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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/333,026, die am 10. Mai 2010 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 mit mehreren Planetenradsätzen und mehreren Drehmomentübertragungseinrichtungen und insbesondere ein Getriebe mit drei Planetenradsätzen und mehreren Drehmomentübertragungseinrichtungen, die ausgestaltet sind, um zumindest neun oder mehr Vorwärtsgänge herzustellen.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung 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, kostengünstiges 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. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen sind zum Beispiel Kupplungen und Bremsen.
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In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen der erste, zweite und dritte Planetenradsatz jeweils ein Sonnenrad-, ein Träger- und ein Hohlradelement auf. Darüber hinaus ist das Eingangselement ständig mit dem Sonnenradelement des dritten Planetensatzes verbunden, und das Ausgangselement ist ständig mit dem Trägerelement des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlradelement des dritten Planetenradsatzes verbunden.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet ein erstes Verbindungselement das Sonnenradelement des ersten Planetenradsatzes ständig mit einem feststehenden Element.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet ein zweites Verbindungselement das Hohlradelement des ersten Planetenradsatzes ständig mit dem Hohlradelement des zweiten Planetenradsatzes.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet ein drittes Verbindungselement das Trägerelement des zweiten Planetenradsatzes ständig mit dem Hohlradelement des dritten Planetenradsatzes.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um das Trägerelement des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenradelement des dritten Planetenradsatzes und dem Eingangselement zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein zweiter Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um das Trägerelement des ersten Planetenradsatzes mit dem Trägerelement des dritten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein dritter Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um das Sonnenradelement des zweiten Planetenradsatzes mit dem Trägerelement des dritten Planetenradsatzes zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein vierter Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um das Sonnenradelement des zweiten Planetenradsatzes mit dem Sonnenradelement des dritten Planetenradsatzes und dem Eingangselement zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein fünfter Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um das Sonnenradelement des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein sechster Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv einrückbar, um das Hohlradelement des ersten Planetenradsatzes und das Hohlradelement des zweiten Planetenradsatzes mit dem feststehenden Element zu verbinden.
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In einer abermals anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv in Kombinationen von zumindest Zweien einrückbar, um zumindest neun Vorwärtsgänge und zumindest einen Rückwärtsgang zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herzustellen.
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Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der 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 Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein Hebeldiagramm einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Neunganggetriebes 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 Neungang-Automatikgetriebes der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von permanenten mechanischen Verbindungen zwischen den Elementen der drei Planetenradsätze aufweisen. Zum Beispiel ist ein erstes Bauteil oder Element eines ersten Planetenradsatzes permanent mit einem dritten Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ferner ist ein zweites Bauteil oder Element des zweiten Planetenradsatzes permanent mit einem zweiten Bauteil oder Element des dritten Planetenradsatzes gekoppelt.
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Nun unter Bezugnahme auf
1 ist eine Ausführungsform eines Neunganggetriebes
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. 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 Kopplungseinrichtungen 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 Benford und Leising zu linden, 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, einen dritten Planetenradsatz 18 und eine Ausgangswelle oder ein Ausgangselement 22. Der erste Planetenradsatz 14 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 14A, einen zweiten Knoten 14B und einen dritten Knoten 14C. Der zweite Planetenradsatz 16 weist drei Knoten auf: einen ersten Knoten 16A, einen zweiten Knoten 16B und einen dritten Knoten 16C. 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 ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Das Ausgangselement 22 ist ständig mit dem zweiten Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 und dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt. Der erste Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit dem dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 gekoppelt. Der dritte Knoten 14C des ersten Planetenradsatzes 14 ist mit einem feststehenden Element oder Masse 50 gekoppelt. Der zweite Knoten 16B des zweiten Planetenradsatzes 16 ist mit dem zweiten Knoten 18B des dritten Planetenradsatzes 18 gekoppelt.
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Eine erste Kupplung 26 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 und das Eingangselement oder die Eingangswelle 12 selektiv mit dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18. Eine zweite Kupplung 28 verbindet den zweiten Knoten 14B des ersten Planetenradsatzes 14 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine dritte Kupplung 30 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem dritten Knoten 18C des dritten Planetenradsatzes 18. Eine vierte Kupplung 32 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem Eingangselement oder der Eingangswelle 12 und dem ersten Knoten 18A des dritten Planetenradsatzes 18. Eine erste Bremse 34 verbindet den ersten Knoten 16A des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit einem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50. Eine zweite Bremse 36 verbindet den ersten Knoten 14A des ersten Planetenradsatzes 14 und den dritten Knoten 16C des zweiten Planetenradsatzes 16 selektiv mit dem feststehenden Element oder Getriebegehäuse 50.
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Nun unter Bezugnahme auf 2 stellt ein Prinzipdiagramm ein schematisches Layout der Ausführungsform des Neunganggetriebes 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 Sonnenradelement 14C, ein Hohlradelement 14A und ein Planetenradträgerelement 14B, das einen Satz Planetenräder 14D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenradelement 14C ist zur gemeinsamen Rotation mit einer ersten Welle oder einem ersten Verbindungselement 42 verbunden. Das Hohlradelement 14A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer zweiten Welle oder einem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Planetenträgerelement 14B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer dritten Welle oder einem dritten Verbindungselement 46 verbunden. Die Planetenräder 14D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl denn Sonnenradelement 14C als auch dem Hohlradelement 14A zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 16 umfasst ein Sonnenradelement 16A, ein Hohlradelement 16C und ein Planetenradträgerelement 16B, das einen Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenradelement 16A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer vierten Welle oder einem vierten Verbindungselement 48 und einer fünften Welle oder einem fünften Verbindungselement 52 verbunden. Das Hohlradelement 16C ist zur gemeinsamen Rotation mit der zweiten Welle oder dem zweiten Verbindungselement 44 verbunden. Das Planetenträgerelement 16B ist zur gemeinsamen Rotation mit einer sechsten Welle oder einem sechsten Verbindungselement 54 und einer siebten Welle oder einem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Die Planetenräder 16D sind jeweils konfiguriert, um mit sowohl dem Sonnenradelement 16A als auch dem Hohlradelement 16C zu kämmen.
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Der Planetenradsatz 18 umfasst ein Sonnenradelement 18A, ein Hohlradelement 18B und ein Planetenradträgerelement 18C, das einen ersten Satz Planetenräder 18D (von denen nur eines gezeigt ist) und einen zweiten Satz Planetenräder 18E (von denen nur eines gezeigt ist) drehbar lagert. Das Sonnenradelement 18A ist zur gemeinsamen Rotation mit einer achten Welle oder einem achten Verbindungselement 58 und mit dem Eingangselement oder der Eingangswelle 12 verbunden. Das Hohlradelement 18B ist zur gemeinsamen Rotation mit der siebten Welle oder dem siebten Verbindungselement 56 verbunden. Das Planetenträgerelement 18C ist zur gemeinsamen Rotation mit der neunten Welle oder dem neunten Verbindungselement 60 und mit einer zehnten Welle oder einem zehnten Verbindungselement 62 verbunden. Der erste Satz Planetenräder 18D ist konfiguriert, um jeweils mit sowohl dem Hohlradelement 18B als auch dem zweiten Satz Planetenräder 18E zu kämmen. Der zweite Satz Planetenräder 18E ist konfiguriert, um jeweils mit sowohl dem Sonnenradelement 18A als auch dem ersten Satz Planetenräder 18D zu kämmen.
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Die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 ist ständig mit einer Maschine (nicht gezeigt) oder mit einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers (nicht gezeigt) verbunden. Die Ausgangswelle oder das Ausgangselement 22 ist ständig mit der Achsantriebseinheit oder dem Verteilergetriebe (nicht gezeigt) verbunden.
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Die Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 26, 28, 30, 32 und Bremsen 34 und 36 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 achten Welle oder dem achten Verbindungselement 58 zu verbinden. Die zweite Kupplung 28 ist selektiv einrückbar, um die dritte Welle oder das dritte Verbindungselement 46 mit der zehnten Welle oder dem zehnten Verbindungselement 62 zu verbinden. Die dritte Kupplung 30 ist selektiv einrückbar, um die fünfte Welle oder das fünfte Verbindungselement 52 mit der neunten Welle oder dem neunten Verbindungselement 60 zu verbinden. Die vierte Kupplung 32 ist selektiv einrückbar, um die Eingangswelle oder das Eingangselement 12 mit der vierten Welle oder dem vierten Verbindungselement 48 zu verbinden. Die erste Bremse 34 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 36 ist selektiv einrückbar, um die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 44 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50 zu verbinden und somit eine Rotation des Elements 44 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Arbeitsweise der Ausführungsform des Neunganggetriebes 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 neun 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, vierte Kupplung 32, erste Bremse 34 und zweite Bremse 36) 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 ”O” stellt dar, dass die besondere Drehmomentübertragungseinrichtung (d. h. eine Bremse oder Kupplung) ein oder aktiv ist, aber kein Drehmoment transportiert. 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 dritte Kupplung 30 und die zweite Bremse 36 eingerückt oder aktiviert. Die dritte Kupplung 30 verbindet die fünfte Welle oder das fünfte Verbindungselement 52 mit der neunten Welle oder dem neunten Verbindungselement 60. Die zweite Bremse 36 verbindet die zweite Welle oder das zweite Verbindungselement 44 mit dem feststehenden Element oder dem Getriebegehäuse 50, um eine Rotation des Elements 44 relativ zu dem Getriebegehäuse 50 einzuschränken. Gleichermaßen werden die neun 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 Neunganggetriebes 10 zuallererst von der Annahme ausgeht, dass alle in einem gegebenen Gangzustand nicht speziell genannten Kupplungen inaktiv oder ausgerückt sind, und dass 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 Umfang der Erfindung liegen. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung vom Gedanken und Umfang 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” [0025]
