E-Achse mit einem koaxialen stufenlosen Getriebe (CVT, Continuously Variable Transmission), bei dem ein antriebsseitiger Scheibensatz des Getriebes koaxial zu einer elektrischen Antriebsmaschine und koaxial zu den Abtriebswellen der Antriebsräder ist, so dass eine Hohlwellenkonstruktion gebildet wird. Dabei kann ein Planetensatz vor dem antriebsseitigen Scheibensatz als Voruntersetzung vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit in einer ersten Ausführungsform, und
- 2 eine Längsschnittdarstellung der Antriebseinheit in einer zweiten Ausführungsform.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 für ein Kraftfahrzeug in einer ersten Ausführungsform. Die Antriebseinheit 1 weist eine elektrische Antriebsmaschine 2 und eine Antriebswelle 3 auf, wobei die Antriebswelle 3 drehfest mit einem Rotor 4 der Antriebsmaschine 2 verbunden ist. Die Antriebseinheit 1 weist auch ein stufenloses Getriebe 5 auf, das über einen ersten Scheibensatz 6 des stufenlosen Getriebes 5 mit der Antriebswelle 3 drehmomentübertragend gekoppelt ist. Eine erste Abtriebswelle 7 der Antriebseinheit 1 ist mit einem zweiten Scheibensatz 8 des stufenlosen Getriebes 5 drehmomentübertragend gekoppelt ist. Der zweite Scheibensatz 8 des Getriebes 5 ist drehmomentübertragend mit einem Differential 9 gekoppelt, welches das von der elektrischen Antriebsmaschine 2 erzeugte Drehmoment auf die erste Abtriebswelle 7 und eine zweite Abtriebswelle 10 verteilt. Die beiden Abtriebswelle 7, 10 sind jeweils drehfest mit Antriebsrädern 11 verbunden.
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Die elektrische Antriebsmaschine 2 weist den Rotor 4 und einen Stator 12 auf, wobei der Rotor 4 koaxial zu dem Stator 12 und radial innerhalb des Stators 12 angeordnet ist. Der Rotor 4 ist relativ zu dem Stator 12 drehbar gelagert. Der Rotor 4 ist direkt auf einer Außenseite 13 der Antriebswelle 3 aufgebracht. Die elektrische Antriebsmaschine 2 ist koaxial zu der Antriebswelle 3 angeordnet. Das heißt also, dass der Rotor 4 koaxial zu der Antriebswelle 3 angeordnet ist.
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Das stufenlose Getriebe 5 weist den ersten Scheibensatz 6 und den zweiten Scheibensatz 8 auf, die über ein Zugmittel 14 drehmomentübertragend gekoppelt sind. Der erste Scheibensatz 6 wird durch ein Kegelscheibenpaar 15 gebildet. Dabei ist die eine Kegelscheibe 16 des Kegelscheibenpaars 15 axialfest auf der Antriebswelle 3 fixiert und die andere Kegelscheibe 17 des Kegelscheibenpaars 15 axial verschieblich auf der Antriebswelle 3 angeordnet. Die Kegelscheibe 17 kann axial geführt gesteuert verschoben werden, so dass sich der Zugmittelradius ändert. Der zweite Scheibensatz 8 wird durch ein Kegelscheibenpaar 18 gebildet. Dabei ist die eine Kegelscheibe 19 des Kegelscheibenpaars 18 axialfest und die andere Kegelscheibe 20 des Kegelscheibenpaars 18 axial verschieblich angeordnet ist. Die Kegelscheibe 20 kann axial geführt gesteuert verschoben werden, so dass sich der Zugmittelradius ändert. Die axial verschieblichen Kegelscheiben 17, 20 sind diagonal gegenüberliegend angeordnet.
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Der erste Scheibensatz 6 des stufenlosen Getriebes 5 ist koaxial zu der Antriebswelle 3 sowie koaxial zu der ersten Abtriebswelle 7 und der zweiten Abtriebswelle 10 angeordnet. Dabei bilden die Antriebswelle 3 und die erste Abtriebswelle 7 eine Hohlwellenkonstruktion, bei der die Antriebswelle 3 als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle 7 radial innerhalb der Antriebswelle 3 angeordnet ist. Die Antriebswelle 3 und die beiden Abtriebswellen 7, 10 sind koaxial zueinander angeordnet. Die erste Abtriebswelle 7 ist in Axialrichtung länger als die zweite Abtriebswelle 10.
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Der zweite Scheibensatz 8 des stufenlosen Getriebes 5 ist achsparallel zu der Antriebswelle 3 sowie zu den beiden Abtriebswelle 7, 10 angeordnet. Im Drehmomentenfluss wird das Drehmoment von dem zweiten Scheibensatz 8 über eine erste Nachuntersetzungsstufe 21 weitergegeben. Die erste Nachuntersetzungsstufe 21 ist als eine Stirnradstufe 22 ausgebildet, die durch ein erstes Stirnrad 23, das koaxial zu dem zweiten Scheibensatz 8 angeordnet ist, und ein zweites Stirnrad 24, das koaxial zu den Abtriebswellen 7, 10 bzw. zu der Antriebswelle 3 angeordnet ist, gebildet wird.
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Von der ersten Nachuntersetzungsstufe 21 wird das Drehmoment über eine zweite Nachuntersetzungsstufe 25 an das Differential 9 weitergegeben. Die zweite Nachuntersetzungsstufe 25 ist als ein Planetensatz bzw. Planetengetriebe 26 ausgebildet, bei dem ein Sonnenrad 27 drehfest mit der ersten Nachuntersetzungsstufe 21 verbunden ist und Planeten 28, die drehfest mit dem Differential 9 verbunden sind, in einem gehäusefesten Hohlrad 29 umlaufen. Die zweite Nachuntersetzungsstufe 25 kann auch in dem Differential 9 integriert sein oder nicht ausgebildet sein.
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Das Differential 9 ist als ein Planetensatzdifferential 30 ausgebildet, das das Drehmoment auf die erste Abtriebswelle 7 und die zweite Abtriebswelle 10 und damit auf die Antriebsräder 11 verteilt.
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Auch wenn dies in dem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, kann im Drehmomentenfluss zwischen der Antriebswelle 3 und dem ersten Scheibensatz 6 des stufenlosen Getriebes 5 eine beispielsweise als Planetensatz ausgebildete Voruntersetzungsstufe ausgebildet sein.
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Auch wenn dies in dem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, kann das stufenlose Getriebe 5 von der elektrischen Antriebsmaschine 2 abkoppelbar ausgebildet werden. Dazu wird beispielsweise eine schaltbare Kupplung, wie eine Klauenkupplung, zwischen der elektrischen Antriebsmaschine 2 und dem stufenlosen Getriebe 5 vorgesehen. Gleichzeitig wird durch eine weitere schaltbare Kupplung, wie eine Klauenkupplung, ein Direktdurchtrieb der Antriebswelle 3 zu dem Differential 9 realisiert.
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2 zeigt die erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 für ein Kraftfahrzeug in einer zweiten Ausführungsform, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Die Antriebseinheit 1 weist die elektrische Antriebsmaschine 2 und die Antriebswelle 3 auf, wobei die Antriebswelle 3 drehfest mit dem Rotor 4 der Antriebsmaschine 2 verbunden ist. Die Antriebseinheit 1 weist auch das stufenlose Getriebe 5 auf, das über den ersten Scheibensatz 6 des stufenlosen Getriebes 5 mit der Antriebswelle 3 drehmomentübertragend gekoppelt ist. Die erste Abtriebswelle 7 der Antriebseinheit 1 ist mit dem zweiten Scheibensatz 8 des stufenlosen Getriebes 5 drehmomentübertragend gekoppelt. Der zweite Scheibensatz 8 des Getriebes 5 ist drehmomentübertragend mit dem Differential 9 gekoppelt, welches das von der elektrischen Antriebsmaschine 2 erzeugte Drehmoment auf die erste Abtriebswelle 7 und die zweite Abtriebswelle 10 verteilt. Die elektrische Antriebsmaschine 2 weist den Rotor 4 und den Stator 12 auf, wobei der Rotor 4 koaxial zu dem Stator 12 und radial innerhalb des Stators 12 angeordnet ist. Der Rotor 4 ist relativ zu dem Stator 12 drehbar gelagert. Der Rotor 4 ist direkt auf der Außenseite 13 der Antriebswelle 3 aufgebracht. Die elektrische Antriebsmaschine 2 ist koaxial zu der Antriebswelle 3 angeordnet.
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Der erste Scheibensatz 6 wird durch das Kegelscheibenpaar 15 aus der axialfest auf der Antriebswelle 3 fixierten einen Kegelscheibe 16 und der axial verschieblich auf der Antriebswelle 3 angeordneten anderen Kegelscheibe 17 gebildet. Der zweite Scheibensatz 8 wird durch das Kegelscheibenpaar 18 aus der axialfest fixierten einen Kegelscheibe 19 und der axial verschieblich angeordneten anderen Kegelscheibe 20 gebildet. Die axial verschieblichen Kegelscheiben 17, 20 sind diagonal gegenüberliegend angeordnet. Das Zugmittel ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht dargestellt.
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Der erste Scheibensatz 6 ist koaxial zu der Antriebswelle 3 und zu der ersten Abtriebswelle 7 angeordnet. Die Antriebswelle 3 und die erste Abtriebswelle 7 bilden eine Hohlwellenkonstruktion, bei der die Antriebswelle 3 als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle 7 radial innerhalb der Antriebswelle 3 angeordnet ist. Die Antriebswelle 3 und die beiden Abtriebswellen 7, 10 sind koaxial zueinander angeordnet. Die erste Abtriebswelle 7 ist in Axialrichtung länger als die zweite Abtriebswelle 10.
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Der zweite Scheibensatz 8 ist achsparallel zu der Antriebswelle 3 sowie zu den beiden Abtriebswelle 7, 10 angeordnet. Im Drehmomentenfluss wird das Drehmoment von dem zweiten Scheibensatz 8 über die erste Nachuntersetzungsstufe 21 weitergegeben. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform ist die erste Nachuntersetzungsstufe 21 als ein Planetensatz 31 ausgebildet. Das Drehmoment wird also von dem zweiten Scheibensatz 8 über eine Zwischenwelle 32 weitergegeben, die wiederum eine Außenverzahnung aufweist, welche mit Planetenrädern 33 des Planetensatzes 31 kämmt. Ein Planetenträger 34, in dem die Planetenräder 33 gelagert sind, wird durch die in einem gehäusefesten Hohlrad umlaufenden Planetenräder 33 rotatorisch angetrieben. Ein Stirnrad 35 ist drehfest mit dem Planetenträger 34 gekoppelt, so dass das Drehmoment über den Planetenträger 34 weitergegeben wird. Das Stirnrad 35 ist drehbar auf der Zwischenwelle 32 gelagert und in Axialrichtung zwischen dem zweiten Scheibensatz 8 und dem Planetensatz 31 angeordnet.
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Das Stirnrad 35 kämmt mit dem Planetensatzdifferential 30 und bildet somit die zweite Nachuntersetzungsstufe 25 aus. Die zweite Nachuntersetzungsstufe 25 ist somit als eine Stirnradstufe 36 ausgebildet. In dem Planetensatzdifferential 30 wird das Drehmoment über die Planetenräder an ein erstes Abtriebsrad 37, das drehfest mit der ersten Abtriebswelle 7 gekoppelt ist, und an ein zweites Abtriebsrad 38, das drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 10 gekoppelt ist, weitergegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- elektrische Antriebsmaschine
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Rotor
- 5
- stufenloses Getriebe
- 6
- erster Scheibensatz
- 7
- erste Abtriebswelle
- 8
- zweiter Scheibensatz
- 9
- Differential
- 10
- zweite Abtriebswelle
- 11
- Antriebsrad
- 12
- Stator
- 13
- Außenseite
- 14
- Zugmittel
- 15
- Kegelscheibenpaar
- 16
- Kegelscheibe
- 17
- Kegelscheibe
- 18
- Kegelscheibenpaar
- 19
- Kegelscheibe
- 20
- Kegelscheibe
- 21
- erste Nachuntersetzungsstufe
- 22
- Stirnradstufe
- 23
- erstes Stirnrad
- 24
- zweites Stirnrad
- 25
- zweite Nachuntersetzungsstufe
- 26
- Planetensatz
- 27
- Sonnenrad
- 28
- Planet
- 29
- Hohlrad
- 30
- Planetensatzdifferential
- 31
- Planetensatz
- 32
- Zwischenwelle
- 33
- Planetenräder
- 34
- Planetenträger
- 35
- Stirnrad
- 36
- Stirnradstufe
- 37
- erstes Abtriebsrad
- 38
- zweites Abtriebsrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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