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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen elektrifizierten Kraftfahrzeugantrieb, insbesondere eine E-Achse / elektrische Achsantriebseinheit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug weiterzuentwickeln, wobei der Fokus auf einer möglichst einfachen Getriebestruktur mit vielen Gleichteilen und passender Übersetzungsaufteilung bzw. Spreizung liegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß anhand der Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Demnach ist eine Antriebsvorrichtung für einen elektrifizierten Kraftfahrzeugantrieb mit einer Eingangswelle, zumindest einer achsparallel zu der Eingangswelle angeordneten Ausgangswelle sowie einer, eine erste Planetengetriebestufe und eine zweite Planetengetriebestufe aufweisenden, zwischen der Eingangswelle und der zumindest einen Ausgangswelle wirkend eingesetzten Getriebeeinrichtung ausgestattet, wobei ein Sonnenrad der ersten Planetengetriebestufe direkt oder indirekt mit der Eingangswelle drehverbunden ist und ein Sonnenrad der zweiten Planetengetriebestufe mit einem Hohlrad der ersten Planetengetriebestufe verbunden und/oder gehäusefest abgestützt ist, und wobei ein Schaltelement derart wirkend eingesetzt ist, dass in einer ersten Schaltstellung des Schaltelementes ein Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe mit einem Hohlrad oder einem Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung des Schaltelementes die Planetenträger der beiden Planetengetriebestufen miteinander verbunden sind oder der Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe gehäusefest abgestützt ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Demnach ist es auch von Vorteil, wenn das Schaltelement als eine Doppelkupplung oder eine Synchronisationseinheit umgesetzt ist. Dadurch lässt sich das Schaltelement möglichst kompakt anordnen.
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In diesem Zusammenhang ist es zudem zweckmäßig, wenn das Schaltelement axial zwischen zwei Planetenradsätzen der Planetengetriebestufen angeordnet ist. Dadurch ist das Schaltelement, das dann vorzugsweise als eine Doppelkupplung umgesetzt ist, in axialer Richtung möglichst kompakt ausgebildet.
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Alternativ hierzu ist es auch von Vorteil, wenn das Schaltelement zu einer gemeinsamen axialen Seite der beiden Planetengetriebestufen hin angeordnet ist.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein Bestandteil der zweiten Planetengetriebestufe über ein Differenzial mit zwei Ausgangswellen (indirekt) verbunden ist.
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Ist das Differenzial als ein Stirnraddifferenzial ausgebildet, weist es ebenfalls eine kompakte axiale Bauweise auf.
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Eine geschickte Anordnung wird auch erzielt, wenn die Eingangswelle über eine erste Stirnradstufe mit dem Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe gekoppelt ist.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Hohlrad der ersten Planetengetriebestufe oder das Hohlrad der zweiten Planetengetriebestufe gehäusefest abgestützt ist.
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Ist das Differenzial axial zwischen zwei Planetenradsätzen der Planetengetriebestufen angeordnet, ist ein kompakter axialer Aufbau vorgesehen.
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Alternativ hierzu ist es auch von Vorteil, wenn das Differenzial zu einer gemeinsamen axialen Seite beider Planetengetriebestufen hin angeordnet ist.
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Die Antriebsvorrichtung verfügt weiter bevorzugt unmittelbar über eine elektrische Antriebsmaschine, die mit der Eingangswelle wirkverbunden ist.
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Das Schaltelement ist gemäß einigen bevorzugten Ausführungen derart eingesetzt, dass in der ersten Schaltstellung beide Hohlräder der Planetengetriebestufen miteinander verbunden sind und in der zweiten Schaltstellung das Hohlrad der ersten Planetengetriebestufe mit dem Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist.
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Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungen ist das Schaltelement derart eingesetzt, dass in der ersten Schaltstellung der Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe mit dem Hohlrad der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist und in der zweiten Schaltstellung der Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe mit dem Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist.
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Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungen ist das Schaltelement derart eingesetzt, dass in der ersten Schaltstellung der Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe mit dem Hohlrad der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist und in der zweiten Schaltstellung der Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe gehäusefest abgestützt ist.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn in der ersten Schaltstellung eine Gesamtübersetzung von 15 und in der zweiten Schaltstellung eine Gesamtübersetzung von 10 oder 11 vorliegt.
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Weiter bevorzugt sind Planetenräder der ersten Planetengetriebestufe sowie Planetenräder der zweiten Planetengetriebestufe als Gleichteile ausgebildet.
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Mit anderen Worten, betrifft die Erfindung ein achsparalleles 2-Gang-Getriebe (Getriebeeinrichtung) für elektrische Achsen mit Doppelkupplung (Schaltelement). Erfindungsgemäß werden zwei Planetenradstufen (Planetengetriebestufen) mit einer Stirnradstufe kombiniert. Das Schaltelement kann alternativ zur Doppelkupplung auch als Synchroneinheit umgesetzt sein. Bevorzugt ist eine Grundstruktur mit Sonne-Hohlrad-Bindung. Bei einer ersten achsparallelen Ausgestaltung mit einem mittig angeordneten Schaltelement kann eine hohe Übersetzung bei moderater Spreizung erreicht werden. Eine Stirnradstufe kann vor- oder nachgeschaltet sein. Zudem ist ein Differenzial vorhanden, das auch als Stirnraddifferenzial umgesetzt ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand verschiedener Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei ein Differenzial nun als ein Stirnraddifferenzial ausgebildet ist,
- 3 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei im Vergleich zu 1 das Differenzial über eine nachgeschaltete Stirnradstufe mit einem Planetenträger einer zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist,
- 4 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel, wobei im Vergleich zu 1 ein Schaltelement zu einer gemeinsamen axialen Seite der beiden Planetengetriebestufen hin angeordnet ist,
- 5 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel, wobei im Vergleich zu 4 das Schaltelement derart eingesetzt ist, dass in seiner ersten Schaltstellung ein Planetenträger der ersten Planetengetriebestufe nicht mit einem Hohlrad, sondern einem Planetenträger der zweiten Planetengetriebestufe verbunden ist, sowie
- 6 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach einem sechsten Ausführungsbeispiel, wobei bspw. im Vergleich zu 3 das Hohlrad statt des Planetenträgers der zweiten Planetengetriebestufe mit dem Differenzial weiter verbunden ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 ist für ein für ein elektrifiziertes, vorzugsweise rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Antriebsvorrichtung 1 weist prinzipiell eine elektrische Antriebsmaschine 18 auf, die der Übersichtlichkeit halber lediglich hinsichtlich ihrer prinzipiellen Position angedeutet ist. Die Antriebsmaschine 18 weist auf typische Weise einen Rotor auf, der drehfest mit einer Eingangswelle 2 verbunden ist.
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Zudem weist die Antriebsvorrichtung 1 eine Getriebeeinrichtung 3 auf, die zwischen der Eingangswelle 2 und zumindest einer, hier gar zwei Ausgangswellen 13a, 13b wirkend eingesetzt ist. Im Betrieb wird eine Antriebsleistung (Drehmoment) der elektrischen Antriebsmaschine 18 über die Eingangswelle 2, die zwischen der elektrischen Antriebsmaschine 18 und der Getriebeeinrichtung 3 angeordnet und als Rotorwelle ausgebildet ist, in die Getriebeeinrichtung 3 eingeleitet.
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Die Getriebeeinrichtung 3 umfasst eine erste Planetengetriebestufe 4 und eine zweite Planetengetriebestufe 5. Die erste Planetengetriebestufe 4 weist einen ersten Planetenradsatz 15a mit mehreren ersten Planetenrädern 7a auf, welche drehbar an einem ersten Planetenträger 8a angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad 9a sowie mit einem ersten Hohlrad 10a im Zahneingriff stehen. Die zweite Planetengetriebestufe 5 weist einen zweiten Planetenradsatz 15b mit mehreren zweiten Planetenrädern 7b auf, welche drehbar an einem zweiten Planetenträger 8b angeordnet sind und mit einem zweiten Sonnenrad 9b sowie mit einem zweiten Hohlrad 10b im Zahneingriff stehen.
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Des Weiteren ist ein Schaltelement 11 in der Getriebeeinrichtung 3 vorgesehen, das zum Ein- bzw. Auslegen der beiden unterschiedlichen Gänge der als 2-Gang-Getriebe ausgebildeten Getriebeeinrichtung 3 dient. Das Schaltelement 11 ist in dieser Ausführung als eine Doppelkupplung ausgeführt, in weiteren Ausführungen jedoch auf andere Weise, etwa als eine Synchronisationseinheit, umgesetzt.
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Demnach weist das Schaltelement 11 in dieser Ausführung eine erste Teilkupplung 12a und eine zweiten Teilkupplung 12b auf. Ein Schließen der ersten Teilkupplung 12a und ein Öffnen der zweiten Teilkupplung 12b (erste Schaltstellung) realisiert eine erste Getriebeübersetzung, wobei ein Schließen der zweiten Kupplung 12b und ein Öffnen der ersten Kupplung 12a (zweite Schaltstellung) eine zweite Getriebeübersetzung realisiert. Die erste Getriebeübersetzung ist ungleich der zweiten Getriebeübersetzung. In dieser Ausführung ist die erste Getriebeübersetzung vorzugsweise 15 und die zweite Getriebeübersetzung 11, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1, oder 12, wie in dem vierten Ausführungsbeispiel nach 4. Durch ein Öffnen beider Kupplungen 12a, 12b wird eine Leistungsabschaltung realisiert.
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Des Weiteren ist ein der Getriebeeinrichtung 3 zu einer der Eingangswelle 2 abgewandten Seite hin nachgeschaltetes Differenzial 6 vorhanden, welches Differenzial 6 prinzipiell auch als Bestandteil der Getriebeeinrichtung 3 angesehen werden kann.
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Durch Schalten des Schaltelementes 11 kann wahlweise das von der elektrischen Antriebsmaschine 18 über die Getriebeeinrichtung 3 auf das Differenzial 6 übertragene Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Getriebeübersetzung variiert werden. Das so übertragene Drehmoment wird schließlich von dem Differenzial 6 auf die Ausgangswellen 13a, 13b, welche bevorzugt mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs weiter verbunden sind, weitergeleitet. Die Getriebeeinrichtung 3 ermöglicht somit im Wesentlichen einen Zwei-Gang-Betrieb des Kraftfahrzeugs.
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In Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel ist mit 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass das erste Sonnenrad 9a über eine erste Stirnradstufe 16a indirekt mit der Eingangswelle 2 verbunden / gekoppelt ist. Das erste Hohlrad 10a ist gehäusefest, d.h. fest an einem Gehäuse 14 der Getriebeeinrichtung 3, abgestützt.
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Hinsichtlich der zweiten Planetengetriebestufe 5 ist zu erkennen, dass der zweite Planetenträger 8b direkt mit dem Differenzial 6, nämlich einem Eingang / Antriebsrad des Differenzials 6, verbunden ist. Das zweite Sonnenrad 9b ist gehäusefest abgestützt.
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Das Schaltelement 11 ist des Weiteren so positioniert, das seine erste Teilkupplung 12a zwischen dem ersten Planetenträger 8a und dem zweiten Hohlrad 10b wirkend eingesetzt ist. In einer ersten Schaltstellung des Schaltelementes 11, in der die erste Teilkupplung 12a geschlossen ist, sind folglich der erste Planetenträger 8a und das zweite Hohlrad 10b fest miteinander verbunden.
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Die zweite Teilkupplung 12b ist zwischen dem ersten Planetenträger 8a und dem zweiten Planetenträger 8b wirkend eingesetzt. In einer zweiten Schaltstellung des Schaltelementes 11, in der die zweite Teilkupplung 12b geschlossen ist, ist folglich der erste Planetenträger 8a mit dem zweiten Planetenträger 8b fest verbunden.
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Das Schaltelement 11 ist des Weiteren in dieser Ausführung mittig zwischen den beiden Planetenradsätzen 15a, 15b positioniert. Somit befinden sich die beiden Teilkupplungen 12a, 12b, die hier als Reibungskupplungen realisiert sind, zueinander radial versetzt sowie axial auf gleicher Höhe. Zugleich sind die beiden Teilkupplungen 12a, 12b axial (d.h. entlang der Drehachse der Ausgangswellen 13a, 13b gesehen) zwischen den beiden Planetenradsätzen 15a, 15b positioniert.
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Das Differenzial 6 ist zu einer gemeinsamen axialen Seite beider Planetengetriebestufen 4, 5, nämlich einer der Eingangswelle 2 abgewandten axialen Seite hin versetzt angeordnet. Zudem sind die beiden Ausgangswellen 13a, 13b koaxial zur Drehachse des ersten Sonnenrades 9a angeordnet.
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Das zweite Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung und Ausbildung des Differenzials 6. In dieser Ausführung ist das Differenzial 6 als ein Stirnraddifferenzial umgesetzt. Der zweite Planetenträger 8b ist folglich mit einem gemeinsamen Träger des Differenzials 6 eingangsseitig verbunden. Des Weiteren ist das Differenzial 6 axial zwischen den Planetenradsätzen 15a, 15b, nämlich axial zwischen dem Schaltelement 11 und dem zweiten Planetenradsatz 15b angeordnet. Der weitere Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Das dritte Ausführungsbeispiel nach 3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Anbindung des Differenzials 6 an den zweiten Planetenträger 8b. Demnach ist der zweite Planetenträger 8b nun nicht mehr direkt, sondern indirekt über eine zweite Stirnradstufe 16b mit dem Eingang des Differenzials 6 verbunden. Zugleich entfällt in dieser Ausführung die erste Stirnradstufe 16a, sodass die Eingangswelle 2 koaxial zur Drehachse des ersten Sonnenrades 9a angeordnet ist. Der weitere Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 des dritten Ausführungsbeispiels entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Das vierte Ausführungsbeispiel nach 4 ist wiederum unterschiedlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel umgesetzt. In dieser Ausführung sind das erste Hohlrad 10a und das zweite Sonnenrad 9b nicht mehr gehäusefest abgestützt, sondern relativ zu dem Gehäuse 14 auf übliche Weise verdrehbar. Erstes Hohlrad 10a und zweites Sonnenrad 9b sind jedoch weiterhin drehfest miteinander verbunden, unter Ausbildung einer gemeinsamen Zwischenwelle 17. Der zweite Planetenträger 8b ist nun gehäusefest abgestützt.
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Des Weiteren ist in dem Ausführungsbeispiel nach 4 das Schaltelement 11 auf andere Weise eingesetzt. Die erste Teilkupplung 12a befindet sich zwar weiterhin zwischen dem ersten Planetenträger 8a und dem zweiten Hohlrad 10b; die zweite Teilkupplung 12b befindet sich nun jedoch zwischen dem ersten Planetenträger 8a und dem Gehäuse 14. Demnach sind in der ersten Schaltstellung der erste Planetenträger 8a und das zweite Hohlrad 10b miteinander verbunden sowie in der zweiten Schaltstellung ist der erste Planetenträger 8a gehäusefest abgestützt.
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Das Schaltelement 11 ist auf einer gemeinsamen axialen Seite beider Planetenradsätze 15a, 15b der Planetengetriebestufen 4, 5 hin angeordnet. Weiter bevorzugt befindet sich das Schaltelement 11 axial zwischen der ersten Stirnradstufe 16a und dem ersten Planetenradsatz 15a.
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Zudem ist angedeutet, dass die erste Stirnradstufe 16a und die zweite Stirnradstufe 16b auf ähnliche Weise wie in den 1 und 3 gemeinsam oder einzeln einsetzbar sind. Der weitere Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 des vierten Ausführungsbeispiels entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Aufbauend auf dem vierten Ausführungsbeispiel der 4 ist in dem fünften Ausführungsbeispiel der 5 die Anbindung des zweiten Hohlrades 10b und des zweiten Planetenträgers 8b vertauscht. Somit ist das zweite Hohlrad 10b gehäusefest abgestützt und der zweite Planetenträger 8b relativ zu dem Gehäuse 14 verdrehbar. In der ersten Schaltstellung des Schaltelementes 11 sind somit die beiden Planetenträger 8a, 8b der Planetengetriebestufen 4, 5 drehfest miteinander verbunden. Der weitere Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 des fünften Ausführungsbeispiels entspricht dem vierten Ausführungsbeispiel.
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Das sechste Ausführungsbeispiel der 6 baut im Wesentlichen wieder auf das erste Ausführungsbeispiel der 1 auf. In dieser Ausführung ist im Vergleich zu
dem ersten Ausführungsbeispiel jedoch das zweite Hohlrad 10b mit dem Eingang des Differenzials 6 direkt oder indirekt weiter verbunden. Es ist angedeutet, dass die erste Stirnradstufe 16a und die zweite Stirnradstufe 16b auf ähnliche Weise wie in den 1 und 3 gemeinsam oder einzeln einsetzbar sind. Der weitere Aufbau der Antriebsvorrichtung 1 des sechsten Ausführungsbeispiels entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Eingangswelle
- 3
- Getriebeeinrichtung
- 4
- erste Planetengetriebestufe
- 5
- zweite Planetengetriebestufe
- 6
- Differenzial
- 7a
- erstes Planetenrad
- 7b
- zweites Planetenrad
- 8a
- erster Planetenträger
- 8b
- zweiter Planetenträger
- 9a
- erstes Sonnenrad
- 9b
- zweites Sonnenrad
- 10a
- erstes Hohlrad
- 10b
- zweites Hohlrad
- 11
- Schaltelement
- 12a
- erste Teilkupplung
- 12b
- zweite Teilkupplung
- 13a
- erste Ausgangswelle
- 13b
- zweite Ausgangswelle
- 14
- Gehäuse
- 15a
- erster Planetenradsatz
- 15b
- zweiter Planetenradsatz
- 16a
- erste Stirnradstufe
- 16b
- zweite Stirnradstufe
- 17
- Zwischenwelle
- 18
- Antriebsmaschine
