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DE102018220444A1 - Getriebeanordnung für einen Hybridantriebsstrang mit Nebenaggregaten - Google Patents

Getriebeanordnung für einen Hybridantriebsstrang mit Nebenaggregaten Download PDF

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DE102018220444A1
DE102018220444A1 DE102018220444.6A DE102018220444A DE102018220444A1 DE 102018220444 A1 DE102018220444 A1 DE 102018220444A1 DE 102018220444 A DE102018220444 A DE 102018220444A DE 102018220444 A1 DE102018220444 A1 DE 102018220444A1
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transmission
coupling
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output shaft
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DE102018220444.6A
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Jens Gullasch
Marcel Bresk
Frank Balduf
Wassem Gerges
Christian Specht
Andreas Hegerath
Harald Schmitz
Martin Seufert
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Ford Transmissions De GmbH
Magna PT BV and Co KG
Original Assignee
Getrag Ford Transmissions GmbH
Magna PT BV and Co KG
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Abstract

Getriebeanordnung für einen Hybridantriebsstrang, mit einer Getriebeeingangswelle, die mit einer ersten Antriebsmaschine verbindbar ist und mit wenigstens einer Getriebeausgangswelle und einer Anbindung eines Nebenaggregats.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für einen Hybridantriebsstrang, mit einer Getriebeeingangswelle, die mit einer ersten Antriebsmaschine verbindbar ist und mit wenigstens einer Getriebeausgangswelle.
  • Hybridantriebsstränge für Kraftfahrzeuge sind in den letzten Jahren populär geworden. Hybridantriebsstränge können dabei auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden.
  • Parallele Hybridantriebsstränge sind dazu in der Lage, sowohl verbrennungsmotorische als auch elektromotorische Antriebsleistung auf einen Abtrieb zu übertragen.
  • Ferner sind Parallel-Hybridantriebsstränge mit Doppelkupplungsgetrieben bekannt, wobei eine elektrische Maschine an einen Eingang von einem der Teilgetriebe angeschlossen sein kann, oder mit einem Ausgang des Doppelkupplungsgetriebes verbunden sein kann.
  • Schließlich sind sogenannte leistungsverzweigende Hybridantriebsstränge bekannt, bei denen ein Überlagerungsgetriebe vorgesehen ist, welches zur Lastverteilung dient. Hierbei ist in der Regel ein Verbrennungsmotor mit einem Glied eines solchen Überlagerungsgetriebes verbunden. Eine elektrische Maschine, die hauptsächlich als Motor eingesetzt wird, ist mit einem weiteren Glied eines solchen Überlagerungsgetriebes verbunden. Ferner ist in vielen Fällen ein Generator mit einem weiteren Glied eines solchen Überlagerungsgetriebes verbunden.
  • Auch sind Hybridantriebsstränge mit mehreren derartigen Überlagerungsradsätzen bekannt.
  • Das Dokument DE 10 2010 030 567 A1 offenbart einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor und ein mehrstufiges Schaltgetriebe mit zwei Eingangswellen sowie einer gemeinsamen Ausgangswelle aufweist. Bei diesem Hybridantrieb ist vorgesehen, dass die beiden Eingangswellen koaxial und axial benachbart zueinander angeordnet sowie über eine Schaltkupplung unmittelbar miteinander koppelbar sind.
  • Die noch nicht veröffentlichte DE10 2018 211 759 zeigt eine Getriebeeingangswelle, die mit einer ersten Antriebsmaschine verbindbar ist, mit wenigstens einer Getriebeausgangswelle, mit wenigstens einem mittels einer Gangschaltkupplung schaltbaren Gangradsatz, der die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle verbindet, um eine Gangstufe einzurichten, mit einem Überlagerungsradsatz, der ein erstes Eingangsglied, ein zweites Eingangsglied und ein Ausgangsglied aufweist, und mit einem Maschinenglied, das mit einer zweiten Antriebsmaschine verbindbar ist, wobei das Maschinenglied mit einem Glied des Überlagerungsradsatzes verbunden ist, wobei die Getriebeeingangswelle über eine schaltbare Brückenkupplung mit einem weiteren Glied des Überlagerungsradsatzes verbunden ist, wobei zwei Glieder des Überlagerungsradsatzes mittels einer Blockierkupplung miteinander verbindbar sind, und wobei die Brückenkupplung und die Blockierkupplung in einer Koppel-Schaltkupplungsanordnung integriert sind.
  • Nebenabtriebe an Verbrennungsmotoren sind bekannt, so werden beispielsweise Wasserpumpe, Klimakompressor etc. über Riementrieb vom Verbrennungsmotor betrieben.
  • Ebenfalls bekannt sind eigenständig angetriebene Nebenaggregate wie beispielsweis ein elektrischer Klimakompressor oder elektrische Wasserpumpen.
  • In Hybridfahrzeugen läuft der Verbrennungsmotor nicht permanent. Würden die Nebenaggregate über einen Riemen- oder einen anderen Antrieb am Verbrennungsmotor versorgt, würden diese funktionieren, wenn der Verbrennungsmotor steht. In rein elektrischen Phasen der Fahrten müsste der Fahrer also auf diese Nebenaggregate verzichten.
  • In Hybridgetriebe sind diese daher häufig eigenständig elektrisch angetrieben, was aber durch den zusätzlichen elektrischen Motor auch zusätzliche Kosten verursacht.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Nebenabtrieb einem hybridisierten Getriebe und einem unabhängig von der Antriebsquelle drehenden Bauteil des Antriebsstranges zuzuordnen.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einer Getriebeanordnung für einen Hybridantriebsstrang, mit einer Getriebeeingangswelle, die mit einer ersten Antriebsmaschine verbindbar ist, wenigstens einer Getriebeausgangswelle, wobei ein Nebenaggregat direkt mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist.
  • Mit dieser Ausführungsform ist ein direkter Antrieb eines Nebenaggregats möglich.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird ein Nebenaggregat über ein Festrad der Getriebeausgangswelle angetrieben.
  • Vorteilhafterweise ist das Nebenaggregat mit einem Freilauf an der Getriebeausgangswelle angebunden.
  • Eine vorteilhafte Getriebeanordnung für einen Hybridantriebsstrang umfasst dabei:
    • - wenigstens einem mittels einer Gangschaltkupplung schaltbaren Gangradsatz, der die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle verbindet, um eine Gangstufe einzurichten,
    • - einem Überlagerungsradsatz, der ein erstes Eingangsglied, ein zweites Eingangsglied und ein Ausgangsglied aufweist, und
    • - einem Maschinenglied, das mit einer zweiten Antriebsmaschine verbindbar ist,
    • - wobei das Maschinenglied mit einem Glied des Überlagerungsradsatzes verbunden ist,
    • - wobei die Getriebeeingangswelle über eine schaltbare Brückenkupplung mit einem weiteren Glied des Überlagerungsradsatzes verbunden ist,
    • - wobei zwei Glieder des Überlagerungsradsatzes mittels einer Blockierkupplung miteinander verbindbar sind, und
    • - die Brückenkupplung und die Blockierkupplung in eine Koppel- Schaltkupplungsanordnung integriert sind oder als zwei getrennte Bauteile augeführt werden.
  • Diese Getriebeanordnung ermöglicht eine kompakte Realisierung eines Hybridantriebsstranges. Ferner ist bei vergleichsweise kurzer axialer Baulänge eine Vielzahl von Gangstufen und Betriebsmodi realisierbar.
  • Die Getriebeanordnung eignet sich insbesondere zum Einbau in einen Hybridantriebsstranges in Front-Quer-Bauweise.
  • Vorteilhafterweise ist das Ausgangsglied des Überlagerungsradsatzes über einen Koppelradsatz mit der Getriebeausgangswelle verbunden.
  • Vorteilhafterweise ist das Ausgangsglied des Überlagerungsradsatzes über einen Koppelradsatz mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist, wobei der Koppelradsatz ein erstes Losrad aufweist, das an einer Koppelwelle drehbar gelagert ist, die mit dem Ausgangsglied des Überlagerungsradsatzes fest verbunden ist, und/oder wobei der Koppelradsatz ein zweites Losrad aufweist, das an der Getriebeausgangswelle drehbar gelagert ist.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Anordnung,
    • 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges,
    • 3 eine Variante der 2.
  • 1 zeigt einen Antriebsstrang 10 mit den Blöcken bestehend aus einem Verbrennungsmotor 12 und einer elektrischen Maschine 16, die an eine Getriebeanordnung 18 angebunden sind. Die Getriebeanordnung enthält schematisch angedeutet eine Getriebeeingangswelle 26 und einen Getriebeausgangswelle 34.
  • Das Schema zeigt die unterschiedlichen Möglichkeiten auf, mit der ein Nebenaggregat an den Antriebsstrang gekoppelt werden kann. In einer ersten Möglichkeit wird ein Nebenabtrieb drehfest an die elektrischen Maschine 16 gekoppelt. In einem solchen Fall wird bei einem rein elektrischen Betrieb des Getriebes der Antrieb des Verbrennungsmotors 12 zum Beispiel mit einem Freilauf abgekoppelt. Während der Rückwärtsfahrt wird dagegen die elektrische Maschine abgekoppelt und der Nebenantrieb über einen Freilauf angekoppelt.
  • Eine weitere Option besteht darin, den Nebenabtrieb mit der Eingangswelle des Getriebes zu verbinden. Ein solcher Nebenantrieb für ein Nebenaggregat funktioniert allerdings nur bei Getriebeausführungen, bei denen auch bei reiner elektrischen Fahrt die Getriebeeingangswelle 26 dreht. Solche Lösungen sind aus dem Stand der Technik wie beispielsweise der DE 10 2016 218 361 A1 bekannt.
  • Mit der letzten Variante befasst sich die erfindungsgemäße Lösung. Dabei wird ein Nebenabtrieb drehfest an der Getriebeausgangswelle 34 angekoppelt. Das hat den Vorteil, dass der Nebenabtrieb beim Vorwärtsfahren immer angetrieben ist.
  • In 2 ist in schematischer Form ein beispielhafter Antriebsstrang 10 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, wobei die Ausführung mit einem Nebenabtrieb an der Getriebeausgangswelle 34 erfolgt.
  • Der Antriebsstrang 10 weist eine erste Antriebsmaschine in Form eines Verbrennungsmotors 12 auf. Der Verbrennungsmotor 12 kann mit einem Anlasser 14 verbunden sein. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10, der als Hybridantriebsstrang ausgebildet ist, eine zweite Antriebsmaschine 16 in Form einer elektrischen Maschine.
  • Der Antriebsstrang 10 weist ferner eine Getriebeanordnung 18 auf, die mit der ersten Antriebsmaschine 12 und mit der zweiten Antriebsmaschine 16 verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Getriebeanordnung 18 mit einem Differential 20 verbunden, mittels dessen Antriebsleistung auf angetriebene Räder 22L, 22R verteilbar ist.
  • Die Getriebeanordnung 18 weist eine Getriebeeingangswelle 26 auf. Ferner ist ein Eingangsglied 28 eines Massenschwungrades 32 mit einer Kurbelwelle der ersten Antriebsmaschine 12 verbunden. Ein Ausgangsglied 30 des Massenschwungrades 32 ist über eine Kupplung K0, die als Klauenkupplung ausgebildet sein kann, mit der Getriebeeingangswelle 26 verbunden.
  • Die erste Antriebsmaschine 12 ist koaxial zu der Getriebeeingangswelle 26 angeordnet. Sie könnte jedoch auch über eine Stirnradanordnung mit der Getriebeeingangswelle 26 verbunden sein.
  • Die Getriebeanordnung 18 weist ferner eine Getriebeausgangswelle 34 auf, die parallel versetzt zu der Getriebeeingangswelle 26 ausgerichtet ist.
  • An der Getriebeausgangswelle 34 ist ein Abtriebszahnrad 36 festgelegt, das mit einem Differentialzahnrad 38 in Eingriff steht, das mit einem Differentialkorb des Differentials 20 drehfest verbunden ist.
  • Die Getriebeeingangswelle 26 und die Getriebeausgangswelle 34 sind über einen ersten Gangradsatz 40 miteinander verbunden, der ein an der Getriebeeingangswelle 26 gelagertes Losrad 42 und ein mit der Getriebeausgangswelle 34 verbundenes Festrad 44 beinhaltet. Der erste Gangradsatz ist einer Vorwärtsgangstufe 1 zugeordnet, die die niedrigste Vorwärtsgangstufe der Getriebeanordnung 18 bildet.
  • Die Getriebeeingangswelle 26 ist ferner über einen zweiten Gangradsatz 46 mit der Getriebeausgangswelle 34 verbunden, wobei der zweite Gangradsatz 46 ein an der Getriebeeingangswelle 26 drehbar gelagertes Losrad 48 sowie ein Festrad 50 aufweist, das an der Getriebeausgangswelle 34 festgelegt ist.
  • Das Losrad 42 kämmt vorzugsweise mit dem Festrad 44. Das Losrad 48 kämmt vorzugsweise mit dem Festrad 50.
  • In axialer Richtung zwischen dem ersten Gangradsatz 40 und dem zweiten Gangradsatz 46 ist ein Schaltkupplungspaket K1 angeordnet, das zwei Schaltkupplungen beinhaltet. Mittels des Schaltkupplungspaketes K1 kann die Getriebeeingangswelle 26 alternativ über den ersten Gangradsatz 40 oder über den zweiten Gangradsatz 46 mit der Getriebeausgangswelle 34 verbunden werden.
  • Der Begriff der Verbindung soll vorliegend bedeuten, dass über diese Verbindung Antriebsleistung übertragen werden kann. Eine Verbindung kann folglich eine mögliche (beispielsweise über eine Schaltkupplung herstellbare) Verbindung sein, kann jedoch auch eine Verbindung sein, die beispielsweise die verbundenen Glieder in ein festes Drehzahlverhältnis setzt.
  • Bei geschlossener Antriebskupplung K0 kann ein verbrennungsmotorischer Betrieb mittels des ersten Gangradsatzes 40 eingerichtet werden, wobei die Vorwärtsgangstufe 1 eingelegt ist. Alternativ kann ein Fahrbetrieb mittels der ersten Antriebsmaschine 12 über die Kupplung K0 eingerichtet werden, bei dem der zweite Gangradsatz 46 in den Leistungsfluss geschaltet ist, um die Vorwärtsgangstufe 3 einzulegen.
  • An der Getriebeeingangswelle 26 ist eine Koppelwelle 54 drehbar gelagert, die als Hohlwelle um die Getriebeeingangswelle 26 herum ausgebildet ist.
  • Die Getriebeeingangswelle 26 ist über eine Brückenkupplung mit der Koppelwelle 54 verbindbar.
  • An der Koppelwelle 54 ist ein erstes Losrad 58 eines Koppelradsatzes 56 drehbar gelagert. Der Koppelradsatz 56 weist ferner ein zweites Losrad 50 auf, das drehbar an der Getriebeausgangswelle 34 gelagert ist.
  • Das erste Losrad 58 ist mittels einer Blockierkupplung BL mit der Koppelwelle 54 verbindbar. Das zweite Losrad 60 ist mittels einer Schaltkupplung K2 mit der Getriebeausgangswelle 34 verbindbar.
  • Die Brückenkupplung BR und die Blockierkupplung BL sind in einer Koppel-Schaltkupplungsanordnung K4 integriert, die drei Schaltstellungen besitzt und mittels eines einzelnen Betätigungsgliedes wie eine einzelnen Schaltmuffe betätigbar ist.
  • In einer alternativen Ausführungsform nach 3 sind die Kupplungen zweiteilig als K4a und K4b ausgebildet und nicht in einer Anordnung integriert.
  • In einer ersten Schaltstellung K4(L) ist die Blockierkupplung BL geschlossen und die Brückenkupplung BR ist geöffnet.
  • In einer axial gegenüberliegenden Schaltstellung K4(R) ist die Brückenkupplung BR geschlossen und die Blockierkupplung BL ist geöffnet.
  • Ferner kann mit der Koppel-Schaltkupplungsanordnung K4 eine mittlere Schaltstellung K4(M) eingerichtet werden. In der mittleren Schaltstellung K4(M) sind sowohl die Blockierkupplung BL als auch die Brückenkupplung BR geschlossen.
  • Die Koppel-Schaltkupplungsanordnung K4 ist koaxial zu der Getriebeeingangswelle 26 angeordnet. Die Schaltkupplung K2 ist koaxial zu der Getriebeausgangswelle 34 angeordnet.
  • Die Koppel-Schaltkupplungsanordnung K4 und die Schaltkupplung K2 sind axial miteinander ausgerichtet. Sie liegen beide in axialer Richtung zwischen dem zweiten Gangradsatz 46 und dem Koppelradsatz 56.
  • Die Getriebeanordnung 18 beinhaltet ferner einen Überlagerungsradsatz 64.
  • Der Überlagerungsradsatz 64 weist ein erstes Eingangsglied 66 in Form eines Hohlrades auf. Das erste Eingangsglied 66 ist mit einem Maschinenglied 68 verbunden, das als Hohlwellenabschnitt um die Getriebeeingangswelle 26 herum ausgebildet ist und drehbar in Bezug auf die Getriebeeingangswelle 26 ist.
  • Das Maschinenglied 68 ist über einen Maschinenradsatz 70 mit der zweiten Antriebsmaschine 16 verbunden. Der Maschinenradsatz 70 weist ein erstes Zahnrad 72 auf, das drehfest mit dem Maschinenglied 68 verbunden ist, und zwar koaxial hierzu. Ferner beinhaltet der Maschinenradsatz 70 ein zweites Zahnrad 74, das mit dem ersten Zahnrad 72 in Eingriff steht. Das zweite Zahnrad 74 steht mit einem Antriebsritzel 76 der zweiten Antriebsmaschine 16 in Eingriff.
  • Das zweite Zahnrad 74 ist drehbar an einer Zwischenwelle 78 gelagert, die koaxial versetzt zu der Getriebeeingangswelle 26 und vorzugsweise auch koaxial versetzt zu der Getriebeausgangswelle 34 ausgerichtet ist.
  • Die zweite Antriebsmaschine 16 weist eine Maschinenwelle 80 auf, die koaxial zu dem Antriebsritzel 76 ausgerichtet und drehfest hiermit verbunden ist. Die Maschinenwelle 80 ist parallel versetzt sowohl zu der Getriebeeingangswelle 26 als auch zu der Getriebeausgangswelle 34.
  • Das Maschinenglied 68 ist auf einer axialen Seite des Überlagerungsradsatzes 64 mit dem ersten Eingangsglied 66 verbunden, die dem Koppelradsatz 56 gegenüberliegt. Mit anderen Worten ist der Überlagerungsradsatz 64 in axialer Richtung zwischen dem Koppelradsatz 56 und dem Maschinenradsatz 70 angeordnet.
  • Der Überlagerungsradsatz 64 weist ferner ein zweites Eingangsglied 82 auf, das vorliegend durch das Sonnenrad gebildet ist. Das zweite Eingangsglied 82 ist drehfest mit der Koppelwelle 54 verbunden.
  • Der Überlagerungsradsatz 64 weist ferner ein Ausgangsglied 84 auf, das vorliegend als Planetenträger ausgebildet ist. Der Planetenträger ist drehfest mit dem ersten Losrad 58 des Koppelradsatzes 56 verbunden.
  • Das Nebenaggregat 90 ist in einer Ausführungsform mit der Getriebeausgangswelle 34 über das Festrad 50 des zweiten Gangradsatzes 46 oder - nicht dargestellt - über das Festrad 44 der ersten Gangstufe 40 verbunden.
  • Das Nebenaggregat 90' ist alternativ oder zusätzlich direkt an die Getriebeausgangswelle 34 angebunden.
  • Der Nebenabtrieb der Nebenaggregate kann als Riemen, Kette oder ähnliches ausgeführt sein. Soll nur ein einzelnes Nebenaggregat 90 gekoppelt werden, ist auch eine direkte Kopplung über ein Zahnrad oder einen Direktverzahnung oder Direktverspannung an der Getriebeausgangswelle denkbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010030567 A1 [0007]
    • DE 102018211759 [0008]
    • DE 102016218361 A1 [0026]

Claims (6)

  1. Getriebeanordnung (18) für einen Hybridantriebsstrang (10), mit: - einer Getriebeeingangswelle (26), die mit einer ersten Antriebsmaschine (12) verbindbar ist, - wenigstens einer Getriebeausgangswelle (34), dadurch gekennzeichnet, dass ein Nebenaggregat (90') direkt mit der Getriebeausgangswelle (34) verbunden ist.
  2. Getriebeanordnung (18) für einen Hybridantriebsstrang (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein Nebenaggregat (90) über ein Festrad der Getriebeausgangswelle (34) verbunden ist.
  3. Getriebeanordnung (18) für einen Hybridantriebsstrang (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat mit einem Freilauf an der Getriebeausgangswelle angebunden ist.
  4. Getriebeanordnung (18) für einen Hybridantriebsstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantriebsstrang aufweist: - wenigstens einem mittels einer Gangschaltkupplung schaltbaren Gangradsatz (40, 46), der die Getriebeeingangswelle (26) und die Getriebeausgangswelle (34) verbindet, um eine Gangstufe (1, 3) einzurichten, - einem Überlagerungsradsatz (64), der ein erstes Eingangsglied (66), ein zweites Eingangsglied (82) und ein Ausgangsglied (84) aufweist, und - einem Maschinenglied (68), das mit einer zweiten Antriebsmaschine (16) verbindbar ist, - wobei das Maschinenglied (68) mit einem Glied (66) des Überlagerungsradsatzes (64) verbunden ist, - wobei die Getriebeeingangswelle (26) über eine schaltbare Brückenkupplung mit einem weiteren Glied des Überlagerungsradsatzes (64) verbunden ist, - wobei zwei Glieder (82, 84) des Überlagerungsradsatzes (64) mittels einer Blockierkupplung miteinander verbindbar sind, und - die Brückenkupplung und die Blockierkupplung in eine mindestens einteilige Koppel-Schaltkupplungsanordnung (K4) integriert sind.
  5. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Ausgangsglied (84) des Überlagerungsradsatzes (64) über einen Koppelradsatz (56) mit der Getriebeausgangswelle (34) verbunden ist.
  6. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-5 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei das Ausgangsglied (84) des Überlagerungsradsatzes (64) über einen Koppelradsatz (56) mit der Getriebeausgangswelle (34) verbunden ist, und - wobei der Koppelradsatz (56) ein erstes Losrad (58) aufweist, das an einer Koppelwelle (54) drehbar gelagert ist, die mit dem Ausgangsglied (84) des Überlagerungsradsatzes (64) fest verbunden ist, und/oder - wobei der Koppelradsatz (56) ein zweites Losrad (60) aufweist, das an der Getriebeausgangswelle (34) drehbar gelagert ist.
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