DE10115127B4 - Getriebe - Google Patents
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Abstract
Getriebe in Mehrgruppenbauweise mit einer Antriebswelle (6), einer Abtriebswelle (8) und mindestens einer Vorgelegewelle (10), das eine Hauptgruppe (2) und eine Splitgruppe (3) aufweist, die eine Vielzahl von losen und fest angeordneten Zahnrädern für die Gangradpaare der einzelnen Gänge und entsprechende Schaltelemente (14, 16, 18) auf den Wellen des Getriebes umfassen, wobei die Verbindung der Hauptgruppe (2) und der Splitgruppe (3) durch eine einzige durchgehende Welle (4) gegeben ist, auf der die ersten Zahnräder (1-1, 2-1, 3-1, L-1, H-1) der Gangradpaare der Hauptgruppe (2) und der Gangradpaare der Splitgruppe (3) und die Schaltelemente (14, 16, 18) angeordnet sind, wobei die zweiten Zahnräder (1-2, 2-2, 3-2, L-2, H-2) der Gangradpaare der Hauptgruppe (2) auf der Vorgelegewelle (10) und der Gangradpaare der Splitgruppe (3) drehfest auf einer von der Vorgelegewelle (10) getrennten Splitvorgelegewelle (12) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Splitvorgelegewelle (12) als Hohlwelle ausgebildet ist, die auf der Vorgelegewelle (10) der...
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe, insbesondere auf ein Getriebe in Mehrgruppenbauweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie auf ein Verfahren zum Schalten des Getriebes.
- Bei Nutzkraftfahrzeugen der mittleren Klasse bis ca. 30 t Gesamtgewicht und 1 000 Nm Motordrehmoment werden meist manuell geschaltete 6-Gang-Getriebe in Eingruppenbauweise eingesetzt. Diese umfassen im wesentlichen eine Antriebswelle, neben der koaxial eine Hauptwelle angeordnet ist, die gleichzeitig mit dem Abtrieb verbunden ist. Parallel zur Hauptwelle ist eine Vorgelegewelle angeordnet, die von der Antriebswelle aus über ein Konstantradpaar mit einer konstanten Drehzahl angetrieben wird. Ferner sind auf der Haupt- und Vorgelegewelle die einzelnen Zahnräder der Gangradpaare angeordnet.
- Derartige Getriebe weisen u. a. durch die Länge der Wellen und das Gesamtgewicht des Getriebes hohe Schaltkräfte auf. Durch zusätzliche Synchronisierungen im Getriebe wird die Anzahl der Bauteile und das Gesamtgewicht weiter erhöht. Außerdem entsteht bei langen Wellen eine starke Wellendurchbiegung und damit verbunden ein starker Verschleiß des Getriebes.
- Häufig werden für Nutzkraftfahrzeuge auch Getriebe in Mehrgruppenbauweise verwendet, insbesondere bei Getrieben mit mehr als acht Gängen. Aufgrund der bereits genannten Nachteile kann die Anzahl der Gangradpaare nicht beliebig ausgeweitet werden. Bei Getrieben in Mehrgruppenbauweise wird dieses Problem durch die Aufteilung des Getriebes in ein Hauptgetriebe und zusätzliche Einzelgetriebe gelöst. Ferner können durch die Kombination eines Hauptgetriebes, der Hauptgruppe, mit weiteren Einzelgetrieben herkömmliche in großen Stückzahlen gefertigte Getriebetypen, wie das beschriebene 6-Gang-Getriebe, den Anforderungen von Nutzkraftfahrzeugen weiter angepasst werden.
- Eine Form eines solchen Einzelgetriebes ist ein Splitgetriebe, eine sogenannte Splitgruppe, die zur Verdichtung der Gangfolge des Hauptgetriebes dient. Bei einem Mehrgruppengetriebe mit Haupt- und Splitgruppe multipliziert sich die Anzahl der Gänge der Hauptgruppe um die Zahl der Gangstufen der Splitgruppe. In der Regel weist eine Splitgruppe zwei Gangradpaare auf, dadurch können der Hauptgruppe zwei unterschiedliche Antrieb- bzw. Abtriebskonstanten zur Übertragung der Drehzahl auf die Abtriebswelle zur Verfügung gestellt werden, je nach dem, ob die Splitgruppe der Hauptgruppe vor- oder nachgeschaltet ist. Beim Schalten des Getriebes entspricht eines der Gangradpaare einer ”High-” (Schnellfahrt-) und das andere einer ”Low-”(Langsamfahrt-) Stellung. Auf diese Weise wird der Stufensprung der Gänge der Hauptgruppe im Mittel halbiert, wodurch eine feingestufte Gangfolge entsteht, die z. B. für schwere Lastkraftwagen von Vorteil ist.
- Derartige Mehrgruppengetriebe weisen jedoch die Nachteile auf, dass sie meist synchronisiert sind, um den Schaltablauf zu erleichtern. Hierfür sind Synchronisationseinrichtungen notwendig, wodurch sich die Drehmasse und die Anzahl der Bauteile im Getriebe erhöht. Insgesamt weist das Getriebe lange Wellen auf, um die Vielzahl der Bauteile aufnehmen zu können. Dadurch wird aber die Wellen durchbiegung verstärkt, die Schaltkräfte werden erhöht und die Abmessungen nehmen zu. Zudem verschleißt das Getriebe schneller.
- Aus der
US 4 527 447 A ist ein Getriebe in Mehrgruppenbauweise mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle und mindestens einer Vorgelegewelle bekannt, das eine Hauptgruppe und eine Splitgruppe aufweist, die eine Vielzahl von losen und fest angeordneten Zahnrädern für die Gangradpaare der einzelnen Gänge und entsprechende Schaltelemente auf den Wellen des Getriebes umfassen. Die Verbindung der Hauptgruppe und der Splitgruppe ist durch eine einzige durchgehende Welle gegeben, auf der die ersten Zahnräder der Gangradpaare der Hauptgruppe und der Gangradpaare der Splitgruppe und die Schaltelemente angeordnet sind, wobei die zweiten Zahnräder der Gangradpaare der Hauptgruppe auf der Vorgelegewelle und der Gangradpaare der Splitgruppe drehfest auf einer von der Vorgelegewelle getrennten Splitvorgelegewelle angeordnet sind. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe in Mehrgruppenbauweise zu schaffen, das wenige Bauteile, eine geringe Drehmasse und niedrige Schaltkräfte aufweist, das ein geringes Gewicht und kurze Abmessungen hat sowie kostengünstig herzustellen ist. Desweiteren soll ein Verfahren zum Schalten angegeben werden, welches den Schaltvorgang erleichtert.
- Diese Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Getriebe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für ein Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
- Demnach wird vorgeschlagen bei einem Getriebe in Mehrgruppenbauweise die Verbindung der Hauptgruppe und der Splitgruppe durch eine einzige durchgehende Welle auszubilden, auf der die ersten Zahnräder der Gangradpaare der Hauptgruppe und der Gangradpaare der Splitgruppe sowie die Schaltelemente angeordnet sind, wobei die zweiten Zahnräder der Gangradpaare der Hauptgruppe auf der Vorgelegewelle und die Gangradpaare der Splitgruppe drehfest auf einer von der Vorgelegewelle getrennten Splitvorgelegewelle angeordnet sind. Die Splitvorgelegewelle ist als Hohlwelle ausgebildet, die auf der Vorgelegewelle der Hauptgruppe angeordnet ist. Durch diesen Aufbau bleiben die Umdrehungen der beiden Vorgelegewellen voneinander unabhängig und gleichzeitig wird eine stabile Lagerung der Wellen möglich, ohne dass für die Splitvorgelegewelle zusätzliche Lagervorrichtungen nötig sind.
- Auf der durchgehenden Welle können nur die Zahnräder der Gangradpaare und die Schaltelemente vorgesehen sein. Auf diese Weise kann das Getriebe mit kurzen Wellen ausgelegt werden, wodurch nur eine geringe Drehmasse entsteht und die Schaltkräfte niedrig gehalten werden können. Daher kann im gesamten Getriebe auf Synchronisierungselemente verzichtet werden, so dass als Schaltelemente zum Schalten der einzelnen Gänge einfache Klauenschaltungen ausreichen. Diese sind kostengünstig und leicht zu schalten.
- Vorzugsweise wird eine 3×2-Gruppenbauweise gewählt bei der das Getriebe eine Hauptgruppe mit drei Gängen und einem Rückwärtsgang und eine Splitgruppe mit zwei Gängen aufweist, so dass insgesamt 6 Vorwärtsgänge zur Verfügung stehen. Gegenüber den herkömmlichen 6-Gang-Getrieben in Eingruppenbauweise ist dadurch ein Zahnradsatz weniger notwen dig, wodurch sich auch die Anzahl der erforderlichen Schiebemuffen verringert. Dadurch werden die Schaltkräfte niedriger und die Länge der Wellen lässt sich weiter verkürzen.
- Das Trägheitsmoment bei der Übertragung der Umdrehungen auf die einzelnen Wellen kann weiter reduziert werden, indem die Splitgruppe der Hauptgruppe des Getriebes nachgeordnet ist. Zudem wird durch einen derartigen Aufbau die Durchbiegung der Wellen vermindert. Es ist jedoch auch möglich, die Splitgruppe vor der Hauptgruppe anzuordnen.
- Der Schaltvorgang zwischen den einzelnen Gängen des Getriebes wird erfindungsgemäß bevorzugt durch einen ersten Schritt eingeleitet, bei dem die Splitgruppe geöffnet wird und während des Schaltens der Gangradpaare eine Neutralstellung einnimmt. Das Schalten der Splitgruppe kann entweder durch einen pneumatischen oder einen elektromotorischen Steller erfolgen. Durch das Auskoppeln der Splitgruppe reduziert sich die Synchronmasse beim Schalten auf die kurze durchgehende Verbindungswelle. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Getriebe muss daher keine Kupplungsscheibe, sondern nur die Getriebewelle in der Drehzahl angepasst werden, so dass wiederum auf Synchronisierungen beim Schalten verzichtet werden kann.
- Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schalten des hier vorgestellten Getriebes wird das Schalten und Synchronisieren der Splitgruppe bevorzugt von einer im Getriebe integrierten elektronischen Steuerung kontrolliert, wobei die zur Steuerung gehörende Logik in eine Motorelektronik integriert werden kann. Dadurch kann auf eine eigene Getriebeelektronik verzichtet werden. Ferner kann für die einzelnen Gänge eine Sensorik vorgesehen sein, die die automatische Schaltung der Splitgruppe steuert und die Motorsynchronisation der Splitgruppe auslöst. Eine derartige Sensorik kann auch zur Vernetzung des Antriebsstranges genutzt werden, um z. B. eine Zustandsüberwachung durchzuführen, falls dies gewünscht wird.
- Erfindungsgemäß kann die Auswahl des Ganges der Splitgruppe elektronisch überwacht werden, sodass ein Wahlschalter für die Splitgruppe nicht erforderlich ist. Als zusätzliche Option bei der Getriebeschaltung kann aber dennoch ein Wahlschalter vorgesehen werden. Bei dem vorliegenden Verfahren wird das Kuppeln nur zum Anfahren benötigt. Beim Schaltvorgang während der Fahrt ist ihre Betätigung nicht erforderlich, wirkt sich aber auch nicht störend auf die Abläufe aus.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der Splitgruppe ein Schaltelement vorgesehen, durch das die Drehung der Vorgelegewelle der Hauptgruppe über die Splitvorgelegewelle auf die Abtriebswelle übertragen wird. Mit diesem Schaltelement kann die Splitvorgelegewelle drehfest mit der Vorgelegewelle verbunden werden, wodurch dem Getriebe ein siebter Gang zur Verfügung steht.
- Im Vergleich zu konventionellen 6-Gang-Getrieben und herkömmlichen Mehrgruppengetrieben weist ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung einen leichteren und verkürzten Aufbau auf, führt zu niedrigeren Schaltkräften und durch eine reduzierte Anzahl von Bauelementen zu geringeren Kosten. Durch die vorteilhafte Anordnung der Wellen kann ein kompakter Aufbau realisiert werden, wodurch ein kleines robustes Getriebe erzielt wird.
- Die Erfindung ist am Beispiel eines Mehrgruppengetriebes mit einer Splitgruppe dargestellt. Es ist jedoch auch möglich die wesentlichen Merkmale bei einem Mehrgruppengetriebe mit einer Rangegruppe einzusetzen, wodurch statt einer Unterteilung der Gangstufen eine Erweiterung der Gangstufen erzielt werden kann.
- Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.
- In dieser stellen dar:
-
1 ein Schema eines Mehrgruppengetriebes mit einer Splitgruppe gemäß der vorliegenden Erfindung, -
2 ein Schema eines erfindungsgemäßen Getriebes mit einem zusätzlichen siebten Gang; -
3 ein Schaltschema für ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung: - In
1 ist ein Getriebe in Mehrgruppenbauweise gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, das eine Hauptgruppe2 mit drei Gangradpaaren und eine Splitgruppe3 mit zwei Gangradpaaren in 3×2-Bauweise aufweist. Eine durchgehende Welle4 ist koaxial zwischen einer Antriebswelle6 und einer Antriebswelle8 gelagert. Die Antriebswelle6 ist mit einer Vorgelegewelle10 für die Hauptgruppe über ein Konstantradpaar3-1 und3-2 verbunden, das gleichzeitig als dritter Gang dient. Auf der Vorgelegewelle10 ist eine Splitvorgelegewelle12 in Form einer Hohlwelle drehbar gelagert. - Die Zahnräder der einzelnen Gangradpaare sind wie folgt auf die verschiedenen Wellen aufgeteilt: auf der durchgehenden Welle
4 sind die ersten Zahnräder1-1 ,2-1 und R-1 der Hauptgruppe für den ersten, den zweiten und den Rückwärtsgang sowie das erste Zahnrad L-1 des ”Low”-Ganges der Splitgruppe lose angeordnet. Das erste Zahnrad3-1 des dritten Ganges ist drehfest auf der Antriebswelle6 an dem Ende vorgesehen, das an die durchgehende Welle4 grenzt. Das erste Zahnrad H-1 des ”High”-Ganges der Splitgruppe ist an dem Ende der Antriebswelle8 , das an die durchgehende Welle4 grenzt, drehfest angebracht. Die zweiten Zahnräder1-2 ,2-2 ,3-2 und R-2 der jeweiligen Gänge der Hauptgruppe sind auf der Vorgelegewelle10 und die zweiten Zahnräder L-2 und H-2 der Gänge der Splitgruppe sind auf der Splitvorgelegewelle12 jeweils drehfest angeordnet. - Zum Schalten der einzelnen Gänge weist die durchgehende Welle
4 Schaltteile14 ,16 und18 von Klauenschaltungen auf, die jeweils zwischen zwei Zahnrädern der jeweiligen Gänge angeordnet sind. Weitere Bauteile sind auf der durchgehenden Welle4 nicht vorgesehen. - In
2 ist ein Schaltschema20 für ein Getriebe nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die einzelnen Gänge sind gemäß einer H-Schaltung auf zwei Schaltgassen22 und24 aufgeteilt. Dabei sind die einzelnen Stellungen jeweils mit zwei Gängen belegt. Durch die Auswahl der High- oder Low-Stellung in der Splitgruppe können die beiden Gänge einer Schaltstellung differenziert werden. Die Splitgruppe kann beispielsweise durch einen Kipphebel mit zwei Einstellmöglichkeiten, eine für die High-Stellung und eine für die Low-Stellung, der an einem Schalthebel der Gangschaltung vorgesehen sein kann, geschaltet werden. - Zum Schalten von einem Gang in einen anderen Gang, z. B. vom fünften Gang in den vierten Gang, wird zunächst der Motor entlastet. Dies geschieht indem in einem ersten Schritt der Low-Gang der Splitgruppe durch Entkoppeln des Schaltteils
18 aus dem Zahnrad L-1 ausgeschaltet wird. Anschließend wird der Gang der Hauptgruppe durch Entkoppeln des Schaltteils14 aus dem Zahnrad3-1 ausgeschaltet, so dass der Antriebsstrang vollständig unterbrochen ist und das Getriebe eine Neutralstellung einnimmt. Dann wird die durchgehende Welle durch die Klauenschaltung synchronisiert. Eine in eine Motorelektronik integrierte Logik erkennt den passenden neuen Gang, so dass die Motordrehzahl auf die Synchrondrehzahl nachgefahren werden kann. Letztlich wird der vierte Gang eingekuppelt indem zuerst das Schaltteil14 in das Zahnrad2-1 eingreift und dadurch die durchgehende Welle4 antreibt und danach das Schaltteil28 in das Zahnrad H-1 der Splitgruppe eingreift, wodurch die Drehung auf die Abtriebswelle8 übertragen wird und wieder volle Last auf dem Antriebsstrang anliegt. - Durch die Splitgruppe
4 ergeben sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten, die Drehung der über die Antriebswelle6 und die Vorgelegewelle10 angetriebenen durchgehenden Welle4 auf die Abtriebswelle8 zu übertragen. Zum einen kann das Schaltteil18 in das Zahnrad H-1 eingreifen und somit die durchgehende Welle4 direkt mit der Abtriebswelle8 verbinden, wobei das Zahnrad L-1 auf der durchgehenden Welle4 und die als Hohlwelle ausgebildete Splitvorgelegewelle12 auf der Vorgelegewelle10 lose mitdrehen. Zum anderen kann das Schaltteil18 in das Zahnrad L-1 eingreifen, wodurch die Drehung der durchgehenden Welle4 auf die Hohlwelle12 übertragen und entsprechend der gewählten Größe der Zahnräder L-1 und L-2 untersetzt wird. Durch das Zahnrad H-2 auf der Hohlwelle wird diese neue Drehzahl über das Zahnrad H-1 auf die Abtriebswelle8 übertragen, wobei durch eine entsprechende Wahl der Zahnradgrößen für die Zahnräder H-1 und H-2 die Drehzahl weiter verringert werden kann. Auf diese Weise werden der Hauptgruppe zwei unterschiedliche Abtriebskonstanten zur Verfügung gestellt, wodurch die Gänge der Hauptgruppe unterteilt werden können. - In
3 ist eine weitere Ausführungsform eines Getriebes der vorliegenden Erfindung mit einem zusätzlichen siebten Gang gezeigt. Hierfür ist in der Splitgruppe3 ein zusätzliches Schaltelement30 vorgesehen, durch das die Splitvorgelegewelle12 drehfest mit der Vorgelegewelle10 verbunden werden kann. Dadurch kann die durch das Konstantradpaar3-1 und3-2 auf die Vorgelegewelle10 übertragene Drehung der Antriebswelle6 über das Zahnradpaar H-1 und H-2 auf die Antriebswelle8 übertragen werden. Das durch das Zahnrad L-2 verbundene Zahnrad L-1 dreht dabei lose auf der durchgehenden Welle4 mit. -
- 2
- Hauptgruppe
- 3
- Splitgruppe
- 4
- durchgehende Welle
- 6
- Antriebswelle
- 8
- Antriebswelle
- 10
- Vorgelegewelle
- 12
- Splitvorgelegewelle
- 14
- Schaltteil
- 16
- Schaltteil
- 18
- Schaltteil
- 1-1, 2-1, 3-1
- erste Zahnräder der Gangradpaare der Hauptgruppe
- 1-2, 2-2, 3-2
- zweite Zahnräder der Hauptgruppe
- L-1, H-1
- erste Zahnräder der Gangradpaare der Splitgruppe
- L-2, H-2
- zweite Zahnräder der Splitgruppe
- 20
- Schaltschema
- 22
- Schaltgasse
- 24
- Schaltgasse
- 30
- Schaltelement
Claims (13)
- Getriebe in Mehrgruppenbauweise mit einer Antriebswelle (
6 ), einer Abtriebswelle (8 ) und mindestens einer Vorgelegewelle (10 ), das eine Hauptgruppe (2 ) und eine Splitgruppe (3 ) aufweist, die eine Vielzahl von losen und fest angeordneten Zahnrädern für die Gangradpaare der einzelnen Gänge und entsprechende Schaltelemente (14 ,16 ,18 ) auf den Wellen des Getriebes umfassen, wobei die Verbindung der Hauptgruppe (2 ) und der Splitgruppe (3 ) durch eine einzige durchgehende Welle (4 ) gegeben ist, auf der die ersten Zahnräder (1-1 ,2-1 ,3-1 , L-1, H-1) der Gangradpaare der Hauptgruppe (2 ) und der Gangradpaare der Splitgruppe (3 ) und die Schaltelemente (14 ,16 ,18 ) angeordnet sind, wobei die zweiten Zahnräder (1-2 ,2-2 ,3-2 , L-2, H-2) der Gangradpaare der Hauptgruppe (2 ) auf der Vorgelegewelle (10 ) und der Gangradpaare der Splitgruppe (3 ) drehfest auf einer von der Vorgelegewelle (10 ) getrennten Splitvorgelegewelle (12 ) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Splitvorgelegewelle (12 ) als Hohlwelle ausgebildet ist, die auf der Vorgelegewelle (10 ) der Hauptgruppe (2 ) angeordnet ist. - Getriebe nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (
14 ,16 ,18 ) für das Schalten der einzelnen Gänge Klauenschaltungen sind. - Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine Hauptgruppe (
2 ) mit drei Gängen und einem Rückwärtsgang und eine Splitgruppe (3 ) mit zwei Gängen aufweist. - Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Splitgruppe (
3 ) der Hauptgruppe (2 ) des Getriebes nachgeordnet ist. - Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten der Splitgruppe (
3 ) ein pneumatischer Steller vorgesehen ist. - Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten der Splitgruppe (
3 ) ein elektromotorischer Steller vorgesehen ist. - Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswahl der Gänge der Splitgruppe (
3 ) ein Wahlschalter vorgesehen ist. - Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Splitgruppe (
3 ) durch eine im Getriebe integrierte elektronische Steuerung schaltbar ist. - Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalten des Getriebes durch eine in eine Motorelektronik integrierte Logik steuerbar ist.
- Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten eines weiteren Ganges in der Splitgruppe (
3 ) ein Schaltelement (30 ) vorgesehen ist, durch das die Drehung der Vorgelegewelle (10 ) der Hauptgruppe (2 ) über die Splitvorgelegewelle (12 ) auf die Abtriebswelle (8 ) übertragen wird. - Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Splitgruppe (
3 ) eine Rangegruppe vorgesehen ist. - Verfahren zum Schalten eines Getriebes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schalten der einzelnen Gänge in einem ersten Schritt die Splitgruppe (
3 ) geöffnet wird. - Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Sensorik an den einzelnen Gängen der Motor synchronisiert wird und die Splitgruppe (
3 ) gesteuert wird.
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