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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere für ein landwirtschaftliches oder kommunales Nutzfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten Variator, einen zweiten Variator, sowie ein Planetenradsatzsystem mit vier Wellen und einen zusätzlichen Planetenradsatz, wobei ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement und ein fünftes Schaltelement vorgesehen sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein landwirtschaftliches oder kommunales Nutzfahrzeug, welcher ein vorgenanntes Kraftfahrzeuggetriebe umfasst.
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Bei landwirtschaftlichen und auch kommunalen Nutzfahrzeugen sind aufgrund des breiten Aufgabenfeldes unterschiedliche Fahrbereiche darzustellen, was bei einem Getriebe eines derartigen Nutzfahrzeuges eine große Spreizung zwischen einer langsamsten und einer schnellsten Übersetzung notwendig macht. Neben in Gruppenbauweise ausgeführten Getrieben kommen häufig auch stufenlose Getriebe zur Anwendung, bei welchen im Rahmen einer Leistungsverzweigung zumeist eine mechanische Leistungsübertragung und eine hydrostatische Leistungsübertragung miteinander kombiniert werden. Dabei wird innerhalb des Getriebes der Betrieb eines mechanischen Getriebeteils mit dem eines hydrostatischen Getriebeteils überlagert, so dass sich ein Betrieb des Nutzfahrzeuges vom Stillstand bis zur Endgeschwindigkeit stufenlos und zugkraftunterbrechungsfrei realisieren lässt.
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Aus der
DE 10 2008 001 612 A1 geht ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein landwirtschaftliches oder kommunales Nutzfahrzeug hervor, wobei sich dieses Kraftfahrzeuggetriebe dabei aus einem mechanischen Getriebeteil und einem hydrostatischen Getriebeteil zusammensetzt. Hierbei sind zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle ein Planetenradsatzsystem aus zwei Planetenradsätzen und ein zusätzlicher Planetenradsatz angeordnet, die dabei gemeinsam mit einer nachgeschalteten Wendeeinheit den mechanischen Getriebeteil des Getriebes bilden. Dabei kann dieser mechanische Getriebeteil über die selektive Betätigung von Schaltelementen auf unterschiedliche Art und Weisen mit dem hydrostatischen Getriebeteil kombiniert werden, welcher sich aus zwei als Hydrostaten ausgeführten Variatoren zusammensetzt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenloses Kraftfahrzeuggetriebe zu schaffen, welches sich durch eine kompakte Bauweise und einen niedrigen Herstellungsaufwand auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, in welchem ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 17.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeuggetriebe eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten Variator, einen zweiten Variator sowie ein Planetenradsatzsystem mit vier Wellen und einen zusätzlichen Planetenradsatz. Das Planetenradsatzsystem bildet hierbei bevorzugt ein reduziertes Planetengetriebe, zu welchem zwei Planetenradsätze zusammengefasst worden sind. Der zusätzliche Planetenradsatz setzt sich insbesondere aus mehreren Elementen zusammen, wobei der zusätzliche Planetenradsatz hierbei besonders bevorzugt ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweist. Zudem sind ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement und ein fünftes Schaltelement vorgesehen, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle dargestellt werden können.
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Erfindungsgemäß sind also neben dem Planetenradsatzsystem und dem zusätzlichen Planetenradsatz, die gemeinsam einem mechanischen Getriebeteil des Getriebes zugeordnet sind, zudem zwei Variatoren vorgesehen, um das erfindungsgemäße Getriebe als leistungsverzweigtes Getriebe auszugestalten, bei welchem eine Leistungsübertragung des mechanischen Getriebeteils mit einer Leistungsübertragung über die Variatoren auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise überlagert werden kann. Hierdurch wird ein stufenloses Getriebekonzept verwirklicht.
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Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird.
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Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelsachse des Getriebes gemeint, entlang welcher das Planetenradsatzsystem und der zusätzliche Planetenradsatz insbesondere koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer auf der Längsmittelachse liegenden Welle zu verstehen.
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Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind im Sinne der Erfindung bevorzugt koaxial zueinander liegend angeordnet, wobei die Antriebswelle und die Abtriebswelle dabei einander stirnseitig gegenüberliegend vorgesehen sein können. Alternativ dazu kann aber auch die An- oder die Abtriebswelle zumindest teilweise als Hohlwelle gestaltet sein, welche dann ganz oder teilweise axial mit der Ab- oder der Antriebswelle überdeckt, indem die Ab- oder die Antriebswelle axial in diese Hohlwelle hineingeführt oder sogar hindurchgeführt ist.
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Bevorzugt weist die Abtriebswelle des Getriebes eine Verzahnung auf, über welche die Abtriebswelle dann im Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer achsparallel zur Abtriebswelle angeordneten, im Kraftfahrzeugantriebsstrang nachfolgenden Komponente in Wirkverbindung steht. Hierbei ist die Verzahnung bevorzugt an einer Anschlussstelle der Abtriebswelle vorgesehen, wobei diese Anschlussstelle der Abtriebswelle bevorzugt axial im Bereich eines Endes des Getriebes liegt, welches entgegengesetzt zu einem axialen Ende des Getriebes vorgesehen ist, an dem eine die Verbindung zu einer vorgeschalteten Antriebsmaschine herstellende Anschlussstelle der Antriebswelle platziert ist. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
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Im Rahmen der Erfindung können zwischen einem Getriebeeingang, an welchem das Kraftfahrzeuggetriebe mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine verbunden bzw. verbindbar ist, und der Antriebswelle eine oder auch mehrere weitere Getriebegruppen vorgesehen sein, die sich hierbei jeweils aus mehreren Übersetzungsstufen zusammensetzen können und bei denen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse schaltbar sein können. Ebenso können auch zwischen der Abtriebswelle und einem Getriebeausgang, an dem das Kraftfahrzeuggetriebe mit nachfolgenden Komponenten im Antriebsstrang in Verbindung steht, eine oder mehrere derartige Getriebegruppen platziert sein. So kann das Kraftfahrzeuggetriebe zusätzlich eine Kriechganggruppe, eine Wendegruppe oder ähnliches aufweisen.
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Unter einem „Variator“ ist im Sinne der Erfindung eine Komponente des Kraftfahrzeuggetriebes zu verstehen, welche durch entsprechende Regelung als in den mechanischen Getriebeteil Leistung abgebende Komponente und/oder als aus dem mechanischen Getriebeteil Leistung entnehmende Komponente betrieben werden kann. Dabei kann eine Leistungsabgabe bzw. Leistungsaufnahme bei einem der Variatoren bevorzugt aber bei beiden Variatoren stufenlos verstellt werden. Besonders bevorzugt können die beiden Variatoren jeweils in beiden Betriebsarten betrieben werden, nämlich einerseits in der ersten Betriebsart, in welcher durch den jeweiligen Variator eine Leistung abgegeben wird, sowie andererseits in der zweiten Betriebsart, in der durch den jeweiligen Variator Leistung aufgenommen wird. Die beiden Variatoren sind insbesondere zudem unmittelbar oder mittelbar miteinander gekoppelt, um die über den einen Variator aus dem mechanischen Getriebeteil entnommene Leistung seitens des anderen Variators ganz oder teilweise wieder in den mechanischen Getriebeteil einspeisen zu können. Je nach konkreter Ausführung der Variatoren, können diese auch als Wandler vorliegen, bei welchen in Abhängigkeit der Betriebsart mechanische Energie in eine anderweitige Energie (z.B. hydraulisch, elektrisch) oder umgekehrt umgesetzt wird.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Antriebswelle drehfest mit der dritten Welle des Planetenradsatzsystems verbunden ist, während die Abtriebswelle drehfest mit dem zweiten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes in Verbindung steht. Des Weiteren ist der erste Variator mit der Antriebswelle oder mit der vierten Welle des Planetenradsatzsystems gekoppelt, wohingegen der zweite Variator mit der ersten Welle des Planetenradsatzsystems gekoppelt ist. Ferner kann ein drittes Element des zusätzlichen Planetenradsatzes über das erste Schaltelement festgesetzt werden, wobei die zweite Welle des Planetenradsatzsystems mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit einem ersten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden kann. Die vierte Welle des Planetenradsatzsystems kann über das dritte Schaltelement drehfest mit der Abtriebswelle verbunden sowie mittels des fünften Schaltelements drehfest mit dem ersten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden. Schließlich sind zwei der Elemente des zusätzlichen Planetenradsatzes über das vierte Schaltelement drehfest miteinander verbindbar.
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Mit anderen Worten ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebe die Antriebswelle also ständig drehfest mit der dritten Welle des Planetenradsatzsystems verbunden, wobei die dritte Welle des Planetenradsatzsystems und die Antriebswelle hierbei auch einstückig ausgeführt sein können, so dass die Antriebswelle zugleich auch die dritte Welle des Planetenradsatzsystems bildet. Hingegen steht die Abtriebswelle permanent drehfest mit dem zweiten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes in Verbindung. Entsprechend einer Variante der Erfindung ist der erste Variator mit der Antriebswelle gekoppelt, wobei alternativ dazu auch eine Koppelung des ersten Variators mit der vierten Welle des Planetenradsatzsystems bestehen kann. Im Fall des zweiten Variators ist hingegen eine ständige Koppelung mit der ersten Welle des Planetenradsatzsystems ausgebildet.
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Durch Betätigen des ersten Schaltelements wird das dritte Element des zusätzlichen Planetenradsatzes festgesetzt und in der Folge an einer Drehbewegung gehindert, wohingegen ein Schließen des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung zwischen der zweiten Welle des Planetenradsatzsystems und der Abtriebswelle nach sich zieht. Das dritte Schaltelement verbindet im geschlossenen Zustand die Abtriebswelle drehfest mit der vierten Welle des Planetenradsatzsystems, während eine Betätigung des vierten Schaltelements die drehfeste Verbindung von zweien der Elemente des zusätzlichen Planetenradsatzes zur Folge hat, was ein Verblocken des zusätzlichen Planetenradsatzes nach sich zieht. Schließlich bewirkt das fünfte Schaltelement im betätigten Zustand eine drehfeste Verbindung des ersten Elements des zusätzlichen Planetenradsatzes mit der vierten Welle des Planetenradsatzsystems.
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Das erste Schaltelement ist vorliegend also als Bremse gestaltet, die bei Betätigung die hieran angebundene Komponente des Getriebes festsetzt und in der Folge an einer Drehbewegung hindert. Dagegen liegen das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement und auch das fünfte Schaltelement als Kupplungen vor, die bei Betätigung jeweils die hieran unmittelbar anknüpfenden Komponenten des Getriebes gegebenenfalls in ihren Drehbewegungen angleichen und anschließend drehfest miteinander verbinden.
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Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Komponenten des Getriebes ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Komponenten auch als kurze Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die Komponenten, die permanent drehfest miteinander verbunden sind, dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Komponenten und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Komponenten im Getriebe räumlich dicht beieinander liegen.
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Bei Komponenten des Getriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
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Ein Festsetzen erfolgt insbesondere durch drehfestes Verbinden mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes, bei welchem es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handelt, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement.
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Eine derartige Ausgestaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes hat den Vorteil, dass sich mit dem Planetenradsatzsystem und dem zusätzlichen Planetenradsatz, fünf Schaltelementen und zwei Variatoren ein stufenloses Getriebe mit niedrigem Herstellungsaufwand verwirklichen lässt, welches sich zudem durch einen kompakten Aufbau auszeichnet. Aufgrund der Einbindung der Variatoren und der Verknüpfung der mechanischen Komponenten des Getriebes untereinander kann hierbei eine Leistungsverzweigung auf geeignete Art und Weise und bei geringer Belastung der Variatoren dargestellt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe können vier unterschiedliche Fahrbereiche realisiert werden, wobei in allen Fahrbereichen eine Leistungsverzweigung über den mechanischen Getriebebereich und die beiden Variatoren realisiert wird. So ergibt sich ein erster Fahrbereich durch Betätigen des ersten und des fünften Schaltelements, während ein zweiter Fahrbereich durch Schließen des ersten und des zweiten Schaltelements dargestellt wird. Des Weiteren ergibt sich ein dritter Fahrbereich durch Betätigen des zweiten und des dritten Schaltelements sowie ein vierter Fahrbereich durch Schließen des zweiten und des vierten Schaltelements. Besonders bevorzugt kann in allen vier Fahrbereichen eine Fahrt durch Leistungsverzweigung realisiert werden. Bei Koppelung des ersten Variators mit der Antriebswelle sind die Variatoren in allen vier Fachbereichen antriebseitig des mechanischen Getriebebereich gekoppelt (Input coupled). Besteht hingegen eine Koppelung des ersten Variators mit der vierten Welle des Planetenradsatzsystems, so sind die Variatoren im ersten Fahrbereich und im dritten Fahrbereich abtriebsseitig des mechanischen Getriebebereichs gekoppelt (Output coupled), während im zweiten und im vierten Fahrbereich eine Koppelung zwischen Komponenten des mechanischen Getriebebereichs besteht (Compound coupled).
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Variatoren als Elektromaschinen ausgeführt, wobei die Variatoren dabei jeweils zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden können. In diesem Fall sind dem Kraftfahrzeuggetriebe also zwei Elektromaschinen zugeordnet, die im Einzelnen durch entsprechende Regelung einerseits als Generator sowie andererseits als Elektromotor arbeiten können. Hierdurch kann eine Leistungsverzweigung verwirklicht werden, indem über den einen, als Generator arbeitenden Variator Leistung abgegriffen und über den anderen, als Elektromotor fungierenden Variator Leistung eingespeist wird. Bevorzugt sind die beiden Variatoren dabei elektrisch miteinander verbunden, indem sie bevorzugt in ein gemeinsames Netz integriert sind, zu welchem dann auch ein oder mehrere elektrische Energiespeicher und weitere Komponenten gehören können.
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Gemäß einer hierzu alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind die beiden Variatoren als Hydrostaten ausgeführt, wobei die Variatoren dabei hydraulisch miteinander verbunden sind und jeweils zum einen als Hydraulikpumpe sowie zum anderen als Hydraulikmotor betreibbar sind. In diesem Fall bilden die beiden Variatoren also einen hydrostatischen Getriebeteil des Kraftfahrzeuggetriebes, in welchem die beiden Variatoren hydraulisch miteinander verbunden sind. Die Hydrostaten sind dabei jeweils insbesondere als stufenlos verstellbare Schrägscheiben- oder Schrägachsenmaschinen ausgeführt, bei welchen das jeweilige Förder- oder Schluckvolumen durch entsprechende Verstellung stufenlos verändert werden kann. Dabei kann der einzelne Hydrostat einerseits als Hydraulikpumpe sowie andererseits als Hydraulikmotor betrieben werden. Eine hydraulische Verbindung der Hydrostaten ist dabei bevorzugt in einem Hydraulikkreis vollzogen, in welchem dann zusätzlich auch Hydraulikventile und/oder ein oder mehrere Druckspeicher vorgesehen sein können. Prinzipiell könnte aber auch nur bei einem der Hydrostaten das Förder- oder Schluckvolumen variierbar sein.
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Alternativ zu den vorgenannten Varianten könnten die Variatoren gemeinsam aber auch einen mechanischen, stufenlosen Getriebeteil bilden, wie beispielsweise ein Umschlingungsgetriebe. Der einzelne Variator wäre dann beispielweise als Kegelscheibenpaar gestaltet, zwischen welchen ein die Variatoren verbindender Riemen oder Kette läuft.
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Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung weist das Planetenradsatzsystem mindestens ein erstes Planetenrad auf, welches sowohl mit einem ersten Sonnenrad, das drehfest mit der ersten Welle verbunden ist, als auch mit einem ersten Hohlrad im Zahneingriff steht, welches drehfest mit der zweiten Welle in Verbindung steht. Zudem verfügt das Planetenradsatzsystem über mindestens ein zweites Planetenrad, das mit einem zweiten Sonnenrad kämmt, welches drehfest mit der vierten Welle verbunden ist. Dabei sind das mindestens eine erste Planetenrad und das mindestens eine zweite Planetenrad paarweise drehfest miteinander verbunden und gemeinsam über einen Planetensteg des Planetenradsatzsystems geführt, welcher drehfest mit der dritten Welle verbunden ist.
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Das Planetenradsatzsystem setzt sich also in diesem Fall aus zwei Sonnenrädern, einem Hohlrad und einem Planetensteg zusammen, wobei ein erstes Sonnenrad und das Hohlrad dabei bevorzugt in einer ersten axialen Radebene vorgesehen sind und mit mindestens einem ersten Planetenrad kämmen, während ein zweites Sonnenrad insbesondere in einer zweiten axialen Radebene platziert ist und mit mindestens einem zweiten Planetenrad im Zahneingriff steht. Die Planetenräder werden gemeinsam über den Planetensteg des Planetenradsatzsystems geführt und sind dabei paarweise drehfest miteinander verbunden.
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Im vorliegenden Fall wird also das Planetenradsatzsystem als reduziertes Planetengetriebe realisiert, welches funktional durch das Zusammenfassen von zwei Planetenradsätzen gebildet worden ist. Aufgrund des Zusammenfassens ist dabei eines der Hohlräder entfallen, wobei zudem die Planetenräder paarweise drehfest miteinander verbunden und über einen gemeinsamen Planetensteg geführt sind. Das Planetenradsatzsystem liegt also als Stufenplanetensatz vor.
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In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sind das mindestens eine erste Planetenrad und das mindestens eine zweite Planetenrad paarweise einstückig ausgeführt. Es wird also mindestens ein Stufenplanet vorgesehen, welcher über zwei axial nebeneinander ausgebildete Verzahnungen verfügt, wobei der mindestens eine Stufenplanet dabei an der einen Verzahnung mit dem ersten Sonnenrad und dem Hohlrad im Zahneingriff steht, während er an der anderen Verzahnung mit dem zweiten Sonnenrad kämmt.
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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass das vierte Schaltelement bei Betätigung das erste Element und das zweite Element des zusätzlichen Planetenradsatzes oder das erste Element und das dritte Element des zusätzlichen Planetenradsatzes oder das zweite Element und das dritte Element des zusätzlichen Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindet. Bei allen drei vorgenannten Varianten wird dabei jeweils ein Verblocken des zusätzlichen Planetenradsatzes im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements herbeigeführt, indem zwei der Elemente des zusätzlichen Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle oder die Abtriebswelle mit einer Wendeeinheit verbunden. Erfindungsgemäß ist in diesem Fall also entweder antriebsseitig der Antriebswelle oder abtriebsseitig der Abtriebswelle eine zusätzliche Wendeeinheit vorgesehen, über welche in den Fahrbereichen des Kraftfahrzeuggetriebes gezielt eine Vor- oder eine Rückwärtsfahrt des zugehörigen Kraftfahrzeuges dargestellt werden kann.
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Diese Wendeeinheit kann dabei prinzipiell einen dem Fachmann bekannten Aufbau aufweisen. So kann eine Wendeeinheit durch eine Planetenstufe und zwei Schaltelemente gebildet sein, wobei das eine Schaltelement zur Darstellung einer Vorwärtsfahrt die Planetenstufe verblockt und damit einen starren Durchtrieb ermöglicht, während durch Betätigung des jeweils anderen Schaltelements eine entgegengesetzte Drehbewegung realisiert wird. Eine Wendeeinheit könnte allerdings auch durch zwei Stirnradstufen mit je einem zugeordneten Schaltelement verwirklicht sein, wobei bei einer der beiden Stirnradstufen im Zuge der Einbindung in den Kraftfluss über das zugeordnete Schaltelement eine entgegengesetzte Drehbewegung über ein Zwischenrad realisiert wird.
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Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist der erste Variator drehfest mit der Antriebswelle verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der Antriebswelle gekoppelt. Alternativ dazu ist der erste Variator drehfest mit der vierten Welle des Planetenradsatzsystems verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der vierten Welle des Planetenradsatzsystems gekoppelt. In der jeweils ersten Variante laufen der erste Variator und die Antriebswelle bzw. die vierte Welle des Planetenradsatzsystems mit gleicher Drehzahl, während im Fall der zweiten Variante Drehzahlen des ersten Variators und der Antriebswelle bzw. der vierten Welle des Planetenradsatzsystems in fester Abhängigkeit zueinander stehen. Im letztgenannten Fall ist die Koppelung über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe hergestellt, bei welcher es sich um eine Stirnrad- oder Planetenstufe handeln kann. Dies ist vorteilhaft, wenn aus Platzgründen eine unmittelbare Anordnung des ersten Variators im Bereich der Antriebswelle bzw. der vierten Welle des Planetenradsatzsystems unmöglich ist oder aber die Zwischenübersetzung eine günstigere Auslegung des ersten Variators ermöglicht.
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Entsprechend einer hierzu alternativen oder auch ergänzenden Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Variator drehfest mit der ersten Welle des Planetenradsatzsystems verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der ersten Welle des Planetenradsatzsystems gekoppelt. Es kann also auch im Bereich des zweiten Variators, analog zu dem vorstehend zum ersten Variator Beschriebenen, eine starre Verbindung mit der ersten Welle des Planetenradsatzsystems oder eine Zwischenübersetzung über mindestens eine Übersetzungsstufe realisiert sein, wobei die mindestens eine Übersetzungsstufe dabei ebenfalls als Stirnrad- oder Planetenstufe ausgeführt sein kann. Auch hier kann dies aus konstruktiven Gründen vorteilhaft sein, wenn der zweite Variator aus Platzgründen nicht unmittelbar drehfest an der ersten Welle des Planetenradsatzsystems angebunden werden kann. Ferner kann hierdurch gegebenenfalls eine günstigere Auslegung des zweiten Variators erzielt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist an der Antriebswelle ein Nebenabtrieb angebunden. In diesem Fall wird also über die Antriebswelle auch ein Nebenabtrieb (PTO) betrieben, wobei die Antriebswelle hierzu besonders bevorzugt axial durch die als Hohlwelle ausgeführte Abtriebswelle hindurchgeführt ist. Der Nebenabtrieb kann hierbei unmittelbar drehfest an der Antriebswelle angebunden oder aber mit der Antriebswelle gekoppelt sein.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein oder sind mehrere Schaltelemente jeweils als kraftschlüssiges Schaltelement realisiert. Hierbei ist das jeweilige Schaltelement bevorzugt als Lamellenschaltelement oder als Bandbremse ausgeführt. Kraftschlüssige Schaltelemente haben gegenüber formschlüssigen Schaltelementen den Vorteil, dass sie auch unter Last in einen geschlossenen Zustand überführt werden können. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch denkbar, ein oder auch mehrere Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente auszuführen. Denn formschlüssige Schaltelemente haben den Vorteil, dass sie in einem geöffneten Zustand ein niedrigeres Schleppmoment aufweisen, als kraftschlüssige Schaltelemente. Hierbei kann ein formschlüssiges Schaltelement konkret als Klauenschaltelement oder auch als Sperrsynchronisation realisiert sein. Auch die Schaltelemente bei einer eventuell zusätzlich vorgesehenen Wendeeinheit können konkret jeweils entweder als kraftschlüssige oder als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
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Der zusätzliche Planetenradsatz kann im Rahmen der Erfindung als Minus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes um einen Planetensteg und bei dem dritten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt. Ein Minus-Planetensatz setzt sich also auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen.
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Alternativ dazu könnte der zusätzliche Planetenradsatz, sofern es die Anbindung der jeweiligen Elemente zulässt, als Plus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes dann um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes um ein Hohlrad und bei dem dritten Element des zusätzlichen Planetenradsatzes um einen Planetensteg handelt. Bei einem Plus-Planetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.
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Wo es eine Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, kann ein Minus-Planetensatz in einen Plus-Planetensatz überführt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minus-Planetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Umgekehrt könnte auch ein Plus-Planetensatz durch einen Minus-Planetensatz ersetzt werden, sofern die Anbindung der Elemente des Getriebes dies ermöglicht. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren. Bevorzugt liegt der zusätzliche Planetenradsatz aber als Minus-Planetensatz vor.
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Im Rahmen der Erfindung kann dem Kraftfahrzeuggetriebe ein Anfahrelement vorgeschaltet sein, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine und der Antriebswelle des Getriebes ermöglicht. Besonders bevorzugt entfällt aber ein separates Anfahrelement. Stattdessen wird ein Anfahren insbesondere im ersten Fahrbereich des Kraftfahrzeuggetriebes realisiert. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein landwirtschaftliches oder kommunales Nutzfahrzeug, bei welchem es sich bevorzugt um einen Ackerschlepper, ein Systemfahrzeug beispielsweise in Form eines Geräteträgers, eine selbstfahrende Erntemaschine oder auch eine Baumaschine handeln kann. Das Kraftfahrzeuggetriebe ist dann insbesondere zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle des Getriebes bevorzugt permanent mit der Antriebsmaschine gekoppelt, wobei zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Differentialgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet. Das Differentialgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein ggf. vorhandener Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
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Dass zwei Bauelemente des Getriebes „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente des Planetenradsatzsystems und des zusätzlichen Planetenradsatzes und/oder Komponenten von Stirnradstufen und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern zwischen den entsprechenden Bauelementen herrscht permanent eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit.
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Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent miteinander gekoppelt, sondern eine Koppelung wird erst durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe zur Anwendung kommt;
- 2 bis 7 jeweils eine schematische Ansicht je eines Kraftfahrzeuggetriebes entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 8 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2 bis 7; und
- 9 bis 13 jeweils eine schematische Darstellung je einer Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe aus den 2 bis 7.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges eines landwirtschaftlichen oder kommunalen Nutzfahrzeuges, bei welchem es sich um einen Ackerschlepper, ein Systemfahrzeug beispielsweise in Form eines Geräteträgers, eine selbstfahrende Erntemaschine oder auch eine Baumaschine handeln kann. Dabei ist in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Kraftfahrzeuggetriebe G verbunden. Dem Kraftfahrzeuggetriebe G ist abtriebsseitig ein Differentialgetriebe AG nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder DW einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird.
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Das Getriebe G und der Torsionsschwingungsdämpfer TS sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse des Getriebes G angeordnet, in welches dann auch das Differentialgetriebe AG integriert sein kann. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind die Verbrennungskraftmaschine VKM, der Torsionsschwingungsdämpfer TS, das Kraftfahrzeuggetriebe G und auch das Differentialgetriebe AG in Fahrtrichtung des Nutzfahrzeuges ausgerichtet.
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In 2 ist eine schematische Ansicht des Kraftfahrzeuggetriebes G entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie zu erkennen ist, weist das Kraftfahrzeuggetriebe G eine Antriebswelle GW1 und eine Abtriebswelle GW2 auf, die koaxial zueinander liegen. Konkret ist die Abtriebswelle GW2 dabei als Hohlwelle ausgeführt, durch welche die Antriebswelle GW1 axial hindurchgeführt ist. Zudem bildet die Antriebswelle GW1 an einem axialen Ende eine Anschlussstelle GW1 - A aus, an welcher die Antriebswelle GW1 über den zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS in 1 mit der Verbrennungskraftmaschine VKM verbunden ist. Die Abtriebswelle GW2 weist ebenfalls eine Anschlussstelle GW2-A auf, wobei diese Anschlussstelle GW2-A durch eine Verzahnung gebildet ist, an welcher die Verbindung zu dem nachfolgenden Achsgetriebe AG im Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 hergestellt ist.
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An einem entgegengesetzt zur Anschlussstelle GW1-A liegenden, axialen Ende ist zudem ein Nebenabtrieb PTO an der Antriebswelle GW1 angebunden, wobei über den Nebenabtrieb PTO bei einem als Ackerschlepper ausgestalteten Nutzfahrzeug dann insbesondere eine Verbindung zu einer Zapfwelle des Ackerschleppers herstellbar ist. Weiter bevorzugt ist dabei dann noch ein Zapfwellengetriebe zwischengeschaltet.
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Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Kraftfahrzeuggetriebe G ein Planetenradsatzsystem PS und einen zusätzlichen Planetenradsatz P1 sowie zwei Variatoren V1 und V2. Dabei setzt sich das Planetenradsatzsystem PS aus einem ersten Sonnenrad SO1, mindestens einem ersten Planetenrad PR1, einem Hohlrad HO1, einem zweiten Sonnenrad SO2, mindestens einem zweiten Planetenrad PR2 und einem Planetensteg PT1 zusammen. Die Planetenräder PR1 und PR2 sind dabei gemeinsam über den Planetensteg PT1 drehbar gelagert und paarweise drehfest miteinander verbunden, wobei die paarweise zusammengefassten Planetenräder PR1 und PR2 hierbei bevorzugt einstückig ausgeführt sind. Ferner steht das mindestens eine erste Planetenrad PR1 in einer ersten axialen Radebene sowohl mit dem radial innenliegenden, ersten Sonnenrad SO1, als auch mit dem radial umliegenden Hohlrad HO1 im Zahneingriff, während das mindestens eine zweite Planetenrad PR2 in einer parallel liegenden, zweiten axialen Radebene mit dem radial innenliegenden, zweiten Sonnenrad SO2 kämmt.
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Dem Planetenradsatzsystem PS sind vier Wellen W1, W2, W3 und W4 zugeordnet, von welchen die erste Welle W1 innerhalb des Planetenradsatzsystems PS drehfest mit dem ersten Sonnenrad SO1 verbunden ist. Ebenfalls innerhalb des Planetenradsatzsystems steht die zweite Welle W2 drehfest mit dem Hohlrad HO1 in Verbindung, während die dritte Welle W3 drehfest mit dem Planetensteg PT1 verbunden ist. Hingegen steht die vierte Welle W4 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad SO2 in Verbindung.
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Der zusätzliche Planetenradsatz P1 setzt sich aus einem ersten Element E11, einem zweiten Element E21 und einem dritten Element E31 zusammen, wobei das erste Element E11 dabei durch ein Sonnenrad SO3, das zweite Element E21 durch einen Planetensteg PT3 und das dritte Element E31 durch ein Hohlrad HO3 gebildet ist. Insofern ist der zusätzliche Planetenradsatz P1 vorliegend also als Minus-Planetensatz gestaltet, bei welchem der Planetensteg PG3 ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder PR3 drehbar gelagert führt, die im Einzelnen mit dem radial innenliegenden Sonnenrad SO3 und auch mit dem umliegenden Hohlrad HO3 im Zahneingriff stehen.
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Die beiden Variatoren V1 und V2 sind als Elektromaschinen EM1 und EM2 gestaltet, die jeweils zum einen als Generator und zum anderen als Elektromotor betrieben werden können. Dabei setzt sich die einzelne Elektromaschine EM1 bzw. EM2 aus je einem Rotor R1 bzw. R2 und je einem Stator S1 bzw. S2 zusammen, wobei der jeweilige Stator S1 bzw. S2 dabei permanent an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, bei welchem es sich bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes G oder einen Teil eines derartigen Gehäuses handelt. Bei beiden Variatoren V1 und V2 kann dabei die Leistungsaufnahme bzw. -abgabe stufenlos verändert werden, wobei die beiden Variatoren V1 und V2 in ein gemeinsames Netz eingebunden sind, so dass eine Strommenge, die über den einen als Generator arbeitenden Variator V1 oder V2 erzeugt wird, auf Seiten des anderen, als Elektromotor arbeitenden Variators V2 oder V1 zur Erzeugung einer Antriebsbewegung genutzt werden kann.
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Vorliegend ist die Antriebswelle GW1 des Getriebes G ständig drehfest mit der dritten Welle W3 des Planetenradsatzsystems PS verbunden, wobei die Antriebswelle GW1 hierbei auch die dritte Welle W3 des Planetenradsatzsystems PS bilden kann. Außerdem steht die Antriebswelle GW1 noch permanent drehfest mit dem Rotor R1 der Elektromaschine EM1 in Verbindung. Hingegen ist die Abtriebswelle GW2 ständig drehfest mit dem zweiten Element E21 des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 verbunden, dessen drittes Element E31 über ein erstes Schaltelement A am drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden kann. Die Welle W1 des Planetenradsatzsystems PS ist ständig drehfest mit dem Rotor R2 der Elektromaschine EM2 verbunden, während die zweite Welle W2 des Planetenradsatzsystems PS durch Schließen eines zweiten Schaltelements B drehfest mit dem ersten Element E11 des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 in Verbindung gebracht werden kann.
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Wie zudem in 2 zu erkennen ist, kann die vierte Welle W4 des Planetenradsatzsystems PS über ein drittes Schaltelement C drehfest mit der Abtriebswelle GW2 verbunden werden, wobei die vierte Welle W4 außerdem noch durch Schließen eines fünften Schaltelements E drehfest mit dem ersten Element E11 des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 in Verbindung bringbar ist. Schließlich kann das erste Element E11 des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 noch über ein viertes Schaltelement D drehfest mit der Abtriebswelle GW2 verbunden werden, was aufgrund der damit einhergehenden, drehfesten Verbindung mit dem zweiten Element E21 des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 ein Verblocken des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 zur Folge hat.
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Das Planetenradsatzsystem PS, der zusätzliche Planetenradsatz P1 und die Variatoren V1 und V2 liegen vorliegend koaxial zu der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 und auch zueinander. Axial sind das Planetenradsatzsystem PS und der zusätzliche Planetenradsatz P1 sowie die Variatoren V1 und V2 auf die Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 folgend in der Reihenfolge erster Variator V1, zweiter Variator V2, Planetenradsatzsystem PS und schließlich zusätzlicher Planetenradsatz P1 angeordnet.
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Die Schaltelemente A, B, C, D und E sind im vorliegenden Fall als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt, wobei sie konkret als Lamellenschaltelemente vorliegen. Während es sich bei dem zweiten Schaltelement B, dem dritten Schaltelement C, dem vierten Schaltelement D und auch dem fünften Schaltelement E hierbei jeweils um eine Kupplung handelt, ist das erste Schaltelement A als Bremse ausgeführt.
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Hierbei liegt das erste Schaltelement A in einer Ebene mit dem zusätzlichen Planetenradsatz P1, indem es axial im Wesentlichen auf Höhe des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 sowie radial umliegend zu diesem angeordnet ist. Das zweite Schaltelement B und das vierte Schaltelement D sind axial zwischen dem Planetenradsatzsystem PS und dem zusätzlichen Planetenradsatz P1 vorgesehen, wobei das zweite Schaltelement B und das vierte Schaltelement D hierbei axial im Wesentlichen auf derselben Höhe liegen und das vierte Schaltelement D radial innenliegend zum zweiten Schaltelement B platziert ist. Dagegen sind das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E axial auf einer dem Planetenradsatzsystem PS abgewandt liegenden Seite des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 angeordnet, wobei auch das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E im Wesentlichen auf derselben axialen Höhe liegen. Hierbei ist das fünfte Schaltelement E dann radial innen liegend zum dritten Schaltelement C platziert.
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Des Weiteren zeigt 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuggetriebes G gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, die dabei weitestgehend der Variante aus 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass ein viertes Schaltelement D in diesem Fall im betätigten Zustand das erste Element E11 des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E31 des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 drehfest miteinander verbindet, was erneut ein Verblocken des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 zur Folge hat. Das vierte Schaltelement D ist dabei axial zwischen dem zweiten Schaltelement B und dem zusätzlichen Planetenradsatz P1 angeordnet. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 3 sonst der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Aus 4 geht eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes G entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung hervor, die ebenfalls im Wesentlichen der Variante aus 2 entspricht. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach 2 verbindet ein viertes Schaltelement D im betätigten Zustand das zweite Element E21 des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E31 des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 drehfest miteinander, was wiederum ein Verblocken des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 zur Folge hat. Wie schon bei der vorhergehenden Variante nach 3, ist das vierte Schaltelement D hierbei axial zwischen dem zweiten Schaltelement B und dem zusätzlichen Planetenradsatz P1 angeordnet. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuggetriebes G gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Auch diese Variante entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform nach 2, mit dem Unterschied, dass der Rotor R1 der den ersten Variator V1 bildenden Elektromaschine EM1 nun drehfest mit der vierten Welle W4 des Planetenradsatzsystems PS verbunden ist. Dabei ist die Elektromaschine EM1 axial auf einer dem Planetenradsatzsystem PS abgewandt liegenden Seite des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 vorgesehen, wobei hierbei die Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 axial zwischen dem dritten Schaltelement C und dem fünften Schaltelement E einerseits sowie der Elektromaschine EM1 andererseits liegt. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 5 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Aus 6 geht eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes G entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung hervor, die im Wesentlichen der Ausführungsform nach 3 entspricht. Wie schon bei der vorhergehenden Variante nach 5 ist hierbei unterschiedlich, dass die den ersten Variator V1 bildende Elektromaschine EM1 nun mit ihrem Rotor R1 drehfest an der vierten Welle W4 des Planetenradsatzsystems PS angebunden ist. Dabei ist die Elektromaschine EM1 axial auf einer dem Planetenradsatzsystem PS abgewandt liegenden Seite des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 vorgesehen, wobei hierbei wiederum die Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 axial zwischen dem dritten Schaltelement C und dem fünften Schaltelement E einerseits sowie der Elektromaschine EM 1 andererseits angeordnet ist. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 6 der Variante nach 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Des Weiteren zeigt 7 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuggetriebes G gemäß einer sechsten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht dabei weitestgehend der Variante nach 4, mit dem Unterschied, dass der Rotor R1 der Elektromaschine EM1 nun drehfest mit der vierten Welle W4 des Planetenradsatzsystems PS verbunden ist. Wie schon bei den Varianten nach 5 und 6, ist die Elektromaschine EM1 axial auf einer dem Planetenradsatzsystem PS abgewandt liegenden Seite des zusätzlichen Planetenradsatzes P1 vorgesehen. Konkret folgen auf den zusätzlichen Planetenradsatz P1 zunächst das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E in einer Ebene, dann die Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 und schließlich die Elektromaschine EM1. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 7 der Variante nach 4, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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8 zeigt nun ein beispielhaftes Schaltschema der Kraftfahrzeuggetriebe G aus den 2 bis 7. Wie zu erkennen ist, können bei jedem der Kraftfahrzeuggetriebe G dabei jeweils vier Fahrbereiche FB1 bis FB4 realisiert werden, wobei sich ein erster Fahrbereich FB1 dabei durch Schließen des ersten Schaltelements A und des fünften Schaltelements E ergibt, während ein zweiter Fahrbereich FB2 durch Schließen des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B dargestellt wird. Des Weiteren wird ein dritter Fahrbereich FB3 durch Betätigen des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C realisiert, wohingegen sich ein vierter Fahrbereich FB4 durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D ergibt. In den Fahrbereichen FB1 bis FB4 kann dabei jeweils eine Fahrt des Kraftfahrzeuges durch Leistungsverzweigung stufenlos realisiert werden. Bei den Varianten nach den 2 bis 4 sind die beiden Variatoren V1 und V2 in allen vier Fahrbereichen FB1 bis FB4 antriebseitig des durch das Planetenradsatzsystem PS und den zusätzlichen Planetenradsatz P1 gebildeten, mechanischen Getriebebereichs gekoppelt (Input coupled). Dagegen sind bei den Ausführungsformen nach den 5 bis 7 die beiden Variatoren V1 und V 2 im ersten und im dritten Fahrbereich FB1 und FB3 abtriebsseitig des mechanischen Getriebebereich gekoppelt (Output coupled), während im zweiten und im vierten Fahrbereich FB2 und FB4 eine Koppelung zwischen Komponenten des mechanischen Getriebebereich stattfindet (Compound coupled).
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Des Weiteren gehen aus den 9 bis 13 Abwandlungsmöglichkeiten hervor, wie sie bei den Kraftfahrzeuggetrieben G der 2 bis 7 jeweils zur Anwendung kommen können. Dabei sind die Abwandlungsmöglichkeiten vorliegend jeweils anhand der Variante des Getriebes G aus 2 dargestellt, wobei sie in analoger Weise auch bei den Getrieben aus den 3 bis 7 verwirklicht werden können.
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Bei der in 9 dargestellten Abwandlungsmöglichkeit sind im Unterschied zu den vorhergehenden Varianten die beiden Variatoren V1 und V2 jeweils als Hydrostaten H1 und H2 ausgeführt. Dabei liegen diese Hydrostaten H1 und H2 dann insbesondere als stufenlos verstellbare Schrägscheiben- oder Schrägachsenmaschine vor, die jeweils zum einen als Hydraulikpumpe und zum anderen als Hydraulikmotor betrieben werden können. Dabei kann bei dem jeweiligen Hydrostaten H1 bzw. H2 ein Schluck- oder Fördervolumen stufenlos variiert werden. Zudem sind die Hydrostaten H1 und H2 hydraulisch untereinander verbunden, so dass eine Hydraulikmenge, welche über den einen, als Hydraulikpumpe arbeitenden Hydrostaten H1 oder H2 entsprechend dem eingestellten Fördervolumen gefördert wird, seitens des anderen, als Hydraulikmotor arbeitenden Hydrostaten H2 oder H1 entsprechend dem dort eingestellten Schluckvolumen in eine Antriebsbewegung umgesetzt wird.
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Aus 10 geht eine weitere Abwandlungsmöglichkeit hervor, bei welcher das jeweilige Getriebe G zusätzlich mit einer nachgeschalteten Wendeeinheit WE ausgestattet ist. Dabei kann die Abtriebswelle GW2 an ihrer Anschlussstelle GW2-A über eine von zwei Stirnradstufen SRS1 und SRS2 mit einer achsparallelen Ausgangswelle AW verbunden werden, welche innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann im weiteren Verlauf mit dem Achsgetriebe in Verbindung steht. Die erste Stirnradstufe SRS1 setzt sich dabei aus einem ersten Stirnrad SR1 und einem hiermit im Zahneingriff stehenden zweiten Stirnrad SR2 zusammen, wobei das zweite Stirnrad SR2 dabei drehfest auf der Ausgangswelle AW angeordnet ist. Das erste Stirnrad SR1 der ersten Stirnradstufe SRS1 kann durch Schließen eines sechsten Schaltelements F drehfest mit der Abtriebswelle GW2 verbunden werden, so dass in der Folge eine Drehbewegung der Abtriebswelle GW2 über die erste Stirnradstufe SRS1 auf die Ausgangswelle AW übertragen wird.
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Dagegen setzt sich die zweite Stirnradstufe SRS2 aus einem ersten Stirnrad SR3, einem zweiten Stirnrad SR4 und einem Zwischenrad ZR zusammen, wobei Letzteres sowohl mit dem ersten Stirnrad SR3, als auch dem zweiten Stirnrad SR4 im Zahneingriff steht. Das zweite Stirnrad SR4 der zweiten Stirnradstufe SRS2 ist hierbei wiederum drehfest auf der Ausgangswelle AW vorgesehen, während das erste Stirnrad SR3 durch Betätigen eines siebten Schaltelements H drehfest mit der Abtriebswelle GW2 verbunden wird. Dabei wird im Vergleich zu einer Koppelung über die erste Stirnradstufe SRS1 eine entgegengesetzte Drehbewegung der Ausgangswelle AW hervorgerufen, so dass eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges realisiert werden kann.
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Auch bei der Abwandlungsmöglichkeit nach 11 ist bei dem jeweiligen Getriebe G zusätzlich eine Wendeeinheit WE vorgesehen, wobei diese im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 10 nun allerdings antriebsseitig vorgeschaltet ist. Dabei ist diese Wendeeinheit WE durch eine Planetenstufe P4 gebildet, die sich aus einem Sonnenrad SO4, einem Planetensteg PT4 und einem Hohlrad HO4 zusammensetzt und axial vor den Variatoren V1 und V2 sowie dem Planetenradsatzsystem PS und dem zusätzlichen Planetenradsatz P1 liegt. Der Planetensteg PT4 führt dabei zumindest ein Planetenrad PR4, welches sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad SO4, als auch dem umliegenden Hohlrad HO4 im Zahneingriff steht. Insofern ist die Planetenstufe P4 als Minus-Planetensatz gestaltet.
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Das Sonnenrad SO4 ist drehfest auf einer Eingangswelle EW angeordnet, während das Hohlrad HO4 drehfest mit der Antriebswelle GW1 in Verbindung steht. Zudem sind der Wendeeinheit WE zwei Schaltelemente F und H zugeordnet, von welchen ein sechstes Schaltelement F bei Betätigung das Sonnenrad SO4 und das Hohlrad HO4 drehfest miteinander verbindet und hierdurch ein Verblocken der Planetenstufe P4 hervorruft, so dass ein starrer Durchtrieb von der Eingangswelle EW auf die Antriebswelle GW1 stattfindet. Hierdurch kann eine Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges realisiert werden. Wird hingegen ein siebtes Schaltelement H betätigt, so wird der Planetensteg PT4 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt, wodurch eine Drehbewegung der Eingangswelle EW über die Planetenstufe P4 auf die Antriebswelle GW1 übertragen wird. Im Vergleich zu einem starren Durchtrieb bei verblockten Planetensatz P4 wird hierdurch eine entgegengesetzte Drehbewegung der Antriebswelle GW1 hervorgerufen, wodurch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges dargestellt werden kann. Während das sechste Schaltelement F axial zwischen der Planetenstufe P4 und dem ersten Variator V1 vorgesehen ist, liegt das siebte Schaltelement H axial auf einer dem Variator V1 abgewandt liegenden Seite der Planetenstufe P4. Außerdem ist noch der Nebenabtrieb PTO in diesem Fall drehfest mit der Eingangswelle EW verbunden.
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Auch bei der Abwandlungsmöglichkeit aus 12 ist eine antriebsseitige Wendeeinheit WE vorgesehen, wobei dieser allerdings im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 11 nun eine als Plus-Planetenradsatz ausgestaltete Planetenstufe P5 aufweist. So führt ein Planetensteg PT5 dieser Planetenstufe P5 mindestens ein Planetenradpaar mit einem ersten Planetenrad PR51 und einem zweiten Planetenrad PR52, von welchen das erste Planetenrad PR51 mit einem Sonnenrad SO5 und das zweite Planetenrad PR52 mit einem Hohlrad HO5 der Planetenstufe P5 kämmt sowie die Planetenräder PR51 und PR52 untereinander im Zahneingriff stehen. Der Planetensteg PT5 ist dabei drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden, während das Sonnenrad SO5 drehfest mit einer Eingangswelle EW in Verbindung steht. Über ein sechstes Schaltelement F kann ein Verblocken der Planetenstufe P5 durch drehfestes Verbinden des Planetenstegs PT5 und des Sonnenrades SO5 herbeigeführt werden, was einen starren Durchtrieb von der Eingangswelle EW auf die Antriebswelle GW1 zur Folge hat. Außerdem kann durch Schließen eines siebten Schaltelements H ein Festsetzen des Hohlrades HO5 der Planetenstufe P5 realisiert werden, so dass dann über die Planetenstufe P5 eine Übertragung einer Drehbewegung der Eingangswelle EW auf die Antriebswelle GW1 stattfindet, wobei die Antriebswelle GW1 hierbei im Vergleich zu einem verblockten Zustand der Planetenstufe P5 eine entgegengesetzte Drehbewegung ausführt.
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Schließlich zeigt 13 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe G aus den 2 bis 7, wobei in diesem Fall die beiden Variatoren V1 und V2 über zwischenliegende Übersetzungsstufen angebunden sind. Die Übersetzungsstufen sind in diesem Fall als Stirnradstufen SRS3, SRS4 und SRS5 ausgebildet, die sich jeweils aus miteinander im Zahneingriff stehenden Stirnrädern SR5 und SR6 bzw. SR7 und SR8 bzw. SR9 und SR10 zusammensetzen. Dabei liegen die Variatoren V1 und V2 jeweils achsversetzt zu der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 und damit auch zu dem Planetenradsatzsystem PS und dem zusätzlichen Planetenradsatz P1.
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Wie in 13 zu erkennen ist, ist das Stirnrad SR5 der Stirnradstufe SRS3 drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden, während das hiermit kämmende Stirnrad SR6 drehfest auf einer Zwischenwelle ZW angeordnet ist, auf welcher auch das Stirnrad SR7 der Stirnradstufe SRS4 drehfest platziert ist. Das hiermit wiederum im Zahneingriff stehende Stirnrad SR8 ist drehfest auf einer Rotorwelle RW1 der Elektromaschine EM1 vorgesehen, die den ersten Variator V1 bildet. Dementsprechend ist der erste Variator V1 über die beiden Stirnradstufen SRS3 und SRS4 mit der Antriebswelle GW1 gekoppelt.
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Hinsichtlich des zweiten Variators V2 ist eine Anbindung über die Stirnradstufe SRS5 vorgenommen, wobei das Stirnrad SR9 der Stirnradstufe SRS5 dabei drehfest mit der ersten Welle W1 des Planetenradsatzsystems PS verbunden ist, während das hiermit kämmende Stirnrad SR10 drehfest mit einer Rotorwelle RW2 der Elektromaschine EM2 in Verbindung steht. Die erste Welle W1 des Planetenradsatzsystems PS sowie die den zweiten Variator V2 bildende Elektromaschine EM2 sind also über die Stirnradstufe SRS5 miteinander gekoppelt.
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Zudem ist eine Wendeeinheit WE vorgesehen, welche analog zu der Variante nach 10 gestaltet ist.
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Die in den 9 bis 12 gezeigten Abwandlungsmöglichkeiten können dabei im Rahmen der Erfindung mit der Abwandlungsmöglichkeit aus 13 kombiniert werden.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein stufenloses Kraftfahrzeuggetriebe mit niedrigem Herstellungsaufwand und kompaktem Aufbau realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- G
- Kraftfahrzeuggetriebe
- GG
- Drehfestes Bauelement
- P1
- zusätzlicher Planetenradsatz
- E11
- Erstes Element des zusätzlichen Planetenradsatzes
- E21
- Zweites Element des zusätzlichen Planetenradsatzes
- E31
- Drittes Element des zusätzlichen Planetenradsatzes
- PS
- Planetenradsatzsystem
- SO1
- erstes Sonnenrad
- SO2
- zweites Sonnenrad
- PR1
- erstes Planetenrad
- PR2
- zweites Planetenrad
- HO1
- Hohlrad
- PT1
- Planetensteg
- SO3
- Sonnenrad
- PT3
- Planetensteg
- HO3
- Hohlrad
- PR3
- Planetenrad
- W1
- erste Welle
- W2
- zweite Welle
- W3
- dritte Welle
- W4
- vierte Welle
- A
- Erstes Schaltelement
- B
- Zweites Schaltelement
- C
- Drittes Schaltelement
- D
- Viertes Schaltelement
- E
- Fünftes Schaltelement
- F
- Sechstes Schaltelement
- H
- Siebtes Schaltelement
- FB1
- erster Fahrbereich
- FB2
- zweiter Fahrbereich
- FB3
- dritter Fahrbereich
- FB4
- vierter Fahrbereich
- GW1
- Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- GW1-A
- Anschlussstelle
- GW2-A
- Anschlussstelle
- AW
- Ausgangswelle
- EW
- Eingangswelle
- ZW
- Zwischenwelle
- V1
- erster Variator
- V2
- Zweiter Variator
- EM1
- Elektromaschine
- R1
- Rotor
- S1
- Stator
- RW1
- Rotorwelle
- EM2
- Elektromaschine
- R2
- Rotor
- S2
- Stator
- RW2
- Rotorwelle
- H1
- Hydrostat
- H2
- Hydrostat
- PTO
- Nebenabtrieb
- SRS1
- Stirnradstufe
- SRS2
- Stirnradstufe
- SRS3
- Stirnradstufe
- SRS4
- Stirnradstufe
- SRS5
- Stirnradstufe
- SR1
- Stirnrad
- SR2
- Stirnrad
- SR3
- Stirnrad
- ZR
- Zwischenrad
- SR4
- Stirnrad
- SR5
- Stirnrad
- SR6
- Stirnrad
- SR7
- Stirnrad
- SR8
- Stirnrad
- SR9
- Stirnrad
- SR10
- Stirnrad
- P4
- Planetenstufe
- SO4
- Sonnenrad
- PT4
- Planetensteg
- HO4
- Hohlrad
- PR4
- Planetenrad
- P5
- Planetenstufe
- SO5
- Sonnenrad
- PT5
- Planetensteg
- HO5
- Hohlrad
- PR51
- Planetenrad
- PR52
- Planetenrad
- VKM
- Verbrennungskraftmaschine
- TS
- Torsionsschwingungsdämpfer
- AG
- Differentialgetriebe
- WE
- Wendeeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001612 A1 [0003]
