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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planetenradträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern innerhalb eines Planetengetriebes, wobei die Planetenräder sich innerhalb des Planetenradträgers rotatorisch um ein erstes Sonnenrad des Planetengetriebes bewegen, wobei der Planetenradträger eine erste radial verlaufende Stirnfläche und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche verlaufende zweite Stirnfläche aufweist, wobei in den Stirnflächen, Lagerstellen für die Planetenräder ausgebildet sind, wobei die Planetenräder drehbar mit jeweils einer Planetenradwelle verbunden sind, welche jeweils in einer der Lagerstellen aufgenommen sind.
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Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
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Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2010 048 837 A1 ist eine derartige Antriebsvorrichtung mit wenigstens einem Elektromotor und mindestens einem mit einem Rotor des Elektromotors antreibbaren Planetendifferenzial bekannt, wobei das Planetendifferenzial wenigstens einen Planententräger, der mit einem Rotor des Elektromotors wirkverbunden ist, erste Planetenräder und zweite Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind, sowie ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle des Planetendifferenzials wirkverbunden ist, aufweist. Dabei stehen die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad im Zahneingriff und steht jedes der zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad sowie mit einem der ersten Planetenräder im Zahneingriff. Ferner sind die Sonnenräder koaxial einer Rotationsachse des Rotors angeordnet.
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In der
DE 10 2016 216 802 A1 wird eine andere Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine beschrieben, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung, umfassend ein Wellgetriebe und ein Differentialgetriebe, wirkverbunden ist.
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Durch die hohen Umdrehungszahlen derartiger Planetengetriebe in Antriebssträngen von hybriden oder vollelektrischen Kraftfahrzeugen, kommt deren Kühlung und Schmierung eine besondere Bedeutung zu. Um Insbesondere die Wälzlagerung der Planetenräder ausreichend zu schmieren und kühlen ist es grundsätzlich bekannt, an den Lagerstellen der Planetenradwellen in dem Planetenradträger Ölsammler aus Kunststoff anzuordnen, welche dabei helfen sollen, Öl aus dem Nassraum hin zu den beanspruchten Lagerstellen zu leiten. Häufig kann hiermit jedoch nur eine unzureichende Schmierung aufgrund der problematischen Verwendung von Kunststoff-Ölsammlern in kleinen engen Räumen zwischen den Getriebekomponenten bereitgestellt werden.
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Daher ist es die Aufgabe der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu reduzieren oder vollständig zu beseitigen und einen hinsichtlich seiner Schmierung und hydraulischen Kühlung verbesserten Planetenradträger bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Planetenradträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern innerhalb eines Planetengetriebes, wobei die Planetenräder sich innerhalb des Planetenradträgers rotatorisch um ein erstes Sonnenrad des Planetengetriebes bewegen, wobei der Planetenradträger eine erste radial verlaufende Stirnfläche und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche verlaufende zweite Stirnfläche aufweist, wobei in den Stirnflächen, Lagerstellen für die Planetenräder ausgebildet sind, wobei die Planetenräder drehbar mit jeweils einer Planetenradwelle verbunden sind, welche jeweils in einer der Lagerstellen aufgenommen sind, wobei die Planetenradwelle eine sich in axialer Richtung in die Planetenradwelle hineinerstreckende Bohrung aufweist, in welche eine magnetisch aktuierbare Fluidpumpe mit einem Pumpeneingang und einem Pumpenausgang aufgenommen ist, welche mit einer Magnetvorrichtung derart zusammenwirkt, dass eine von der Magnetvorrichtung erzeugte magnetische Kraft einen Pumpenhub der Fluidpumpe erzeugt, so dass ein Fluid vom Pumpeneingang zum Pumpenausgang gefördert wird.
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Die in einer Planetenradwelle integrierten Fluidpumpe des Planetenträgers kann gleichmäßig schwer zugängliche Stellen im Planetenträger mit einem Fluid zur Kühlung und Schmierung versorgen, indem sie die Standardbewegung des Planetenträgers im Getriebe durch die Nutzung magnetischer Kräfte nutzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Magnetvorrichtung ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet ist.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Magnetvorrichtung gegenüber dem Planetenradträger feststehend oder drehbar angeordnet ist.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Planetenradträger drehbar und/oder drehfest ausgeführt ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Fluidpumpe ein mittels einer magnetischen Kraft linear versetzbaren Kolben aufweist. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Kolben entgegen der Richtung der magnetischen Kraft durch ein Federelement kraftbeaufschlagt ist.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Fluidpumpe ein erstes Ventil und ein zweites Ventil aufweist, wobei das erste Ventil in Förderrichtung der Fluidpumpe vor dem zweiten Ventil angeordnet ist, wobei das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil geöffnet ist, wenn keine magnetische Kraft durch die Magnetvorrichtung auf den Kolben einwirkt und das erste Ventil geöffnet und das zweite Ventil geschlossen ist, wenn eine magnetische Kraft durch die Magnetvorrichtung auf den Kolben einwirkt.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das zweite Ventil in dem Kolben angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das erste Ventil in der Bohrung fixiert ist und sich das Federelement an dem ersten Ventil abstützt.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Pumpenausgang als eine radial durch die Planetenradwelle verlaufende Bohrung ausgeführt ist, wobei im Bereich der Bohrung ein Wälzlager der Planetenradwelle angeordnet ist.
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Der erfindungsgemäße Planetenradträger kann insbesondere auch für ein Planetengetriebe, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden, umfassend einen Planetenradträger nach einem der Ansprüche 1-10.
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Der erfindungsgemäße Planetenradträger kann insbesondere auch verwendet werden in einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, und einer Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und der Rotor drehmomentübertragend an die Getriebeanordnung angebunden ist, wobei die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe umfasst mit einem ersten Sonnenrad und mehreren mit dem ersten Sonnenrad in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger drehbar gelagerten Planetenrädern, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, wobei der Planetenradträger nach einem der Ansprüche 1-10 ausgebildet ist.
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Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
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Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
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Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
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Die Getriebeanordnung kann ein Planetengetriebe und/oder ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 einen Planetenradträger in einer schematischen Frontalansicht,
- 2 einen Planetenradträger mit einer integrierten Fluidpumpe in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen jewqeils in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 3 eine Fluidpumpe in einer Planetenradwelle in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 4 eine Fluidpumpe in einer Planetenradwelle in einer schematischen perspektivischen Teil-Axialschnittansicht,
- 5 ein Planetengetriebe in einer schematischen Schaltdarstellung,
- 6 ein Kraftfahrzeug mit einem Planetengetriebe in einer schematischen Blockschaltansicht.
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Die 1 zeigt einen Planetenradträger 60 zur Aufnahme einer Mehrzahl von drehbar gelagerten Planetenrädern 70 innerhalb eines Planetengetriebes 40, wobei die Planetenräder 70 sich innerhalb des Planetenradträgers 60 rotatorisch um ein erstes Sonnenrad 50 des Planetengetriebes 40 bewegen, so wie es exemplarisch auch in der 5 skizziert ist.
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Der Planetenradträger 60 weist eine erste radial verlaufende Stirnfläche und eine zweite, axial beabstandete parallel zur ersten Stirnfläche 61 verlaufende zweite Stirnfläche 62 auf, wobei in den Stirnflächen 61,62 Lagerstellen 64 für die Planetenräder 70 ausgebildet sind. Dies wird insbesondere durch die Zusammenschau der 1-2 ersichtlich. Die Planetenräder 70 sind drehbar auf jeweils einer Planetenradwelle 71 angeordnet, welche jeweils in einer der Lagerstellen 64 aufgenommen sind.
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Wie es in den 3-4 gezeigt ist, besitzt die Planetenradwelle 11 eine sich in axialer Richtung in die Planetenradwelle 11 hineinerstreckende Bohrung 12, in welche eine magnetisch aktuierbare Fluidpumpe 13 mit einem Pumpeneingang 15 und einem Pumpenausgang 16 aufgenommen ist. Diese Fluidpumpe wirkt mit einer Magnetvorrichtung 14 derart zusammen, dass eine von der Magnetvorrichtung 14 erzeugte magnetische Kraft einen Pumpenhub der Fluidpumpe 13 erzeugt, so dass ein Fluid 17 vom Pumpeneingang 15 zum Pumpenausgang 16 gefördert wird. Dies wird anhand der Abbildungen der 2 nachstehend näher erläutert.
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Die Fluidpumpe 13 weist einen mittels einer magnetischen Kraft linear versetzbaren Kolben 18 auf, welcher hierzu entsprechend magnetisiert ist oder einen Permanentmagneten enthält, welcher mit der auf ihn einwirkenden Magentkraft gleichgepolt ist, so dass sich eine magnetische Abstoßungskraft ergibt, welche den Kolben 18 in die Bohrung 12 hinein versetzt. Der Kolben 18 ist entgegen der Richtung der magnetischen Kraft durch ein Federelement 19 kraftbeaufschlagt. In der 1a ist die Fluidpumpe 13 in einem Betriebszustand gezeigt, in welchem keine Magnetkraft der Magnetvorrichtung 14 auf den Kolben 18 ausgeübt wird, während die einen Betriebszustand zeigt, in dem die Magnetvorrichtung 14 eine Magnetkraft auf den Kolbe 18 ausübt.
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Was der 2 auch entnommen werden kann ist, dass die Fluidpumpe 13 ein erstes Ventil 20 und ein zweites Ventil 21 aufweist, wobei das erste Ventil 20 in Förderrichtung der Fluidpumpe 13 vor dem zweiten Ventil 21 angeordnet ist, wobei das erste Ventil 20 geschlossen und das zweite Ventil 21 geöffnet ist, wenn keine magnetische Kraft durch die Magnetvorrichtung 14 auf den Kolben 18 einwirkt (siehe und das erste Ventil 20 geöffnet und das zweite Ventil 21 geschlossen ist, wenn eine magnetische Kraft durch die Magnetvorrichtung 14 auf den Kolben 18 einwirkt (siehe . Das zweite Ventil 21 ist in dem Kolben 18 angeordnet.
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In der in der gezeigten Betriebsstellung ist die Magnetvorrichtung 14 nicht gegenüber dem Dauermagneten auf dem Kolben 18 magnetisch wirksam. Hierbei wird der Kolben 18 dann das als Zugfeder konfigurierte Federelement 19 in die Ausgangsposition zurückgezogen und durch den Öldruck, der des sich verkleinernden Volumens zwischen dem ersten Ventil 20 und dem zweiten Ventil 21, wird das zweite Ventil 21 geöffnet und das erste Ventil 20 geschlossen.
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In der in der gezeigten Betriebsstellung der Fluidpumpe 13 befindet sich die Magnetvorrichtung 14 gegenüber dem Dauermagneten auf dem Kolben 18, welcher dann durch die auf ihn einwirkende Magnetkraft in die Bohrung 12 hinein geschoben und das zweite Ventil 21 geschlossen, während das erste Ventil 20 geöffnet wird, wodurch das Fluid 17 von der Stirnseite 61 des Planetenradträger 60 her durch das erste Ventil 20 in den Raum zwischen dem ersten Ventil 20 und dem zweiten Ventil 21 gesaugt wird.
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Das erste Ventil 20 ist in der Bohrung 12 fixiert und das Federelement 19 stützt sich an dem ersten Ventil 20 ab. Der Pumpenausgang 16 ist als eine radial durch die Planetenradwelle 11 verlaufende Bohrung 22 ausgeführt, wobei im Bereich der Bohrung 22 ein Wälzlager 23 der Planetenradwelle 11 angeordnet ist, so dass dieses durch die Pumpwirkung der Fluidpumpe 13 mit dem Fluid 17 zur Schmierung und Kühlung versorgt wird.
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Die Magnetvorrichtung 14 kann ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein. Wie in der 1 gezeigt, kann die Magnetvorrichtung 14 als ein kreisringsegmentartiger magnetischer Streifen ausgeführt sein. Die Magnetvorrichtung 14 kann gegenüber dem Planetenradträger 60 feststehend oder drehbar angeordnet sein. Ebenso kann der Planetenradträger 60 drehbar und/oder drehfest ausgeführt werden. Entscheidend zur Erzeugung der Pumpwirkung durch die Fluidpumpe 13 ist, dass im Betrieb eine Relativbewegung zwischen der Magnetvorrichtung 14 und der Fluidpumpe 13 realisiert ist. Sollte dies nicht möglich sein, ist auch eine Ausführung mit einem Elektromagnet denkbar, welcher entsprechend der Hubfrequenz der Fluidpumpe 13 bestromt wird
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Der aus den 1-4 bekannte Planetenradträger 60 kann insbesondere in einem Planetengetriebe 40, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, verwendet werden, wie es beispielhaft in der 5 gezeigt ist.
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Ein derartiges Planetengetriebe 40 kann dann Verwendung finden in einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, umfassend eine elektrische Maschine 3 mit einem relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, und einer Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine 3 und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, und der Rotor drehmomentübertragend an die Getriebeanordnung angebunden ist, wobei die Getriebeanordnung ein Planetengetriebe 40 umfasst mit einem ersten Sonnenrad 50 und mehreren mit dem ersten Sonnenrad 50 in Eingriff stehenden und in einem Planetenradträger 60 drehbar gelagerten Planetenrädern 70, die sich rotatorisch um das erste Sonnenrad 50 bewegen, sowie ein koaxial zum ersten Sonnenrad 50 angeordnetes Hohlrad 80, wobei der Planetenradträger 60 wie in den 1-4 gezeigt ausgebildet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- elektrische Maschine
- 11
- Planetenradwelle
- 12
- Bohrung
- 13
- Fluidpumpe
- 14
- Magnetvorrichtung
- 15
- Pumpeneingang
- 16
- Pumpenausgang
- 17
- Fluid
- 18
- Kolben
- 19
- Federelement
- 20
- Ventil
- 21
- Ventil
- 22
- Bohrung
- 23
- Wälzlager
- 40
- Planetengetriebe
- 50
- Sonnenrad
- 60
- Planetenradträger
- 61
- Stirnfläche
- 62
- Stirnfläche
- 64
- Lagerstellen
- 70
- Planetenrädern
- 80
- Hohlrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010048837 A1 [0004]
- DE 102016216802 A1 [0005]
