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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/226,269, die am 16. Juli 2009 eingereicht wurde und die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen ist.
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GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein ein Mehrganggetriebe, das mehrere Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist, und genauer ein Getriebe, das sechs oder mehr Gänge, drei Planetenradsätze und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation, die mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung steht, und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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Ein typisches Mehrganggetriebe benutzt eine Kombination aus Reibkupplungen, Planetenradanordnungen und festen Verbindungen, um mehrere Übersetzungsverhältnisse zu erreichen. Die Anzahl und physikalische Anordnung der Planetenradsätze im Allgemeinen werden durch den Bauraum, die Kosten und die gewünschten Drehzahlverhältnisse oder Gänge vorgeschrieben.
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Obgleich gegenwärtige Getriebe ihren vorgesehenen Zweck erfüllen, ist der Bedarf für neue und verbesserte Getriebekonfigurationen, die ein verbessertes Leistungsvermögen, insbesondere von den Standpunkten des Wirkungsgrades, des Ansprechvermögens und des ruhigen Betriebes aus, sowie einen verbesserten Bauraum, primär reduzierte Größe und reduziertes Gewicht, zeigen, im Wesentlichen konstant. Dementsprechend gibt es einen Bedarf für ein verbessertes, kosteneffektives und kompaktes Mehrganggetriebe.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Getriebe vorgesehen, das ein Eingangselement, ein Ausgangselement, drei Planetenradsätze, mehrere Kopplungselemente und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen aufweist. Jeder der Planetenradsätze umfasst ein erstes, zweites und drittes Element. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen sind beispielsweise Kupplungen und Bremsen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen der erste, zweite und dritte Planetenradsatz jeweils Sonnenrad-, Träger- und Hohlradelemente auf.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Eingangselement ständig mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden.
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In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Ausgangselement ständig mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes verbunden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet ein erstes Verbindungselement das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet ein zweites Verbindungselement den Träger des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet ein drittes Verbindungselement den Träger des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein erster Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und das Eingangselement mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um den Träger des ersten Planetenradsatzes und das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und dem Eingangselement zu verbinden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes und dem Ausgangselement zu verbinden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um den Träger des ersten Planetenradsatzes und das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein fünfter Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv in Kombinationen von zumindest zweien einrückbar, um zumindest sechs Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen.
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Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen auf das gleiche Bauteil, Element oder Merkmal verweisen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Sechsganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Sechsganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist eine Wahrheitstabelle, die den Einrückungszustand der verschiedenen Drehmomentübertragungselemente in jedem der verfügbaren Vorwärts- und Rückwärtsgänge oder -übersetzungsverhältnisse des in den 1 und 2 veranschaulichten Getriebes darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht einschränken.
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Zu Beginn ist festzustellen, dass die Ausführungsformen des Sechsgang-Automatikgetriebes der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der drei Planetenradsätze aufweisen. Ein erstes Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein zweites Bauteil oder Element des ersten Planetenradsatzes ist permanent mit einem dritten Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein drittes Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes ist permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes gekoppelt.
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Nun unter Bezugnahme auf
1 ist eine Ausführungsform eines Sechsganggetriebes
10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Bauteile des Planetengetriebes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Daher enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. In manchen Fällen können zwei Hebel zu einem einzigen Hebel, der mehr als drei Knoten (typischerweise vier Knoten) aufweist, kombiniert sein. Wenn zum Beispiel zwei Knoten an zwei unterschiedlichen Hebeln durch eine feste Verbindung verbunden sind, können sie als ein einziger Knoten an einem einzigen Hebel dargestellt werden. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, jeweils das Hohlrad/Sonnenrad-Verhältnis des jeweiligen Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt. Eine weitergehende Erläuterung des Formats, Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der Druckschrift
SAE Paper 810102 "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis" von Genford und Leising zu finden, die hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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Das Getriebe 10 umfasst eine Eingangswelle oder ein Eingangselement 12, einen ersten Planetenradsatz 14, einen zweiten Planetenradsatz 16 und einen dritten Planetenradsatz 18 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22. In dem Hebeldiagramm von 1 sind die Hebel für den ersten Planetenradsatz 14 und den zweite Planetenradsatz 16 zu einem einzigen Hebel mit vier Knoten 14, 16 kombiniert worden, der aufweist: einen ersten Knoten 14A, 16A, einen zweiten Knoten 16B, einen dritten Knoten 14B, 16C und einen vierten Knoten 14C. Der dritte Planetenradsatz 18 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 18A, einen zweiten Knoten 18B und einen dritten Knoten 18C.
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Das Eingangselement 12 ist ständig mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Das Ausgangselement 22 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der zweite Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der zweite Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 26 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18 und dem Eingangselement oder der Eingangswelle 12. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem Eingangselement oder der Eingangswelle 12 dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den dritten Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 und dem Ausgangselement oder der Ausgangswelle 22. Eine erste Bremse 32 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 34 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 und den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50.
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Nun unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Prinzipdiagramm ein schematisches Layout der Ausführungsform des Sechsganggetriebes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. In 2 wird die Nummerierung aus dem Hebeldiagramm von 1 übernommen. Die Kupplungen und Kopplungen sind entsprechend dargestellt, wohingegen die Knoten der Planetenradsätze nun als Bauteile von Planetenradsätzen, wie Sonnenräder, Hohlräder, Planetenräder und Planetenradträger, erscheinen.
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Zum Beispiel umfasst der Planetenradsatz 14 ein Sonnenrad 14A, ein Hohlrad 14C und einen Planetenradträger 14B, der einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 und einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Hohlrad 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Der Planetenträger 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 und einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 14A als auch dem Hohlrad 14C zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenrad 16A, ein Hohlrad 16C und einen Planetenradträger 16B, der einen Satz Planetenräder 16D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Hohlrad 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit der fünften Welle oder dem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Der Planetenträger 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 16A als auch dem Hohlrad 16C zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenrad 18C, ein Hohlrad 18A und einen Planetenradträger 18B, der einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenrad 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 56 und mit dem Eingangselement oder der Eingangswelle 12 verbunden. Das Hohlrad 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit der sechsten Welle oder dem sechsten Verbindungselement 54 verbunden. Der Planetenträger 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 58 und mit dem Ausgangselement oder der Ausgangswelle 22 verbunden. Die Planetenräder 18D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenrad 18C als auch dem Hohlrad 18A zu kämmen.
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Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist ständig mit einem Motor (der nicht gezeigt ist) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (der nicht gezeigt ist) verbunden. Die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (das nicht gezeigt ist) verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28, 30 und die Bremsen 32 und 34 sorgen für eine selektive Verbindung der Wellen oder Verbindungselemente, der Elemente der Planetenradsätze und des Gehäuses. Zum Beispiel ist die erste Kupplung 26 selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit der achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden. Die erste Bremse 32 ist selektiv einrückbar, um die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 48 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Die zweite Bremse 34 ist selektiv einrückbar, um die erste Welle oder das erste Verbindungselement 42 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 42 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Sechsganggetriebes 10 beschrieben. Es ist festzustellen, dass das Getriebe 10 in der Lage ist, Drehmoment von der Eingangswelle oder dem Eingangselement 12 auf die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 in zumindest sechs Vorwärtsgängen oder -drehmomentverhältnissen und zumindest einem Rückwärtsgang oder -drehmomentverhältnis zu übertragen. Jeder Vorwärts- und Rückwärtsgang oder jedes Vorwärts- und Rückwärtsdrehmomentverhältnis wird durch Einrückung von einem oder mehreren der Drehmomentübertragungsmechanismen (d. h. erste Kupplung 26, zweite Kupplung 28, dritte Kupplung 30, erste Bremse 32 und zweite Bremse 34) erzielt, wie es nachstehend erläutert wird. 3 ist eine Wahrheitstabelle, die die verschiedenen Kombinationen von Drehmomentübertragungsmechanismen darstellt, die aktiviert oder eingerückt werden, um die verschiedenen Gangzustände zu erreichen. Ein ”X” in dem Kasten bedeutet, dass die besondere Kupplung oder Bremse eingerückt ist, um den gewünschten Gangzustand zu erreichen. Ein ”0” stellt dar, dass die besondere Drehmomentübertragungseinrichtung (d. h. eine Bremse oder Kupplung) ein oder aktiv ist, aber kein Drehmoment transportiert. Ein ”G” stellt dar, dass ein Rangierschaltelement einschalten und Drehmoment transportieren muss, wenn die Getriebemoduswähleinrichtung oder der Schalthebel (Parken-, Rückwärts-, Neutral-, Fahren- oder Niedrig-Gangwähleinrichtung) von Rückwärts nach Fahren bewegt wird, und ausschalten muss, wenn zurück nach Rückwärts geschaltet wird, oder umgekehrt. Tatsächliche numerische Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangzustände sind ebenfalls dargestellt, obwohl festzustellen ist, dass diese Zahlenwerte nur beispielhaft sind und dass sie über beträchtliche Bereiche eingestellt werden können, um sich verschiedenen Anwendungen und Betriebskriterien des Getriebes 10 anzupassen. Ein Beispiel der Übersetzungsverhältnisse, die unter Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, ist in 3 ebenfalls gezeigt. Natürlich sind andere Übersetzungsverhältnisse abhängig von dem gewählten Zahnraddurchmesser, der gewählten Zahnradzähnezahl und der gewählten Zahnradkonfiguration erreichbar.
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Um einen Rückwärtsgang herzustellen, werden die erste Kupplung 26 und die erste Bremse 32 eingerückt oder aktiviert. Die erste Kupplung 26' verbindet die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46' mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56. Die erste Bremse 32 verbindet die vierte Welle oder das vierte Verbindungselement 48 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 48 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Gleichermaßen werden die sechs Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungs- und Bremseneinrückung erreicht, wie es in 3 gezeigt ist.
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Es ist festzustellen, dass die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise und der Gangzustände des Sechsganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen inaktiv oder ausgerückt sind, und zweitens während Gangschaltvorgängen, d. h. Wechseln des Gangzustands, zwischen zumindest benachbarten Gangzuständen, eine in beiden Gangzuständen eingerückte oder aktivierte Kupplung eingerückt oder aktiviert bleiben wird.
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Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abwandlungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, sollen im Schutzumfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung vom Gedanken und Schutzumfang der Erfindung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- SAE Paper 810102 ”The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis” von Genford und Leising [0026]
