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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Fahrzeug mit Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
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Antriebsanordnungen in Form von elektrischen Achsantrieben für ein Kraftfahrzeug sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die meisten dieser Achsantriebe sind eingängig. Allerdings sind auch zweigängige Achsantriebe aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart bspw.
DE 10 2015 110 839 A1 einen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug, wobei dieser eine Getriebeanordnung mit zwei Gängen aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
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Erfindungsgemäß wird eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine elektrische Maschine mit einer Antriebswelle. Auf der Antriebswelle ist ein erstes Ritzel drehfest angeordnet. Die Antriebsanordnung umfasst weiter eine Kupplung mit einem zweiten Ritzel. Das zweite Ritzel ist drehfest mit der Kupplung gekoppelt, wobei die Kupplung mit der Antriebswelle derart kuppelbar ausgebildet ist, dass das zweite Ritzel mittels der Antriebswelle antreibbar ist oder angetrieben werden kann. Die Antriebsanordnung umfasst weiter eine Zwischenwelle mit einem ersten Zahnrad und einem dritten Ritzel. Das erste Zahnrad ist drehfest an der Zwischenwelle angeordnet und kämmt mit dem ersten Ritzel. Das dritte Ritzel ist mittels eines Freilaufs derart mit der Zwischenwelle gekoppelt, dass das dritte Ritzel mittels der Zwischenwelle antreibbar ist oder angetrieben werden kann. Das dritte Ritzel kämmt mit dem zweiten Ritzel. Die Antriebsanordnung umfasst weiter ein Differential mit einem zweiten Zahnrad. Das zweite Zahnrad ist drehfest mit dem Differential gekoppelt und kämmt mit dem dritten Ritzel.
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Das zweite Zahnrad kann drehfest an dem Differential angeordnet sein. Die Kupplung kann eine schaltbare Kupplung sein. Die Kupplung kann so eingerichtet sein, dass sie im eingekuppelten Zustand drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und im ausgekuppelten Zustand nicht mit der Antriebswelle drehfest verbunden ist. Mit anderen Worten, im ausgekuppelten Zustand sind die Antriebswelle und die Kupplung relativ zueinander drehbar.
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Vorliegend liegt ein ausgekuppelter (entkoppelter) Zustand der Kupplung bei einer offenen Kupplung vor. Vorliegend liegt ein eingekuppelter (gekoppelter) Zustand bei einer geschlossenen Kupplung vor.
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Die elektrische Maschine kann mit der Antriebswelle gekoppelt sein. Die elektrische Maschine kann insbesondere zumindest teilweise direkt auf der Antriebswelle angeordnet sein. Die Antriebswelle kann mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden.
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In der elektrischen Maschine können zudem ein Stator und ein mit der Antriebswelle gekoppelter Rotor angeordnet sein, der Rotorkomponenten, bspw. ein Blechpaket mit Wicklungen, aufweist.
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So kann auf eine konstruktiv einfache Art und Weise eine Antriebsanordnung mit zwei Gängen realisiert werden. Dabei kann die Zwischenwelle insbesondere in einem ersten Gang als Übersetzung genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenwelle insbesondere in einem zweiten Gang mit den auf der Zwischenwelle angeordneten Elementen als Räderkette genutzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der Freilauf als ein Freilauf mit einer Klauenkupplung ausgebildet sein, mittels dem die Zwischenwelle und das dritte Ritzel drehfest koppelbar sind oder gekoppelt werden können. Wird die Klauenkupplung geschlossen (z. B. im ersten Gang bei offener Kupplung mit dem zweiten Ritzel), so kann eine insbesondere in beide Richtungen drehfeste Verbindung zwischen der Zwischenwelle und dem Differential hergestellt werden.
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Bei geschlossener Klauenkupplung kann so der Freilauf überbrückt werden und ein Drehmoment in umgekehrter Richtung (also zur elektrischen Maschine hin) übertragen werden. Auf diese Art und Weise kann ein Rekuperationsprozess realisiert werden.
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Es kann mindestens eine Abtriebswelle mit dem Differential gekoppelt sein. Die mindestens eine Abtriebswelle kann mittels des Differentials antreibbar sein oder angetrieben werden. Insbesondere können zwei Abtriebswellen mit dem Differential gekoppelt sein und mittels des Differentials antreibbar sein oder angetrieben werden. Die Abtriebswellen können jeweils ein Rad eines Fahrzeugs antreiben.
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So kann mittels des Freilaufs mit der Klauenkupplung (z. B. im ersten Gang bei offener Kupplung mit dem zweiten Ritzel) ein Drehmoment von den Rädern über das Differential und die Zwischenwelle auf die elektrische Maschine übertragen werden. So kann die elektrische Maschine angetrieben werden und ein Rekuperationsprozess realisiert werden.
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Die Antriebswelle, die Zwischenwelle und/oder die mindestens eine Abtriebswelle können nebeneinander, insbesondere parallel zueinander, angeordnet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann auf der Zwischenwelle ausschließlich das erste Zahnrad und das mittels des Freilaufs mit der Zwischenwelle gekoppelte dritte Ritzel angeordnet sein. Mit anderen Worten, vorzugsweise sind auf der Zwischenwelle nur das erste Zahnrad und das mittels des Freilaufs mit der Zwischenwelle gekoppelte dritte Ritzel angeordnet. Die Zwischenwelle weist insbesondere keine weiteren, dem Antrieb dienenden, Elemente auf.
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Mit solchen Elementen sind bspw. weitere Zahnräder und/oder Ritzel gemeint. Nicht gemeint sind damit Elemente, die nicht dem Antrieb dienen, wie bspw. Drehzahlsensoren und/oder Wälzlager zur Lagerung der Zwischenwelle.
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Insbesondere kann auf der Zwischenwelle ein Parksperrenrad für eine Parksperre angeordnet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das erste Zahnrad einen größeren Durchmesser aufweisen als das dritte Ritzel. Da sowohl das erste Zahnrad als auch das dritte Ritzel auf der Zwischenwelle angeordnet sind, kann damit eine entsprechende Übersetzung erreicht werden. Gemäß einer Weiterbildung kann die Kupplung eine kraftschlüssig wirkende Kupplung sein. Die Kupplung kann insbesondere als eine reibschlüssig wirkende Kupplung ausgebildet sein. Durch einfaches Schalten der Kupplung kann demnach die kraftschlüssige (bzw. reibschlüssige) Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Zwischenwelle im zweiten Gang hergestellt bzw. getrennt werden. Mit anderen Worten, durch das Schalten der Kupplung kann zwischen dem ersten und dem zweiten Gang der Antriebsanordnung gewechselt werden. Der Vorteil der kraftschlüssigen Kupplung ist insbesondere die Möglichkeit einer Lastschaltung, d.h. einer kontinuierlichen Übertragung von Drehmoment, auch während eines Schaltvorgangs.
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Gemäß einer Weiterbildung kann ein erster Gang der Antriebsanordnung realisiert werden, indem das erste Ritzel der Antriebswelle das erste Zahnrad der Zwischenwelle antreibt und die Zwischenwelle mittels des Freilaufs und des dritten Ritzels das zweite Zahnrad antreibt. Das zweite Zahnrad treibt dabei insbesondere das Differential an. Das Differential kann die mindestens eine mit dem Differential gekoppelte Abtriebswelle antreiben.
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Dabei kann der Durchmesser des ersten Zahnrades größer sein als der Durchmesser des ersten Ritzels. So kann die relativ hohe Drehzahl der Antriebswelle beim Antreiben der Zwischenwelle reduziert werden. Mit anderen Worten, die Zwischenwelle dreht sich insbesondere langsamer als die Antriebswelle.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Kupplung im ersten Gang mit der Antriebswelle ausgekuppelt sein. Mit anderen Worten, die Kupplung kann im ersten Gang von der Antriebswelle entkoppelt sein. Insbesondere wird im ersten Gang das zweite Ritzel durch Antriebswelle nicht angetrieben.
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Gemäß einer Weiterbildung kann ein zweiter Gang der Antriebsanordnung realisiert werden, indem die Kupplung mit der Antriebswelle eingekuppelt wird. Dabei kann das zweite Ritzel das dritte Ritzel antreiben und das dritte Ritzel kann das zweite Zahnrad antreiben. Mit anderen Worten, die Kupplung kann im zweiten Gang mit der Antriebswelle gekoppelt sein. Insbesondere wird im zweiten Gang das zweite Ritzel durch Antriebswelle angetrieben.
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Das Einkuppeln/Auskuppeln der Kupplung entspricht dem Schießen/Öffnen der Kupplung.
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Gemäß einer Weiterbildung kann im zweiten Gang das dritte Ritzel den Freilauf überholen. Mit anderen Worten, das zweite Ritzel kann sich im zweiten Gang schneller drehen als die Zwischenwelle. Durch die Kopplung zwischen dem zweiten Ritzel und dem dritten Ritzel kann sich auch das dritte Ritzel im zweiten Gang schneller drehen als die Zwischenwelle. Die Zwischenwelle kann so im zweiten Gang mittels des Freilaufs entkoppelt bzw. überbrückt werden.
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Insbesondere können das zweite Ritzel, das dritte Ritzel und das zweite Zahnrad des Differenzials eine Räderkette darstellen. Dabei kann die Übersetzung der Räderkette direkt aus dem Durchmesserverhältnis zwischen dem Durchmesser des zweiten Ritzels und dem Durchmesser des zweiten Zahnrades bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebsanordnung gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Antriebsanordnung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung des Fahrzeugs können die im Zusammenhang mit der Antriebsanordnung beschriebenen Maßnahmen dienen.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung;
- 2 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung gemäß 1 im ersten Gang;
- 3 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung gemäß 1 im zweiten Gang und
- 4 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Die Antriebsanordnung trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Antriebsanordnung 10 kann bspw. als E-Achse ausgebildet sein oder Bestandteil einer E-Achse bilden.
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Die Antriebsanordnung 10 weist eine elektrische Maschine 12 mit einer Antriebswelle 14 auf. In der elektrischen Maschine 12 können zudem ein Stator und ein mit der Antriebswelle 14 gekoppelter Rotor angeordnet sein, der Rotorkomponenten, bspw. ein Blechpaket mit Wicklungen, aufweist (nicht dargestellt).
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An der Antriebswelle 14 ist ein erstes Ritzel 16 drehfest angeordnet. Die Antriebswelle 14 ist zudem mit einer Kupplung 18 kuppelbar ausgebildet. Die Kupplung 18 weist ein zweites Ritzel 20 auf, wobei das zweite Ritzel 20 drehfest mit der Kupplung 18 gekoppelt ist. Vorliegend ist das zweite Ritzel 20 drehfest an der Kupplung 18 angeordnet. Wird die Kupplung 18 mit der Antriebswelle 14 gekuppelt, so wird das zweite Ritzel 20 mittels der Antriebswelle 14 angetrieben.
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Durch das Schalten der Kupplung, also das Koppeln der Kupplung 18 an die Antriebswelle 14 bzw. das Entkoppeln der Kupplung 18 von der Antriebswelle 14, kann zwischen einem ersten und einem zweiten Gang der Antriebsanordnung 10 geschalten werden. Mit anderen Worten, durch das Öffnen/Schließen der Kupplung kann zwischen dem ersten und dem zweiten Gang der Antriebsanordnung 10 geschalten werden (siehe Erläuterung weiter unten).
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Die Antriebsanordnung 10 weist weiter eine Zwischenwelle 22 mit einem ersten Zahnrad 24 und einem dritten Ritzel 26 auf. Das erste Zahnrad 24 ist dabei drehfest an der Zwischenwelle 22 angeordnet und kämmt mit dem ersten Ritzel 16 der Antriebswelle 14.
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Das dritte Ritzel 26 ist mittels eines Freilaufs 28 mit der Zwischenwelle 22 gekoppelt. Dadurch kann das dritte Ritzel 26 mittels der Zwischenwelle 22 angetrieben werden. Das dritte Ritzel 26 kämmt mit dem zweiten Ritzel 20.
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Auf der Zwischenwelle 22 sind vorliegend keine weiteren, dem Antrieb dienenden, Elemente angeordnet. Mit solchen Elementen sind bspw. weitere Zahnräder und/oder Ritzel gemeint. Nicht gemeint sind damit Elemente, die nicht dem Antrieb dienen, wie bspw. Drehzahlsensoren und/oder Wälzlager zur Lagerung der Zwischenwelle 22. So kann beispielsweise ein Parksperrenrad für eine Parksperre (dient nicht dem Antrieb) auf der Zwischenwelle 22 vorgesehen sein.
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Die Antriebsanordnung 10 weist weiter ein Differential 30 mit einem zweiten Zahnrad 32 auf. Dabei ist das zweite Zahnrad 32 drehfest mit dem Differenzial 30 gekoppelt. Vorliegend ist das zweite Zahnrad 32 drehfest an dem Differenzial 30 angeordnet. Das zweite Zahnrad 32 kämmt mit dem dritten Ritzel 26.
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Vorliegend weist die Antriebsanordnung 10 zwei Abtriebswellen 34 auf. Diese sind jeweils mit dem Differenzial 30 gekoppelt. Die beiden Abtriebswellen 34 können mittels des Differenzials 30 angetrieben werden. Jede Abtriebswelle 34 treibt an einem dem Differenzial 30 abgewandten Ende ein Rad 35 bspw. eines Fahrzeugs an (nicht gezeigt).
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Die beiden Abtriebswellen 34 sind entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet. Vorliegend sind die Antriebswelle 14, die Zwischenwelle 22 und die beiden entlang einer gemeinsamen Achse angeordneten Abtriebswellen 34 nebeneinander und insbesondere parallel zueinander angeordnet.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung 10 gemäß 1 im ersten Gang. Dabei ist der Weg der Drehmomentübertragung entlang der Antriebsanordnung 10 mittels einer dicken, gestrichelten Linie angedeutet.
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Die elektrische Maschine 12 treibt die Antriebswelle 14 an. Diese überträgt die relativ schnelle Drehbewegung der Antriebswelle 14 über das erste Ritzel 16 an das erste Zahnrad 24 der Zwischenwelle 22. Mit anderen Worten die relativ schnelle Drehbewegung der Antriebswelle 14 wird reduziert, so dass sich die Zwischenwelle 22 langsamer dreht als die Antriebswelle 14. Die Übersetzung im ersten Gang ist abhängig von dem Durchmesserverhältnis zwischen dem Durchmesser des ersten Ritzels 16 und dem Durchmesser des ersten Zahnrads 24.
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Die Drehbewegung der Zwischenwelle 22 wird über den Freilauf 28 und das dritte Ritzel 26 auf das zweite Zahnrad 32 und somit das Differenzial 30 übertragen. Das Differenzial 30 treibt die beiden Abtriebswellen 34 an, die wiederum jeweils das Rad 35 antreiben.
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Die Übersetzung im ersten Gang ist weiter abhängig von dem Durchmesserverhältniszwischen dem Durchmesser des dritten Ritzels 26 und dem Durchmesser des zweiten Zahnrads 32. Vorliegend ist der Durchmesser des ersten Zahnrades 24 größer als der Durchmesser des dritten Ritzels 26.
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Damit kann die Übersetzung im ersten Gang mit der folgenden Formel berechnet werden:
wobei D_32 der Durchmesser des zweiten Zahnrads 32, D_26 der Durchmesser des dritten Ritzels 26, D_24 der Durchmesser des ersten Zahnrads 24 und D_16 der Durchmesser des ersten Ritzels 16 ist.
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In dem dargestellten ersten Gang ist die Kupplung 18 mit der Antriebswelle 14 entkoppelt. Mit anderen Worten, die Kupplung 18 ist offen und die Drehbewegung der Antriebswelle 14 wird nicht auf die Kupplung 18 und somit auch nicht auf das an der Kupplung 18 angeordnete zweite Ritzel 20 übertragen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung 10 gemäß 1 im zweiten Gang. Analog zu 2 ist der Weg der Drehmomentübertragung entlang der Antriebsanordnung 10 mittels einer dicken, gestrichelten Linie angedeutet.
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Durch ein Schließen der Kupplung 18 kann vom ersten Gang in den zweiten Gang geschaltet werden. Beim Schließen der Kupplung 18 wird eine kraftschlüssige (reibschlüssige) Verbindung zwischen der Kupplung 18 und der Antriebswelle 14 hergestellt. Durch diese Kopplung wird das an der Kupplung 18 angeordnete zweite Ritzel 20 mittels der Antriebswelle 14 angetrieben.
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Das zweite Ritzel 20 treibt das dritte Ritzel 26 an. Die relativ schnelle Drehbewegung der Antriebswelle 14 wird so an das dritte Ritzel 26 übertragen.
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Dabei sind die Durchmesser des ersten Ritzels 16, des zweiten Ritzels 20, des dritten Ritzels 26 und/oder des ersten Zahnrades 24 so gewählt, dass bei geschlossener Kupplung 18 das dritte Ritzel 26 den Freilauf 28 überholt. Mit anderen Worten, im zweiten Gang dreht sich das dritte Ritzel 26 schneller als die Zwischenwelle 22.
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Das dritte Ritzel 26 treibt das zweite Zahnrad 32 an, das das Differential 30 antreibt. Das Differenzial 30 treibt die beiden Abtriebswellen 34 an, die wiederum jeweils das Rad 35 antreiben.
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Die relativ schnelle Drehbewegung des zweiten Ritzels 20 wird über das dritte Ritzel 26 an das zweite Zahnrad 32 übertragen. Die Übersetzung im zweiten Gang kann aus dem Durchmesserverhältnis zwischen dem Durchmesser des zweiten Ritzels 20 und dem Durchmesser des zweiten Zahnrads 32 bestimmt werden. Die Übersetzung im zweiten Gang ist dabei unabhängig von dem Durchmesser des dritten Ritzels 26, da das dritte Ritzel 26 die Drehbewegung des zweiten Ritzels 20 direkt an das zweite Zahnrad 32 überträgt.
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Damit kann die Übersetzung im zweiten Gang mit der folgenden Formel berechnet werden:
wobei D_32 der Durchmesser des zweiten Zahnrads 32 und D_20 der Durchmesser des zweiten Ritzels 20 ist.
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Im zweiten Gang stellen das zweite Ritzel 20, das dritte Ritzel 26 und das zweite Zahnrad 32 eine Räderkette dar. Im zweiten Gang wird das Differenzial 30 und die damit gekoppelten Abtriebsachsen 34 mittels dieser Räderkette angetrieben.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem oben beschriebenen dadurch, dass der Freilauf 28 in Form eines Freilaufs mit einer Klauenkupplung 29 ausgebildet ist. Damit kann eine drehfeste Verbindung zwischen der Zwischenwelle 22 und dem dritten Ritzel 26 realisiert werden. Mit anderen Worten, durch das Schließen der Klauenkupplung 29 wird das dritte Ritzel 26 mit der Zwischenwelle 22 drehfest gekoppelt.
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So kann ein Drehmoment nicht nur von der elektrischen Maschine 12 an die Räder 35 übertragen werden, sondern auch von den Rädern 35 an die elektrische Maschine 12. Damit kann ein Rekuperationsvorgang, bei dem die elektrische Maschine 12 angetrieben wird, realisiert werden.
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Es ist denkbar, dass zusätzlich oder alternativ der Freilauf mit der Klauenkupplung an einem der anderen oben beschriebenen Räder und/oder Ritzel angeordnet sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015110839 A1 [0002]
