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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine derartige Antriebsvorrichtung ist aus
DE 10 2013 225 519 A1 bekannt. Die Antriebsvorrichtung eines Elektrofahrzeugs weist einen Elektromotor als Antriebsmaschine, ein als Planetentrieb ausgebildetes Zweiganggetriebe und ein Kegelraddifferenzial auf. In der Antriebsvorrichtung ist eine doppelt wirkendende Kupplung vorgesehen. Die Antriebsmaschine, das Getriebe, Differenzial und die Kupplung sind in einem gemeinsamen zweiteiligen Gehäuse untergebracht und koaxial zueinander angeordnet. Der Planetentrieb ist durch ein Sonnenrad, einen Satz Stufenplanetenräder und aus zwei Hohlrädern gebildet. Der Planetenträger des Planetentriebs und der Differenzialkorb des Differenzials sind gemeinsam und miteinander einteilig verbunden ausgebildet. Die Rotorwelle des Elektromotors ist mit der Eingangswelle des Planetentriebs verbunden. Auf der Eingangswelle sitzt ein Sonnenrad des Planetentriebs.
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Der Planetentrieb ist aus dem Sonnenrad, einem Stufenplanetensatz, dem Planetenträger und zwei Hohlrädern gebildet. Der Stufenplanetensatz ist aus einzelnen Stufenplaneten gebildet, welche von dem ersten Planetenträger getragen sind. Jeder der Stufenplaneten weist ein großes Planetenrad mit einem großen Durchmesser und kleines Planetenrad mit einem kleinen Durchmesser auf. Das jeweilige große Planetenrad ist mit dem jeweiligen kleinen Planetenrad Drehmomente übertragend koaxial drehstarr verbunden.
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Der Satz großer Planetenräder steht mit einem Hohlrad und dem Sonnenrad im Zahneingriff. Der Satz kleiner Planetenräder steht mit dem anderen Hohlrad im Zahneingriff. Zwischen dem jeweiligen Hohlrad und dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung ist jeweils eine wiederholt schaltbare Kupplung angeordnet.
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Zwischen den Hohlrädern und dem Gehäuse sind durch wahlweises Öffnen oder Schließen der Kupplungen eine wiederholt schaltbare Wirkverbindung ausgebildet. Die Kupplungen sind so ausgelegt, dass diese einzeln unabhängig voneinander aber auch synchron gemeinsam miteinander eingerückt sein können. Das jeweilige Hohlrad ist bei eingerückter Kupplung am Gehäuse festgelegt, sodass wahlweise die eine oder andere Übersetzung geschaltet werden kann. Außerdem kann durch Einlegen oder Bremsen beider Kupplungen eine feststellende Wirkverbindung hergestellt werden. Wenn beide Kupplungen eingerückt sind, sind beide Hohlräder am Gehäuse festgelegt und der Planetentrieb ist gegen Leistungsübertragung blockiert. Dieser Schaltzustand wird im Sinne einer Park- bzw. Feststellbremseinheit bei abgeschaltetem Elektromotor im Stillstand des Elektrofahrzeugs gewählt.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, die Platz sparend mit wenigen Bauteilen und robust ausgeführt ist.
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Der Gegenstand ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zweite Wirkverbindung zwischen dem Differenzial und der ortsfest gehaltenen Feststelleinrichtung ausgebildet ist.
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Eine derartige Wirkverbindung kann vorteilhaft sehr robust ausgeführt werden. Das Gehäuse des Differenzials, das vorzugsweise ein Planetenträger ist, bietet vorteilhaft viele Möglichkeiten der Integration von Elementen der Feststelleinrichtung (Parksperre). Die als Rasthalter bezeichneten Elemente lassen sich zum Beispiel als einfache Rastverzahnung bei einer Spanlosherstellung des Differenzialgehäuses mit stanzen oder in die Gussform eines entsprechenden Planetenträgers einbringen. Als mechanische Feststeller können einfache Hebel und Klinken oder Bolzen eingesetzt werden, welche kostengünstig herstellbar und sehr robust ausführbar sind. Die Anzahl an beweglichen Teilen kann gering gehalten werden. Darüber hinaus ist eine derartige Anordnung, mit Blick auf die Abmessungen des Getriebes gesehen, Bauraum sparend ausgeführt.
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Unter den Begriffen „Wirkverbindung“ oder „wirkverbunden“ ist eine Verbindung zwischen wenigstens zwei Vorrichtungen, Baugruppen oder Bauteilen oder sind Kombinationen dieser in der Anmeldung genannten Elemente miteinander zu verstehen. Die Wirkverbindung ist eine elektrische, elektronische, mechanische, kinematische oder eine andere physikalische Verbindung. Diese ist zum Beispiel eine mechanische Verbindung zwischen den genannten Elementen oder deren Kombinationen über Wellen, Kupplungen, Bremsen, Zahnräder bzw. über Zahneingriffe. „wirkverbunden“ sind die Vorrichtungen, Baugruppen oder Bauteile bzw. deren Kombinationen zugleich oder wahlweise trennbar, nicht trennbar, elastisch oder starr und über Kraftschluss, Formschluß, Reibschluss oder Materialschluss. Die Wirkung der jeweiligen Wirkverbindung ist nur in eine Richtung ausgerichtet oder in beide Richtungen zwischen den verbundenen Elementen und ist zum Beispiel eine Drehmomente übertragende bzw. Drehmomente abstützende Verbindung zwischen mindestens zwei Elementen.
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Die zwischen den Differenzial und der Feststelleinrichtung ausgebildete Wirkverbindung ist eine wiederholt lösbare formschlüssige und/oder reibschlüssige Verbindung zwischen dem Differenzial und der Feststelleinrichtung, mit welcher das Differenzial ortsfest gegenüber der Umgebung, also ortsfest gegenüber dem Fahrzeug oder einem Gehäuse festgelegt ist.
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Die wiederholt schaltbare Wirkverbindung zwischen dem Hohlrad und dem Gehäuse ist zum Beispiel durch eine Bremse aber vorzugsweise eine Kupplung herstellbar. Über die Bremse, beispielsweise eine Bandbremse, oder über die Kupplung, beispielsweise eine Lamellenkupplung, können im Reibschluss oder im geschlossenen Zustand die an dem Hohlrad wirkenden Drehmomente teilweise oder ganz abgestützt werden.
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Die Feststelleinrichtung ist zumindest im eingerücktem Zustand ortsfest gehalten, wobei durch das Differenzial initialisierte Kräfte- bzw. Drehmomente ortsfest abstützbar sind. Dabei steht der Begriff „ortsfest“ für eine in Rotationsrichtung feste Verbindung oder Abstützung wahlweise zu einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung, einem Gehäuse des Getriebes oder einem anderen beliebigen Gehäuse, wobei das Differenzial, also der Korb mit den Ausgleichsrädern, um seine Zentralachse relativ zu diesem Gehäuse rotierbar angeordnet ist. Die Zentralachse des Differenzials ist dabei die Rotationsachse, um die der Differenzialkorb rotiert. Unabhängig davon kann das Gehäuse auch beweglich sein oder ist zum Beispiel an dem Fahrgestell bzw. der Karosse eines Fahrzeugs festgelegt. Das Gehäuse selbst ist dabei selbst aber auch ortsbeweglich, z.B. mit dem Fahrzeug mitfahrend ausgeführt.
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Die Feststelleinrichtung kann mechanisch und/oder elektrisch und/oder hydraulisch agierend ausgeführt sein und durch Reib- und oder Formschluss bzw. elektromagnetisch funktionieren.
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Für den Fall der Verwendung einer mechanisch agierenden Feststelleinrichtung ist mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass Rasthalter an dem Differenzialkorb für Eingriffe wenigstens einer Sperrklinke der Feststelleinrichtung vorgesehen sind. Rasthalter sind für eine Sperrklinke hinterschnittartig ausgeführte Vorsprünge oder Vertiefungen in Form von Lochungen oder Verzahnungen, Vorsprüngen, Gittern oder ähnlicher Rastkonturen, die für einen wiederholt lösbaren Formschluss zwischen der/den Sperrklinken und der Rastkontur geeignet sind. Es ist zum Beispiel denkbar, dass die Rastkontur als Rastverzahnung direkt integral an dem Differenzialkorb ausgebildet ist oder an einem oder mehreren Ring(en), Rädern, Platten oder ähnlichem, die form-, kraft- und oder stoffschlüssig mit dem Planetenträger bzw. Differenzialkorb verbunden sind. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rasthalter an einer von dem ersten Planetentrieb abgewandten Seite des Differenzialkorbs ausgebildet sind. Das kann außenumfangsseitig aber auch stirnseitig sein. Die vorgenannten Elemente bzw. Anordnungen sind mit Sicht auf die vorgenannten Ausführungsbeispiele ohne viel Aufwand einfach und kostengünstig sowie robust ausgeführt herstellbar.
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Als Sperrklinken sind alle Elemente vorgesehen, die in den Rasthalter eingreifend und/oder diesen hintergreifend geeignet sind, eine wiederholt haltende und lösbare formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Differenzialkorb auszubilden. Diese können als Vorsprünge an Hebeln oder Schiebern ausgebildet sein, können federnd vorgespannt sein, und sind beispielsweise Kugeln oder Kolben, Scheiben oder andere mechanischen Bauteile.
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Ein Ausgang ist als eine Funktionseinheit gesehen, über welche gewöhnlich Leistung aus einer Antriebsmaschine, einem Getriebe, wie einem Planetengetriebe, Differenzial oder aus einem Abschnitt der vorgenannten Getriebe an eine weitere Funktionseinheit weitergegeben wird.
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Ein Eingang ist als eine Funktionseinheit gesehen, über welche gewöhnlich Leistung in eine Antriebsmaschine, ein Stufengetriebe, ein Planetengetriebe, in ein Differenzial oder in einen Abschnitt der vorgenannten Getriebe eingebracht wird.
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Es ist nicht ausgeschlossen, dass auch Leistung in umgekehrter Richtung über den Ausgang eingebracht wird und Leistung über den Eingang an eine weitere Funktionseinheit weitergegeben wird. Die geschieht zum Beispiel bei Rekuperation, Bremsen oder Feststellen oder im Schubbetrieb.
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Funktionseinheiten sind einzelne Maschinenelemente wie Wellen, Zahnräder, Planetenträger, Gehäuse, Kupplungen oder deren einzelne Elemente, Gehäuse und weitere geeignete Maschinenelemente, die geeignet sind, Leistungen aufzunehmen oder abzugeben bzw. Drehmomente zu übertragen bzw. abzustützen.
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Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass:
- - die Rotorwelle der Antriebsmaschine der erste Ausgang ist. Die Antriebsmaschine ist dementsprechend eine elektrische Maschine.
- - das erste Sonnenrad mit dem ersten Eingang wirkverbunden ist und mit den ersten Planetenrädern im Zahneingriff steht. Der erste Eingang ist beispielsweise eine Eingangswelle des ersten Planetentriebes oder ist der Schaft des Sonnenrades bzw. ist das Sonnenrad selbst.
- - der erste Planetenträger mit dem zweiten Ausgang Drehmomente übertragend wirkverbunden ist. Der zweite Ausgang ist beispielsweise eine mit dem ersten Planetenträger verbundene Welle oder der Planetenträger selbst.
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Das Sonnenrad ist wahlweise über eine Welle oder ein Zwischenstück mit der Rotorwelle der Antriebsmaschine und dabei Drehmomente übertragend drehstarr verbunden. Alternativ ist eine Verbindung zwischen der Antriebsmaschine und dem Sonnenrad durch wenigstens eine Kupplung wiederholt ein- bzw. ausrückbar. Wahlweise sitzt das Sonnenrad beispielsweise direkt auf/an der Rotorwelle der Antriebsmaschine.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend aufgeführt, stehen jede für sich als Ausgestaltung der Erfindung oder können mit den bisherigen angeführten Merkmalen und auch untereinander beliebig miteinander kombiniert werden:
- - Die Kupplung ist auch als Bremse einsetzbar bzw. ist eine Bremse. Sie ist eine Trenneinheit und Schließeinheit alternativ eine Abbremseinheit und wahlweise mittels einer mechanischen, magnetischen oder hydraulischen Betätigung aktiviert.
- - Die Kupplung arbeitet wahlweise nach Prinzipien des Reibschlusses, Formschlusses und oder Kraftschlusses.
- - Die Kupplung ist eine Lamellenkupplung. So ist es denkbar, dass die Lamellenkupplung aus äußeren Lamellen und inneren Lamellen gebildet ist, welche abwechselnd axial aufeinanderfolgend angeordnet sind und welche beim Einrücken der Kupplung axial reibschlüssig gegeneinander geschoben werden. Die äußeren Lamellen sind axial verschiebbar aber in Umfangsrichtung um die Rotationsachse Drehmomente übertragend mit dem Gehäuse verbunden. Die Inneren Lamellen sind Drehmomente übertragend aber axial verschiebbar mit dem Hohlrad gekoppelt.
- - Die Kupplung ist eine Klauenkupplung. Wenigstens ein Drehmomente übertragend mit dem Gehäuse gekoppelter Klauenring wird beim Einrücken der Kupplung formschlüssig mit einem an das Hohlrad gekoppelten Klauenring in Eingriff gebracht.
- - Die Kupplung ist mindestens ein Freilauf, welcher vorzugsweise schaltbar ist. Denkbare Ausführungen von Freiläufen sind in diesem Falle Klemmkörper- oder Klemmrollenfreiläufe.
- - Der erste Planetenträger sitzt mit einem ersten Bund auf einem zweiten Bund des Differenzialkorbs, dabei sind die Bunde axial ineinandergesteckt, wobei vorzugsweise der erste Bund außen auf dem zweiten Bund sitzt.
- - Die Kupplung ist vorzugsweise außenumfangsseitig des Hohlrads angeordnet. Dadurch kann Bauraum gespart werden. Alternativ kann die Kupplung auch an beliebig anderen geeigneten Stellen in der Antriebsvorrichtung positioniert sein.
- - Das Sonnenrad ist mittels eines Wälzlagers entweder in dem ersten Bund oder in dem zweiten Bund radial abgestützt.
- - Konzentrisch ineinander angeordnet sind zumindest Teile der Kupplung, des Hohlrades, der erste Bund und der zweite Bund, wenigstens ein Wälzlager und ein Wellenabschnitt des Sonnenrades.
- - Das Differenzial ist ein sogenanntes Stirnraddifferenzial. Es ist also ein Planetengetriebe, dessen Ausgleichsräder Planetenräder sind.
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Der Planetenträger des Planetentriebs und der Planetenträger des als Stirnraddifferenzials ausgebildeten Differenzials können einteilig als eine Einheit und konkret in diesem Fall, vorzugsweise als ein Guss- bzw. Spritzgussteil ausgebildet sein. Ein Stirnraddifferenzial ist in diesem Sinne ein Differenzial mit Ausgleichrädern, die als Planetenräder ausgeführt und an einem Planetenträger um die eigene Achse rotierbar gelagert sind. Die Abtriebsräder des Differenzials sind je nach dessen Ausführung Hohlräder oder Sonnenräder und ggf. wahlweise in einer Leistungsverzweigung auch der Planetenträger. Die Vorzugsvariante des Stirnraddifferenzials ist jedoch symmetrisch ausgeführt, d.h., die Ausgleichsräder sind zwei Sonnenräder mit gleicher oder annähernd gleicher Zähnezahl. Es sind zwei Sätze Ausgleichs-Planetenräder vorgesehen, welche vorzugsweise die gleiche oder eine annähernd gleiche Anzahl an Zähnen aufweisen. Der eine Satz der Planetenräder steht im Zahneingriff mit einem Sonnenrad (Abtriebsrad) und der andere Satz der Planetenräder steht im Zahneingriff mit dem anderen Sonnenrad. Außerdem steht jeweils ein Planetenrad des einen Ausgleichssatzes auch im Zahneingriff mit einem Planetenrad des anderen Ausgleichssatzes.
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Wie schon zuvor ausgeführt ist, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Differenzial einen als zweiten Planetenträger ausgebildeten Differenzialkorb des als Stirnraddifferenzial ausgeführten Differenzials aufweist. Dabei sind der erste Planetenträger und der zweite Planetenträger zueinander separat ausgebildet, aber miteinander verbunden. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung besteht darin, dass die Planetenträger des Planetentriebs und der Planetenträger (Differenzialkorb) des Differenzials in Blechbauweise ausgeführt werden können. Die tragenden Bauteile des jeweiligen Planetenträgers, wie die Trägerwangen und deren Verbindung, können vorzugsweise spanlos und dabei wiederum vorzugsweise durch Kaltumformen wie Ziehen, Stanzen und Prägen einfach und kostengünstig hergestellt werden. Denkbar ist auch eine Kombination von Blechbauteilen beispielsweise mit Guss- oder Schmiedeteilen bzw. spanabhebend hergestellter Bauteile.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- 1 zeigt eine Antriebsvorrichtung 1, die mittels eines schematisch dargestellten Wirkprinzips und Grundaufbaus in einer Ansicht längs entlang einer Zentralachse 31 der Antriebsvorrichtung 1 abgebildet ist.
- 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes 3 der Antriebsvorrichtung 1, welchem der mit 1 skizzierte Grundaufbau und Wirkprinzip zugrunde liegt.
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1 - Die Antriebsvorrichtung 1 weist verschiedene Baugruppen, wie eine Antriebsmaschine 2, ein Getriebe 3, eine Feststelleinrichtung 5, eine Kupplung 6 und ein Gehäuse 16 auf. Die Antriebsmaschine 2 ist ein Elektromotor EM mit einem ersten Ausgang 7, welcher durch eine Rotorwelle 20 gebildet ist. Der erste Ausgang 7 ist mit einem ersten Eingang 8 des Getriebes 3 verbunden. Das Getriebe 3 ist aus einem Planetengetriebe 11 und einem Differenzial 4 gebildet.
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Der erste Eingang 8 ist der Eingang in das Planetengetriebe 11 und ist durch eine Eingangswelle/ Sonnenwelle 32 und mit der Rotorwelle 20, z.B. über eine Steckverzahnung, drehstarr verbunden.
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Ein zweiter Ausgang 9, in diesem Fall ein Ausgang des Planetentriebs 11, ist drehstarr und deshalb Drehmomente übertragend mit einem zweiten Eingang 10, in diesem Fall mit dem Eingang des Differenzials 4, wirkverbunden.
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Der Planetentrieb 11 weist einen Stufenplanetensatz 12, einen ersten Planetenträger 13, ein erstes Sonnenrad 14 und ein Hohlrad 15 auf. Das erste Sonnenrad 14 sitzt auf der Sonnenwelle 32. Der Stufenplanetensatz 12 ist durch Stufenplaneten 17 gebildet, von denen aufgrund der Darstellungsform der 1 nur einer sichtbar ist. Jeder Stufenplanet 17 besteht aus einem ersten Planetenrad 18 und einem zweiten Planetenrad 19. Die ersten Planetenräder 18 und zweiten Planetenräder 19 sind drehstarr-einmaterialig miteinander verbunden. Die ersten Planetenräder 18 sind im Durchmesser größer und weisen eine größere Anzahl an Zähnen auf als die zweiten Planetenräder 19 kleineren Durchmessers des gleichen Stufenplaneten 17. Die drehstarre Verbindung zwischen jeweils einem großen Planetenrad 18 mit dem Planetenrad 19 ergibt jeweils ein Doppelplanetenrad mit zwei Planetenrädern 18 und 19. Aus dem Unterschied der Durchmesser, also einer Abstufung des Durchmessers von dem Planetenrad 18 mit dem großen Durchmesser zu dem mit dem Planetenrad mit dem kleineren Durchmesser, ist der Begriff „Stufenplanet“ hergeleitet.
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Das erste Sonnenrad 14 steht im Zahneingriff mit den Planetenrädern 18 mit dem größeren Durchmesser. Die Planetenräder 19 mit dem kleineren Durchmesser stehen im Zahneingriff mit dem Hohlrad 15.
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Zahneingriffe sind die kämmenden Eingriffe der Verzahnungen von vorstehend und nachfolgend angeführten verzahnten Getriebeelemente ineinander, welche zur Übertragung von Drehmomenten im Getriebe führen - wie z.B. der Eingriff der äußeren Verzahnung eines Planetenrades in die äußere Verzahnung eines Sonnenrades oder der Eingriff der äußeren Verzahnung eines Planetenrades in die innere Verzahnung des Hohlrades oder der Eingriff Ausgleichsplanetenrades in ein anderes Ausgleichsplanetenrad bzw. in ein Sonnenrad.
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Das Differenzial 4 ist ein Stirnraddifferenzial 30, welches einen als Differenzialkorb ausgebildeten zweiten Planetenträger 25, einen Satz erster Ausgleichsplanetenräder 33 und einen Satz zweiter Ausgleichsplanetenräder 34, und ein zweites Sonnenrad 35 sowie ein drittes Sonnenrad 36 aufweist. Von den Ausgleichsplanetenrädern 33 und 34 ist aufgrund der Darstellungsform jeweils nur eines stark schematisch abgebildet. Jedes der ersten Ausgleichsräder 33 steht im Zahneingriff mit jeweils einem zweiten Ausgleichsrad 34. Jedes der ersten Ausgleichsräder 33 steht außerdem im Zahneingriff mit dem zweiten Sonnenrad 35. Außerdem stehen die zweiten Ausgleichsräder 34 jeweils im Zahneingriff mit dem dritten Sonnenrad 36. Das zweite Sonnenrad 35 ist in diesem Fall ein mit einer Abtriebswelle 37 verbundenes Abtriebsrad des Stirnraddifferenzials 30. Die Abtriebswelle 37 führt axial mit Richtung der Rotationsachse 22 durch die als Hohlwellen ausgebildete Eingangswelle/Sonnenwelle 32 und durch die Rotorwelle 20 hindurch und ist mit einem nicht dargestellten Antriebsrad gekoppelt. Das dritte Sonnenrad 36 ist in der dargestellten Antriebsvorrichtung 1 ein Abtriebsrad des Stirnraddifferenzials 30 und ist mit einer Abtriebswelle 38 verbunden. Letztere führt zu einem weiteren nicht dargestellten Antriebsrad der Fahrzeugachse.
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Der erste Planetenträger 13 des ersten Planetentriebs ist der zweite Ausgang 9, also der Ausgang des Planetentriebs 11. Der zweite Planetenträger 25 sitzt drehstarr an dem ersten Planetenträger oder ist alternativ über eine Welle (nicht dargestellt) mit dem zweiten Ausgang 9 drehstarr verbunden.
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Die Rotorwelle 20, die Eingangswelle/Sonnenwelle, die Sonnenräder 14, 35 und 36, die Planetenträger 13 und 25 sowie das Hohlrad 15 sind koaxial auf der Rotationsachse 22 angeordnet, welche Rotationsachse und Zentralachse 31 der der in koaxialer Anordnung ihrer Baustufen ausgeführten Antriebsvorrichtung ist.
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Die Rotations- bzw. Zentralachse 31 ist unbeachtlich ihrer tatsächlichen Lage im Raum als axial verlaufend ausgerichtet betrachtet. Radial ist dementsprechend senkrecht oder quer zur Zentralachse 31.
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Das Gehäuse 16 des Getriebes weist einzelne Gehäuseabschnitte 16a, 16b und 16c auf, welche entweder eigenständige Gehäuse bilden oder wie symbolisiert ist, als Gehäuseabschnitte 16a, 16b und 16c miteinander verschraubt sind. Es ist auch denkbar, dass das Gehäuse 16 einteilig, zweiteilig oder mehr als dreiteilig ausgebildet ist.
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Das Hohlrad 15, der erste Planetenträger 13 und der zweite Planetenträger 25 sind um die Rotationsachse und relativ zu dem Gehäuse 16 rotierbar in dem Gehäuse 16 angeordnet, welches in diesem Fall relativ zum Differenzialkorb 21 als ortsfest betrachtet ist. Die Kupplung 6 ist außenumfangsseitig zum Hohlrad 15 und konzentrisch zur Rotationsachse 22 angeordnet. Zwischen dem Hohlrad 15 und dem Gehäuse 16 ist über die Kupplung 6 eine wiederholt schaltbare erste Wirkverbindung W1 derart ausgebildet, dass das Hohlrad 15 gegenüber dem Gehäuseabschnitt 16b durch Einrücken der Kupplung 6 festgelegt und somit nicht mehr rotierbar angeordnet ist und durch Ausrücken der Kupplung 6 wieder relativ zum Gehäuse 16 rotierbar ist.
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Es ist eine zweite Wirkverbindung W2 zwischen dem Differenzial 4 und der ortsfest gehaltenen Feststelleinrichtung 5 ausgebildet, für die Rasthalter 26 an dem Differenzialkorb 21 für Eingriffe wenigstens einer Sperrklinke 29 einer ansonsten nicht weiter dargestellten Parksperre bzw. der Feststelleinrichtung 5 vorgesehen sind. Die Sperrklinke 29 ist an dem Gehäuseabschnitt 16c schwenkbar aber ansonsten durch das Gehäuse 16 ortsfest gehalten und kann in einen Eingriff mit den Rasthaltern 26 gebracht werden. Die Rasthalter 26 sind beispielsweise Zähne einer an dem zweiten Planetenträger 25 ausgebildeten Rastverzahnung, in deren Lücken die Sperrklinke 29 formschlüssig eingreifen kann. Alternativ sind die Rasthalter auch an einem separat zu dem Planetenträger ausgebildeten Klinkenrad o.ä. ausgebildet, welches rotationsfest um die Rotationsachse mit dem Differenzialkorb verbunden ist.
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In 1 sind mit V1, V2, V3 oder V4 senkrecht von der Zentralachse/Rotationsachse 31 durchstoßene und im Folgenden als Verzahnungsebenen V1, V2, V3 oder V4 bezeichnete Radialebenen markiert. Es wird davon ausgegangen, dass die Berührungen der Zähne der einzelnen Zahneingriffe der Stirnverzahnungen entweder der Planetenräder 18, 19, 33 oder 34 mit dem jeweiligen Sonnenrad 14, 35, 36 oder Hohlrad 15 idealerweise in axialer Richtung mittig der wirksamen (effektiven) Breite der jeweiligen Verzahnungen liegen und dass diese Verzahnungsebene V1, V2, V3 oder V4 die jeweiligen effektiven Zahnbreiten halbieren, d.h. durch einen angenommenen axial mittigen Zahneingriff verlaufen. Es liegen die Verzahnungen des ersten Sonnenrades 14 und die des großen Planetenrades 18 der Stufenplaneten 17 in der ersten Verzahnungsebene V1. In der Verzahnungsebene V2 stehen die Verzahnungen der zweiten Planetenräder 19 der Stufenplaneten 17 im Zahneingriff mit der Verzahnung des Hohlrades 15. In der dritten Verzahnungsebene V3 stehen die Verzahnungen der ersten Ausgleichsplanetenräder 33 mit dem zweiten Sonnenrad 35 und jedes der Ausgleichsplanetenräder 33 mit der Verzahnung eines der zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 im Zahneingriff. In der vierten Verzahnungsebene V4 stehen die Verzahnungen der zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 mit der Verzahnung des dritten Sonnenrades 36 im Zahneingriff. Daraus ergibt sich abweichend von der zuvor genannten Annahme für den Zahneingriff der zweiten Ausgleichsplanetenräder 34, dass die Verzahnungsebene V4 zwar mittig durch die effektive Zahnbreite des dritten Sonnenrades 36 verläuft aber am jeweiligen Ausgleichsplanetenrad 34 um ein Viertel der effektiven Zahnbreite gegenüber der Mitte im Bild nach rechts außen versetzt ist. Dementsprechend verläuft die dritte Verzahnungsebene V3 auch um ein Viertel der effektiven Zahnbreite im Bild nach links gegenüber der Mitte der effektiven Zahnbreite der Ausgleichsplanetenräder 34 versetzt. Die Verzahnung des jeweiligen zweiten Ausgleichsplanetenrades 34 liegt also effektiv wirksam in den zwei Verzahnungsebenen V3 und V4. Daraus ergibt sich, dass die effektive Zahnbreite des dritten Sonnenrades 36 der Hälfte oder weniger der effektiven Zahnbreite der zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 ist und dass die effektive Zahnbreite der zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 breiter ist als die effektive Zahnbreite der ersten Ausgleichsplanetenräder 33 und als die des zweiten Sonnenrades 35.
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Der erste Planetenträger 13 ist an der Lagerstelle L1 an dem Gehäuseabschnitt 16a bzw. an einem zu dem Gehäuseabschnitt 16a fest abgestützten Lagerschild 39 des Elektromotors EM um die Rotationsachse 22 rotierbar gelagert. An der Lagerstelle L2 sind das erste Sonnenrad 14 und der zweite Planetenträger 25 (Differenzialkorb 21) gegeneinander gelagert. An der dritten Lagerstelle L3 ist der Differenzialkorb 21 parksperrenseitig an dem Gehäuseabschnitt 16c um die Rotationsachse 22 rotierbar gelagert.
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2 - Das Getriebe 3 ist in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 22 dargestellt. Der Planetentrieb 11 ist, wie schon oben beschrieben, mit dem Stufenplanetensatz 12, dem ersten Planetenträger 13, dem ersten Sonnenrad 14 und mit dem Hohlrad 15 versehen. Das erste Sonnenrad 14 weist für den Sitz auf der Sonnenwelle 32 (siehe 1) innen eine Innenverzahnung 40 oder ein ähnliches Keilwellenprofil auf. Die Verzahnung 41 des jeweiligen ersten Planetenrads 18 des jeweiligen Stufenplaneten 17 steht in der Verzahnungsebene V1 mit der Verzahnung 42 des Sonnenrades 14 im Zahneingriff. Die Verzahnungen 43 der zweiten Planetenräder 19 stehen in der zweiten Verzahnungsebene V2 mit der inneren Verzahnung 44 des Hohlrads 15 im Zahneingriff. Die ersten Planetenräder 18 sind im Durchmesser größer und weisen eine größere Anzahl an Zähnen auf als die zweiten Planetenräder 19 des gleichen Stufenplaneten 17.
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Der erste Planetenträger 13 ist aus einer ersten Trägerwange 59, einer zweiten Trägerwange 61 und mehreren, in der Anzahl derer der Planetenräder 18 bzw. 19 entsprechenden, Planetenbolzen 53 gebildet. Ein Abschnitt 52 des ersten Planetenträgers 13 ist mit einer konzentrisch zur Rotationsachse 22 zentrierten Nabe 57 versehen.
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Das Differenzial 4 ist ein Stirnraddifferenzial 30, welches den als Differenzialkorb 21 ausgebildeten zweiten Planetenträger 25, den Satz erster Ausgleichsplanetenräder 33 und den Satz zweiter Ausgleichsplanetenräder 34, das zweite Sonnenrad 35 sowie das dritte Sonnenrad 36 aufweist.
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Der zweite Planetenträger 25 besteht aus einer ersten Trägerwange 58 und einer zweiten Trägerwange 62, welche den Differenzialkorb 21 bilden. Ein Abschnitt 51 des zweiten Planetenträgers 25 ist mit einer konzentrisch zur Rotationsachse 22 ausgerichteten Nabe 56 versehen.
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Von den Ausgleichsplanetenrädern 33 ist aufgrund der Darstellungsform nur eines abgebildet. Die Ausgleichsplanetenräder 33 sind so breit, dass sie sich axial über die dritte und vierte Verzahnungsebene V3 und V4 hinaus erstrecken. Die zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 sind in dieser Darstellung durch die ersten Ausgleichsplanetenräder 33 verdeckt und lediglich mit einer gestrichelten Linie angedeutet. Die axiale Breite der ersten Ausgleichsplanetenräder 33 entspricht mindestens einem Zweifachen der Breite der Verzahnung des zweiten Sonnenrades 35, wobei die axiale Breite der zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 der Breite des dritten Sonnenrades 36 entspricht. Die ersten Ausgleichsplanetenräder 33 und die zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 sind so, wie anhand der ersten Ausgleichsplanetenräder 33 dargestellt, links und rechts mit Zapfen 45 im Planetenträger 25 gelagert oder sind alternativ auf Planetenbolzen (nicht dargestellt) gelagert, die ihrerseits links- und rechtsseitig im Planetenträger abgestützt sind.
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Zum besseren Verständnis alternativer Ausführungen der Anordnungen der Ausgleichsräder und deren Zahneingriffe wird einleitend noch einmal Bezug auf die Darstellung nach 1 genommen. Dort stehen die Verzahnungen der ersten Ausgleichsplanetenräder 33 mit dem zweiten Sonnenrad 35 und jedes der Ausgleichsplanetenräder 33 mit der Verzahnung eines der zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 in der dritten Verzahnungsebene V3 miteinander im Zahneingriff, so dass in der vierten Verzahnungsebene V4 die Verzahnungen der zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 mit der Verzahnung des dritten Sonnenrades 36 im Zahneingriff stehen. In der mit 2 dargestellten Ausführung ergibt sich abweichend davon, dass die ersten Ausgleichsplanetenräder 33 in der dritten Verzahnungsebene V3 mit dem zweiten Sonnenrad 35 im Zahneingriff stehen und die zweiten Ausgleichsplanetenräder 34 in der vierten Verzahnungsebene V4 mit dem dritten Sonnenrad 36 und mit den ersten Ausgleichsplanetenrädern 33. Dabei ist die Verzahnung 48 des dritten Sonnenrades 36 axial breiter als die Verzahnung 47 des zweiten Sonnenrades 35.
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Daraus ergibt sich in dem mit zwei gedachten radialen und durch das Differenzial verlaufenden Verzahnungsebenen betrachteten Stirnraddifferenzial, dass wahlweise in einer der Verzahnungsebenen jeweils die Ausgleichsplanetenräder eines Satzes mit jeweils einem Ausgleichsplanetenrad des anderen Satzes und zugleich mit einem der Sonnenräder im Zahneingriff stehen, während in der anderen Verzahnungsebene die Ausgleichsräder des anderen Satzes (nur) im Zahneingriff mit dem anderen der Sonnenräder stehen.
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Es ergibt sich für den Zahneingriff der zweiten Ausgleichsplanetenräder 34, dass die Verzahnungsebene V4 zwar mittig durch die effektive Zahnbreite des dritten Sonnenrades 36 verläuft aber am jeweiligen ersten Ausgleichsplanetenrad 33 um ein Viertel der effektiven Zahnbreite gegenüber der Mitte im Bild nach rechts außen versetzt ist. Dementsprechend verläuft die dritte Verzahnungsebene V3 auch um ein Viertel der effektiven Zahnbreite im Bild nach links gegenüber der Mitte der effektiven Zahnbreite der ersten Ausgleichsplanetenräder 33 versetzt. Die Verzahnung des jeweiligen zweiten Ausgleichsplanetenrades 33 liegt also effektiv wirksam in den zwei Verzahnungsebenen V3 und V4. Daraus ergibt sich, dass die effektive Zahnbreite des ersten Sonnenrades 35 der Hälfte oder weniger der effektiven Zahnbreite der ersten Ausgleichsplanetenräder 33 entspricht. Die Ausgleichsplanetenräder 33 und 34 weisen miteinander verglichen die gleiche Zähnezahl auf. Das zweite Sonnenrad 35 und das dritte Sonnenrad 36 weisen miteinander verglichen die gleiche Zähnezahl auf. Damit es nicht zu Überschneidungen der Zahnprofile in radialer Richtung und damit zum Beispiel nicht zu einer Kollision der ersten Ausgleichsplanetenräder 33 mit der Verzahnung 48 des dritten Sonnenrades 36 kommt, unterscheiden sich die Zahnhöhen der Verzahnungen 47 und 48 der Sonnenräder 35 und 36 und die Achsabstände der Rotationsachsen der Ausgleichsplanetenräder 33 und 34 zur Rotationsachse 22 bei jedoch gleichen Modulen der Verzahnungen voneinander.
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Im ersten Planetenträger 13 sitzt ein Wälzlager 49, welches in diesem Fall als Rollenlager bzw. Nadellager ausgeführt ist, aber auch als ein Kugellager, Kegelrollenlager oder ein beliebig anders ausgeführtes Wälz- oder Gleitlager sein kann. Über das Wälzlager 49 ist der Planetenträger 13 gemäß der Darstellung nach 1 an der Lagerstelle L1 an dem Gehäuseabschnitt 16a bzw. an einem zu dem Gehäuseabschnitt 16a fest abgestützten Lagerschild 39 des Elektromotors EM um die Rotationsachse 22 rotierbar gelagert.
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Die in 1 beschriebene Lagerstelle L2 wird mithilfe eines weiteren Wälzlagers 50 verwirklicht, welches in der mit 2 abgebildeten Ausgestaltung als Kugellager dargestellt ist. Über dieses weitere Wälzlager 50 sind das erste Sonnenrad 14 und der zweite Planetenträger 25 (Differenzialkorb 21) relativ zueinander um die Rotationsachse 22 rotierbar gelagert. Die Verzahnung 42 des ersten Sonnenrads 14 liegt in der ersten Verzahnungsebene V1. Eine Innenverzahnung 40 des ersten Sonnenrades 14 oder ein ähnliches Keilwellenprofil zusammen mit einem korrespondierenden Profil an der Sonnenwelle 32 (in 1 jedoch nicht in 2 abgebildet) ergibt eine Steckverzahnung (allg. Steckverbindung) axial zwischen der ersten Verzahnungsebene V1 und der zweiten Verzahnungsebene V2. Es ergibt sich weiterhin, dass die Innenverzahnung 40 axial zwischen der Verzahnung 42 des ersten Sonnenrads 14 und der Lagerstelle L2 (1) bzw. axial zwischen der Verzahnung 42 des ersten Sonnenrads 14 und dem weiteren Wälzlager 50 angeordnet ist.
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Die Lagermitte des weiteren Wälzlagers 50, welche in diesem Fall durch eine durch die Kugelmitten der Kugeln des Kugellagers verlaufende Radialebene definiert ist, liegt in der zweiten Verzahnungsebene V2. Das weitere Wälzlager 50 sitzt mit einem Innenring 55 radial außen auf einen Schaft 54 des ersten Sonnenrades 14. Ein Abschnitt des Schaftes 54 wird durch die Verzahnungsebene V2 geschnitten - liegt also in der Verzahnungsebene V2. Das Wälzlager 50 ist dabei außen umfangsseitig von einem ersten Abschnitt 51 des Differenzialkorbs 21 bzw. des zweiten Planetenträgers 25 umgeben, welcher seinerseits wiederum von einem zweiten Abschnitt 52 des ersten Planetenträgers 13 umgeben ist.
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Die Abschnitte sind als die Naben 56 bzw. 57 ausgebildet, von denen jeweils die Trägerwangen 58 bzw. 59 des jeweiligen Planetenträgers 13 bzw. 25 abgehen. Die Nabe 57 der Trägerwange 59 des ersten Planetenträgers 13 ist also axial nach innen in den Planetenträger 13 hinein in Richtung einer weiteren Trägerwange 61 des ersten Planetenträgers 13 gerichtet und die Nabe 56 der Trägerwange 58 des zweiten Planetenträgers 25 ist auch in den Planetenträger 13 hinein in Richtung der weiteren Trägerwange 61 des ersten Planetenträgers 13 gerichtet. Daraus ergibt sich, dass die Nabe 56 der Trägerwange 58 des zweiten Planetenträgers 25 von einer weiteren Trägerwange 62 des zweiten Planetenträgers 25 weg gerichtet und in entgegengesetzte Richtung zur axialen Ausrichtung einer Nabe 63 der weiteren Trägerwange 62 des zweiten Planetenträgers 25 ausgerichtet ist. Abschnitte von beiden Naben 56 und 57 umgeben also das Wälzlager 50.
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Um den Umfang der jeweiligen Nabe 56 und 57 des ersten Planetenträgers 13 und zweiten Planetenträgers 25 außen herum sind in der zweiten Verzahnungsebene V2 die zweiten Planetenräder 19 verteilt, welche gemeinsam mit den ersten Planetenrädern 18 jeweils auf einem Planetenbolzen 53 um die Rotationsachse des Stufenplaneten 17 rotierbar gelagert sind. Es folgt in der Reihenfolge von der Rotationsachse 22 aus radial von innen nach außen auf die zweiten Planetenräder 19 das Hohlrad 15 bzw. dessen innere Verzahnung 44. Die innere Verzahnung 44 steht in der Verzahnungsebene V2 mit den Verzahnungen 43 der zweiten Planetenräder 19 im Zahneingriff. Das Hohlrad 15 ist schließlich von der Kupplung 6 bzw. der Bremse 6 umgeben, welche auch von der zweiten Verzahnungsebene V2 geschnitten ist.
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Zusammengefasst ergibt sich also folgende Konstellation:
- - Radial am weitesten innen im Planetengetriebe 11 ist ein Schaft des ersten Sonnenrades 14 angeordnet, auf welchem das Wälzlager 50 sitzt, wobei das Wälzlager 50 von einer Nabe 56 des zweiten Planetenträgers 25 (des Differenzialkorbs 21) umgeben ist.
- - Die Nabe 56 des zweiten Planetenträgers 25 wiederum ist radial von der Nabe 57 des ersten Planetenträgers 13 umgeben.
- - Umfangsseitig um die Nabe 57 des ersten Planetenträgers 13 außen herum sind die zweiten Planetenräder 19 bzw. ist deren Verzahnung 43 verteilt angeordnet.
- - Schließlich folgt radial außen die innere Verzahnung 44 des Hohlrades 15 und das Hohlrad 15 ist außen umfangsseitig zumindest von einem Abschnitt der Kupplung 6 bzw. Bremse umgeben.
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Der zweite Planetenträger 25 ist in diesem Fall als Gussteil ausgebildet und weist die Trägerwange 58 auf, welche der Trägerwange 59 des ersten Planetenträgers 13 axial gegenüberliegt bzw. axial an dieser anliegt. Der erste Planetentrieb 11 und das Differenzial 4 sind axial miteinander verschachtelt, weil die von der Trägerwange 58 des zweiten Planetenträgers 25 axial abgehende Nabe 56 in Richtung des Planetengetriebes 11 axial in das Planetengetriebe 11 so hinein taucht, dass sich der Abschnitt (die Nabe 57) axial in einen Raum erstreckt, der radial zwischen den zweiten Planetenrädern 19 und der Rotationsachse 22 ausgebildet ist. Darüber hinaus weist der erste Planetenträger 13 die erste Trägerwange 59 auf, welche der zweiten Trägerwange 58 axial gegenüberliegt bzw. an dieser anliegt, und von welcher die Nabe 56 so abgeht, dass diese in Richtung des ersten Planetenrades 18 axial in das Planetengetriebe 11 hinein taucht. Dabei ragt auch die Nabe 57 der ersten Trägerwange 59 axial in den Raum hinein, welcher radial zwischen den zweiten Planetenrädern 19 und der Rotationsachse 22 ausgebildet ist. Dabei sitzt zumindest ein Abschnitt der ersten Nabe 57 auf der Nabe 56 des zweiten Planetenträgers 25. Beide Naben 56 und 57 sind von der zweiten Verzahnungsebene V2 geschnitten.
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Das Lager, mit dem der Differenzialkorb 21 (zweiter Planetenträger) gemäß der Darstellung nach 1 an der dritten Lagerstelle L3 parksperrenseitig an dem Gehäuseabschnitt 16c um die Rotationsachse 22 rotierbar gelagert ist, ist als ein Wälzlager 60 in Form eines Kugellagers ausgeführt und in 2 abgebildet. Die Rasthalter 26 der Parksperre sind axial zwischen der Lagerstelle L3 (siehe 1), in dem mit 2 dargestellten Fall, axial zwischen dem Wälzlager 60 und der vierten Verzahnungsebene 4 am zweiten Planetenträger 25 um die Rotationsachse 22 verteilt ausgebildet.
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Bezugszeichen
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Antriebsmaschine
- 3
- Getriebe
- 4
- Differenzial
- 5
- Feststelleinrichtung
- 6
- Kupplung
- 7
- erster Ausgang
- 8
- erster Eingang
- 9
- zweiter Ausgang
- 10
- zweiter Eingang
- 11
- Planetentrieb
- 12
- Stufenplanetensatz
- 13
- erster Planetenträger
- 14
- erstes Sonnenrad
- 15
- Hohlrad
- 16
- Gehäuse
- 16a
- Gehäuseabschnitt
- 16b
- Gehäuseabschnitt
- 16c
- Gehäuseabschnitt
- 17
- Stufenplanet
- 18
- erstes Planetenrad
- 19
- zweites Planetenrad
- 20
- Rotorwelle
- 21
- Differenzialkorb
- 41
- Verzahnung des ersten Planetenrads
- 42
- Verzahnung des ersten Sonnenrads
- 43
- Verzahnung des zweiten Planetenrads
- 44
- inneren Verzahnung des Hohlrads
- 45
- Zapfen
- 46
- Verzahnung des ersten Ausgleichsplanetenrades
- 47
- Verzahnung des zweiten Sonnenrades
- 48
- Verzahnung des dritten Sonnenrades
- 49
- Wälzlager
- 50
- Wälzlager
- 51
- Abschnitt des Differenzialkorbs
- 52
- Abschnitt des ersten Planetenträgers
- 53
- Planetenbolzen
- 54
- Schaft des ersten Sonnenrades
- 55
- Innenring
- 56
- Nabe des zweiten Planetenträgers
- 57
- Nabe des ersten Planetenträgers
- 58
- erste Trägerwange des zweiten Planetenträgers
- 59
- erste Trägerwange des ersten Planetenträgers
- 60
- Wälzlager
- 61
- zweite Trägerwange des ersten Planetenträgers
- 62
- zweite Trägerwange des zweiten Planetenträgers
- 63
- Nabe der zweiten Trägerwange des zweiten Planetenträgers
- 22
- Rotationsachse
- 23
- erste Zähne
- 24
- zweite Zähne
- 25
- zweiter Planetenträger
- 26
- Rasthalter
- 27
- -
- 28
- -
- 29
- Sperrklinke
- 30
- Stirnraddifferenzial
- 31
- Zentralachse/Rotationsachse
- 32
- Eingangswelle/Sonnenwelle
- 33
- Ausgleichsplanetenrad
- 34
- Ausgleichsplanetenrad
- 35
- zweites Sonnenrad
- 36
- drittes Sonnenrad
- 37
- Abtriebswelle
- 38
- Abtriebswelle
- 39
- Lagerschild
- 40
- Innenverzahnung
- EM
- Elektromotor
- W1
- erste Wirkverbindung
- W2
- zweite Wirkverbindung
- L1
- Lagerstelle
- L2
- Lagerstelle
- L3
- Lagerstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013225519 A1 [0002]
