DE102012202308B4 - Control unit for controlling a transmission, device with transmission and control unit, method for operating a transmission and computer program - Google Patents
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Abstract
Einrichtung, welche aufweist:ein Getriebe (130) zur Anordnung zwischen einer Kurbelwelle (150) eines Kraftfahrzeugmotors (220) und einem Riementrieb (100), wobei das Getriebe (130) die folgenden Merkmale aufweist:- eine Getriebeeinheit mit einem axial beweglichen Hohlrad (210) zur Übertragung einer Kraft oder eines Drehmomentes zwischen dem Riementrieb (100) und der Kurbelwelle (150), wobei das Hohlrad (210) in zumindest drei unterschiedliche vordefinierte axiale Positionen (230a, 230b, 230c) verschiebbar ist, wobei die Getriebeeinheit in den unterschiedlichen Positionen (230a, 230b, 230c) des Hohlrades (210) entweder frei läuft oder ein sich unterscheidendes Übersetzungsverhältnis für eine wechselseitige Übertragung einer Drehbewegung zwischen dem Riementrieb (100) und der Kurbelwelle (150) aufweist; und- zumindest ein Hohlradpositionierungselement (270), das am Hohlrad (210) angeordnet ist und das ausgebildet ist, um eine Kraft von einem mit dem zumindest einen Hohlradpositionierungselement (270) zusammenwirkenden Aktuator (265) aufzunehmen und das Hohlrad (210) in zumindest eine der drei Positionen (230a, 230b, 230c) axial zu bewegen und/oder in einer der drei Positionen (230a, 230b, 230c) zu fixieren, wobei die Einrichtung ein Steuergerät (260) zum Ansteuern des Getriebes (130) in einem Kraftfahrzeug aufweist, wobei das Steuergerät (260) folgende Merkmale aufweist:- eine Schnittstelle (287) zum Einlesen eines Erkennungssignals (290), das einen Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs repräsentiert, und- eine Ansteuereinheit (292) zur auf das Erkennungssignal (290) ansprechenden Ansteuerung eines Verbringens des Hohlrades (210) in eine (230b) der Positionen, in der das Getriebe (130) freiläuft.Device which comprises: a transmission (130) for arrangement between a crankshaft (150) of a motor vehicle engine (220) and a belt drive (100), the transmission (130) having the following features: - a transmission unit with an axially movable ring gear (210) for transmitting a force or a torque between the belt drive (100) and the crankshaft (150), the ring gear (210) being displaceable into at least three different predefined axial positions (230a, 230b, 230c), the transmission unit in the different positions (230a, 230b, 230c) of the ring gear (210) either running freely or having a different transmission ratio for a mutual transmission of a rotary movement between the belt drive (100) and the crankshaft (150); and- at least one ring gear positioning element (270) which is arranged on the ring gear (210) and which is designed to absorb a force from an actuator (265) interacting with the at least one ring gear positioning element (270) and to move the ring gear (210) axially into at least one of the three positions (230a, 230b, 230c) and/or to fix it in one of the three positions (230a, 230b, 230c), wherein the device has a control unit (260) for controlling the transmission (130) in a motor vehicle, wherein the control unit (260) has the following features:- an interface (287) for reading in a detection signal (290) which represents a sailing operation of the motor vehicle, and- a control unit (292) for controlling a movement of the ring gear (210) into a (230b) of the positions in which the gear (130) runs freely.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät zum Ansteuern eines Getriebes, eine Einrichtung mit Getriebe und Steuergerät, ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes sowie ein Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen.The present invention relates to a control device for controlling a transmission, a device with a transmission and a control device, a method for operating a transmission and a computer program according to the main claims.
In modernen Fahrzeugsystemen wird zur Reduktion eines Kraftstoffverbrauchs der Fahrzeugmotor abgeschaltet, wenn das Fahrzeug nicht mehr aktiv angetrieben werden braucht, sondern antriebslos ausrollen kann. Eine solche Fahrsituation kann beispielsweise beim Ausrollen vor der Ampel oder beim Befahren einer Gefällestrecke auftreten. Ein solcher Bewegungszustand des Fahrzeugs ohne aktiven Antrieb wird als Segeln bezeichnet. Start-Stopp- und Segelbetrieb eines Fahrzeugs erfordern einen unabhängig vom Verbrennungsmotor zu betreibenden Nebentrieb, der auch ohne Antrieb durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Die schnellen geforderten Zeiten für den Wiederstart des Motors lassen lange Einspurzeiten eines herkömmlichen Anlassers nicht mehr zu.In modern vehicle systems, the vehicle engine is switched off to reduce fuel consumption when the vehicle no longer needs to be actively driven and can coast without propulsion. Such a driving situation can occur, for example, when coasting at traffic lights or when driving down a slope. Such a state of movement of the vehicle without active propulsion is known as coasting. Start-stop and coasting operation of a vehicle require an auxiliary drive that can be operated independently of the combustion engine and can also be driven without propulsion by the combustion engine. The fast times required for restarting the engine no longer allow long engagement times for a conventional starter motor.
Zukünftig müssen daher Elemente in den Nebentrieb integriert werden, die den
- - Segelbetrieb bei gleichzeitigem Betrieb der Nebenaggregate,
- - den Betrieb der Nebenaggregate von der Kurbelwelle ausgehend, sowie den
- - Generatorbetrieb zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie (klassischer Anwendungsfall)
- - sowie die Start-Stopp-Funktion mit den dazu passenden Drehzahlen und Drehmomenten sicherstellen können.
- - Sailing operation with simultaneous operation of the auxiliary units,
- - the operation of the auxiliary units starting from the crankshaft, as well as the
- - Generator operation to supply the vehicle with electrical energy (classic application)
- - as well as the start-stop function with the appropriate speeds and torques.
Die internationale Patentanmeldung
Die deutsche Patentanmeldung
Die deutsche Patentanmeldung
Die internationale Patentanmeldung
Es ist Aufgabe der Erfindung, den Übergang in den Segelbetrieb eines Kraftfahrzeugs zu vereinfachen.The object of the invention is to simplify the transition to coasting operation of a motor vehicle.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung ein Steuergerät zum Ansteuern eines Getriebes, eine Einrichtung mit einem Getriebe und einem Steuergerät, ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes sowie ein Computerprogramm gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention presents a control device for controlling a transmission, a device with a transmission and a control device, a method for operating a transmission and a computer program according to the independent patent claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Einrichtung, die ein Getriebe zur Anordnung zwischen einer Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors und einem Riementrieb umfasst, wobei das Getriebe die folgenden Merkmale aufweist:
- - eine Getriebeeinheit mit einem axial beweglichen Hohlrad zur Übertragung einer Kraft oder eines Drehmomentes zwischen dem Riementrieb und der Kurbelwelle, wobei das Hohlrad in zumindest drei unterschiedliche vordefinierte axiale Positionen verschiebbar ist, wobei die Getriebeeinheit in den unterschiedlichen Positionen des Hohlrades entweder frei läuft oder ein sich unterscheidendes Übersetzungsverhältnis für eine wechselseitige Übertragung einer Drehbewegung zwischen dem Riementrieb und der Kurbelwelle aufweist; und
- - zumindest ein Hohlradpositionierungselement, das am Hohlrad angeordnet ist und das ausgebildet ist, um eine Kraft von einem mit dem zumindest einen Hohlradpositionierungselement zusammenwirkenden Aktuator aufzunehmen und das Hohlrad in zumindest eine der drei Positionen axial zu bewegen und/oder in einer der drei Positionen zu fixieren.
- - a transmission unit with an axially movable ring gear for transmitting a force or a torque between the belt drive and the crankshaft, wherein the ring gear is displaceable into at least three different predefined axial positions, wherein the transmission unit in the different positions of the ring gear either runs freely or has a different transmission ratio for a mutual transmission a rotary movement between the belt drive and the crankshaft; and
- - at least one ring gear positioning element which is arranged on the ring gear and which is designed to absorb a force from an actuator interacting with the at least one ring gear positioning element and to move the ring gear axially into at least one of the three positions and/or to fix it in one of the three positions.
Die Einrichtung weist ein Steuergerät zum Ansteuern des Getriebes in einem Kraftfahrzeug auf, wobei das Steuergerät folgende Merkmale aufweist:
- - eine Schnittstelle zum Einlesen eines Erkennungssignals, das einen Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs repräsentiert, und
- - eine Ansteuereinheit zur auf das Erkennungssignal ansprechenden Ansteuerung eines Verbringens des Hohlrades in eine der Positionen, in der das Getriebe freiläuft.
- - an interface for reading a detection signal representing a sailing operation of the motor vehicle, and
- - a control unit for controlling, in response to the detection signal, a movement of the ring gear into one of the positions in which the transmission runs freely.
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung gemäß einer speziellen Ausführungsform ein Getriebe zur Anordnung zwischen einer Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors und einem Riementrieb, wobei das Getriebe die folgenden Merkmale aufweist:
- - eine Getriebeeinheit mit einem axial beweglichen, insbesondere stets im Verzahnungsreingriff befindlichen Hohlrad zur Übertragung einer Kraft oder eines Drehmomentes zwischen dem Riementrieb und der Kurbelwelle, wobei das Hohlrad in zumindest drei unterschiedliche vordefinierte axiale Positionen verschiebbar ist, derart, dass die Getriebeeinheit in den unterschiedlichen Positionen des Hohlrades insbesondere
- - A) entweder frei läuft und/oder eine je nach Kurbelwellen- oder Riemenraddrehzahl variable Geschwindigkeit einnehmen kann, oder
- - B) ein Übersetzungsverhältnis zwischen Riemenscheibe und Kurbelwelle ü < 1 einstellt, sodass von der Riemenscheibe ausgehend ein Leistungsfluss zur Kurbelwelle erfolgt und diese somit bei kleinen Drehzahlen und hohen Momenten zum Starten antreibbar ist, oder
- - C) ein weiteres Übersetzungsverhältnis eingestellt wird, bei dem der Leistungsfluss von der Kurbelwelle auf die Riemenscheibe erfolgt,
- - ausgeführt mit zumindest einem Hohlradpositionierungselement, das am Hohlrad angeordnet ist und das so ausgebildet ist, eine Kraft von einem mit dem zumindest einen Hohlradpositionierungselement zusammenwirkenden Aktuator aufzunehmen und das Hohlrad in zumindest eine der drei Positionen axial zu bewegen und/oder in einer der drei Positionen zu fixieren.
- - a transmission unit with an axially movable ring gear, in particular always in meshing engagement, for transmitting a force or a torque between the belt drive and the crankshaft, wherein the ring gear can be displaced into at least three different predefined axial positions, such that the transmission unit in the different positions of the ring gear in particular
- - A) either runs freely and/or can assume a variable speed depending on the crankshaft or pulley speed, or
- - B) a gear ratio between the pulley and the crankshaft ü < 1 is set, so that a power flow from the pulley to the crankshaft occurs and the crankshaft can thus be driven for starting at low speeds and high torques, or
- - C) another gear ratio is set at which the power flow is from the crankshaft to the pulley,
- - designed with at least one ring gear positioning element which is arranged on the ring gear and which is designed to absorb a force from an actuator interacting with the at least one ring gear positioning element and to move the ring gear axially into at least one of the three positions and/or to fix it in one of the three positions.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Variante eines vorstehend beschriebenen Getriebes in einem Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Einlesen eines Erkennungssignals, das einen Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs repräsentiert; und ansprechend auf das Erkennungssignal, Verbringen des Hohlrades in eine der Positionen, in der das Getriebe freiläuft.
- - Reading a detection signal which represents a coasting operation of the motor vehicle; and in response to the detection signal, moving the ring gear into one of the positions in which the transmission freewheels.
Auch schafft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät zum Ansteuern einer Variante eines vorstehend beschriebenen Getriebes in einem Kraftfahrzeug, wobei das Steuergerät folgende Merkmale aufweist:
- - eine Schnittstelle zum Einlesen eines Erkennungssignals, das einen Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs repräsentiert; und
- - eine Ansteuereinheit zur auf das Erkennungssignal ansprechenden Ansteuerung eines Verbringens des Hohlrades in eine der Positionen, in der das Getriebe freiläuft.
- - an interface for reading a detection signal representing a sailing operation of the motor vehicle; and
- - a control unit for controlling, in response to the detection signal, a movement of the ring gear into one of the positions in which the transmission runs freely.
Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte eines der erfindungsgemäßen Verfahren in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The present invention thus creates a control device that is designed to carry out or implement the steps of one of the methods according to the invention in corresponding devices. This embodiment of the invention in the form of a control device can also quickly and efficiently solve the problem underlying the invention.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensor- und/oder Datensignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In this case, a control unit can be understood as an electrical device that processes sensor and/or data signals and outputs control and/or data signals depending on them. The control unit can have an interface that can be designed as hardware and/or software. In a hardware design, the interfaces can, for example, be part of a so-called system ASIC, which contains a wide variety of functions of the control unit. However, it is also possible for the interfaces to be separate integrated circuits or to consist at least partially of discrete components. In a software design, the interfaces can be software modules that are present on a microcontroller alongside other software modules, for example.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einer Datenverarbeitungsanlage wie einem Steuergerät oder allgemein einer Vorrichtung ausgeführt wird.A computer program with program code stored on a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk disk storage or an optical storage device and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above when the computer program is executed on a computer, a data processing system such as a control device or a device in general.
Unter einem Riementrieb kann beispielsweise eine Kraft- und/oder Drehbewegungsübertragungsvorrichtung von einer Elektromaschine und/oder einer anderen An- oder Abtriebswelle auf das Getriebe verstanden werden. Unter einer Getriebeeinheit kann ein mechanisches Element verstanden werden, welches in unterschiedlichen Positionen eines axial bewegbaren Hohlrads ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis für eine wechselseitige Übertragung einer Drehbewegung zwischen dem Riementrieb und der Kurbelwelle aufweist. Auch kann die Getriebeeinheit in einer vorbestimmten Position freilaufen, das heißt eine Kraft oder ein Drehmoment zwischen dem Riementrieb und der Kurbelwelle oder umgekehrt übertragen. Unter einem Hohlradpositionierungselement kann ein Element verstanden werden, welches am Hohlrad befestigt ist und eine Bewegung des Hohlrades zwischen unterschiedlichen Positionen ermöglicht oder das Hohlrad in diesen Positionen fixiert.A belt drive can be understood, for example, as a force and/or rotary motion transmission device from an electric machine and/or another input or output shaft to the transmission. A transmission unit can be understood as a mechanical element which, in different positions of an axially movable ring gear, has a different transmission ratio for a mutual transmission of rotary motion between the belt drive and the crankshaft. The transmission unit can also run freely in a predetermined position, i.e. transmit a force or a torque between the belt drive and the crankshaft or vice versa. A ring gear positioning element can be understood as an element which is attached to the ring gear and enables movement of the ring gear between different positions or fixes the ring gear in these positions.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass insbesondere für den Segelbetrieb des Fahrzeugs ein Freilauf des Getriebes ermöglicht wird, um eine Übertragung von Energie über den Riementrieb zu ermöglichen, ohne auf die Kurbelwellendrehzahl, die insbesondere auch null betragen kann, Rücksicht zu nehmen.The present invention is based on the finding that, in particular for the sailing operation of the vehicle, a freewheel of the transmission is made possible in order to enable a transmission of energy via the belt drive without taking into account the crankshaft speed, which in particular can also be zero.
Hierzu kann beispielsweise der Kraftfahrzeugmotor von dem Riementrieb entkoppelt werden und zugleich eine Kraft von der Elektromaschine zum Nebentrieb übertragen werden, der ebenfalls über den Riementrieb mit einer Elektromaschine gekoppelt ist. Dabei kann jedoch sichergestellt werden, dass sowohl für das Starten des Fahrzeugmotors Energie beziehungsweise ein Drehmoment über den Riementrieb zur Kurbelwelle übertragen werden kann, als auch für den normalen Fahrbetrieb, in dem die Räder des Fahrzeugs und der Riementrieb von dem Kraftfahrzeugmotor angetrieben werden, Energie von der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors über das Getriebe zum Riementrieb (an dem vorzugsweise die Elektromaschine angeschlossen ist) übertragen werden kann. Hierzu wird zugleich berücksichtigt, dass für das Starten des Fahrzeugmotors ein anderes Übersetzungsverhältnis benötigt wird, als für das Übertragen von Energie von der Kurbelwelle über das Getriebe zum Riementrieb. Besonders einfach realisierbar ist ein solches Getriebe dadurch, dass diese unterschiedlichen Kraft-bzw. Drehmomentübertragungszustände durch ein stets im Verzahnungseingriff befindliches axial bewegliches Hohlrad eingestellt werden können. Das Hohlrad kann dabei durch ein Hohlradpositionierungselement, welches am Hohlrad angeordnet oder befestigt ist, in unterschiedliche Positionen gebracht oder dort fixiert werden. Somit wird in die eine oder andere Richtung das gewünschte Kraft- beziehungsweise Drehmomentübertragungsverhältnis erreicht. Durch die technisch einfachere axiale Verstellungsmöglichkeit des Hohlrades lässt sich das Getriebe auch in beengten räumlichen Verhältnissen, wie sie im Bereich eines Kraftfahrzeugmotors auftreten, relativ einfach umsetzen.For this purpose, for example, the motor vehicle engine can be decoupled from the belt drive and at the same time a force can be transmitted from the electric machine to the auxiliary drive, which is also coupled to an electric machine via the belt drive. However, it can be ensured that energy or a torque can be transmitted via the belt drive to the crankshaft for starting the vehicle engine, and that energy can be transmitted from the crankshaft of the vehicle engine via the gearbox to the belt drive (to which the electric machine is preferably connected) for normal driving, in which the wheels of the vehicle and the belt drive are driven by the motor vehicle engine. At the same time, it is taken into account that a different transmission ratio is required for starting the vehicle engine than for transmitting energy from the crankshaft via the gearbox to the belt drive. Such a transmission is particularly easy to implement because these different force or torque transmission states can be set by an axially movable ring gear that is always in gear engagement. The ring gear can be moved into different positions or fixed there by a ring gear positioning element which is arranged or attached to the ring gear. This means that the desired force or torque transmission ratio is achieved in one direction or the other. The technically simpler axial adjustment option of the ring gear means that the transmission can be implemented relatively easily even in confined spaces, such as those found in a motor vehicle engine.
Die vorliegende Erfindung bietet somit den Vorteil, neben einer Kopplung zwischen dem Riementrieb und der Kurbelwelle eines Fahrzeugmotors, mit sowohl einer Einkopplung eines Drehmoments vom Riementrieb auf die Kurbelwelle als auch einer Einkopplung eines Drehmoments von der Kurbelwelle auf den Riementrieb (bei einem anderen Übersetzungsverhältnis) zusätzlich noch eine Freilauffunktion darzustellen, die insbesondere eine Entkopplung einer Kraft- oder Drehmomentübertragung vom Riementrieb auf die Kurbelwelle oder umgekehrt bewirkt. Somit kann insbesondere im Segelbetrieb des Fahrzeugs der Nebentrieb autark mit Hilfe der Elektromaschine betrieben werden. Zugleich lässt sich durch den vorliegend vorgestellten Ansatz ein Getriebe schaffen, welches mit einfachen technischen Elementen auskommt, um die gewünschten Funktionen sicherzustellen und es ferner einen geringen Platzbedarf aufweist.The present invention therefore offers the advantage of providing a freewheel function in addition to a coupling between the belt drive and the crankshaft of a vehicle engine, with both a coupling of a torque from the belt drive to the crankshaft and a coupling of a torque from the crankshaft to the belt drive (with a different gear ratio), which in particular causes a decoupling of a force or torque transmission from the belt drive to the crankshaft or vice versa. This means that the auxiliary drive can be operated independently with the help of the electric machine, particularly when the vehicle is coasting. At the same time, the approach presented here can be used to create a transmission that uses simple technical elements to ensure the desired functions and also requires little space.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Getriebeeinheit zur Untersetzung einer Bewegung von dem Riementrieb zur Kurbelwelle ausgebildet sein, wenn sich das Hohlrad in einer ersten Position befindet, insbesondere wobei die erste Position eine ausgelenkte Position des Hohlrades repräsentiert. Unter einer ausgelenkten Position kann eine Randposition der zur Verfügung stehenden Positionen verstanden werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Getriebeeinheit ein zuverlässiges Starten des Fahrzeugmotors sichergestellt werden kann, wobei ein hinreichend großes Drehmoment vom Riementrieb auf die Kurbelwelle übertragen werden kann.According to one embodiment of the present invention, the gear unit can be designed to reduce a movement from the belt drive to the crankshaft when the ring gear is in a first position, in particular wherein the first position represents a deflected position of the ring gear. A deflected position can be understood as an edge position of the available positions. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the gear unit can ensure reliable starting of the vehicle engine, wherein a sufficiently large torque can be transmitted from the belt drive to the crankshaft.
Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Getriebeeinheit zur direkten Übertragung einer Bewegung von der Kurbelwelle zum Riementrieb ausgebildet ist, wenn sich das Hohlrad in einer zweiten Position befindet, insbesondere wobei die zweite Position eine ausgelenkte Position des Hohlrades repräsentiert. Unter einer direkten Übertragung einer Bewegung von der Kurbelwelle zum Nebentrieb kann beispielsweise eine Übertragung der Bewegung mit einem Übersetzungsverhältnis von im Wesentlichen eins zu eins verstanden werden. Unter einer ausgelenkten Position kann ebenfalls eine Randposition der zur Verfügung stehenden Positionen verstanden werden. Beispielsweise kann die zweite Position eine der ersten Position bezüglich einer mittleren Position gegenüberliegende Position sein. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Getriebeeinheit ein möglichst hoher Wirkungsgrad bei der Rekuperation von Energie bei einer hohen Drehzahl von der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors über das Getriebe auf dem Riementrieb (und einer an den Riementrieb angeschlossenen Elektromaschine) erreichbar ist.Another advantageous embodiment of the present invention is one in which the gear unit is designed to directly transmit a movement from the crankshaft to the belt drive when the ring gear is in a second position, in particular where the second position represents a deflected position of the ring gear. A direct transmission of a movement from the crankshaft to the auxiliary drive can, for example, mean a transmission of the movement with a gear ratio of essentially one to one. A deflected position can also be understood as an edge position of the available positions. For example, the second position can be a position opposite the first position with respect to a middle position. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the gear unit can achieve the highest possible efficiency in the recuperation of energy at a high speed from the crankshaft of the vehicle engine via the gear on the belt drive (and an electric machine connected to the belt drive).
Günstig ist es ferner, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Hohlrad in einem Ruhezustand des Getriebes in einer mittleren der Positionen angeordnet ist und/oder wobei ein Teil der Getriebeeinheit freiläuft, wenn sich das Hohlrad in der mittleren der Positionen befindet. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Schaltung des Getriebes in eine gewünschte Kraft- bzw. Drehmomentübertragungsrichtung, ausgehend von einem Ruhezustand des Hohlrads, sehr schnell schaltbar ist.It is also advantageous if, according to an embodiment of the present invention, the ring gear is arranged in a middle position when the transmission is in a rest state and/or a part of the transmission unit runs freely when the ring gear is in the middle position. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the transmission can be switched very quickly in a desired force or torque transmission direction, starting from a rest state of the ring gear.
Technisch sehr einfach lässt sich das Hohlrad in einer mittleren Position stabilisieren oder fixieren, wenn das Hohlrad zur Stabilisierung in einer mittleren der Positionen beispielsweise eine Kugel aufweist, die mittels eines Federelementes in eine Ausnehmung gepresst ist. Technically, the ring gear can be stabilized or fixed in a middle position very easily if the ring gear has, for example, a ball for stabilization in a middle position, which is pressed into a recess by means of a spring element.
Dabei kann das Federelement in einer Ausnehmung des Hohlrades angeordnet und somit mit dem Hohlrad verbunden sein, wobei die Ausnehmung, in die die Kugel gepresst ist, in einer Drehachse des Hohlrads angeordnet ist. Diese Ausnehmung, in die die Kugel gepresst ist, kann beispielsweise als Nut um die Drehachse des Hohlrads verlaufen. Auf diese Weise wird die Kugel bei einer Drehung des Hohlrads in der Ausnehmung gehalten, wobei durch den Druck des Federelements auf die Kugel auch das Hohlrad bei einer Drehung desselben in der gewünschten mittleren Position gehalten wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Stabilisierung bzw. Fixierung des Hohlrads in der mittleren Position, in der sich die Kraft, diese Position zu verändern, über die Nutform darstellen lässt, technisch sehr einfach und somit kostengünstig ausgeführt werden kann.The spring element can be arranged in a recess in the ring gear and thus connected to the ring gear, the recess into which the ball is pressed being arranged in a rotation axis of the ring gear. This recess into which the ball is pressed can, for example, run as a groove around the rotation axis of the ring gear. In this way, the ball is held in the recess when the ring gear rotates, the pressure of the spring element on the ball also holds the ring gear in the desired middle position when it rotates. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that stabilization or fixation of the ring gear in the middle position, in which the force to change this position can be represented by the shape of the groove, can be carried out in a technically very simple and therefore cost-effective manner.
Um eine besonders sichere Fixierung des Hohlrads in zumindest einer der Positionen sicherzustellen, kann das Hohlradpositionierungselement eine Halteplattenverzahnung auf einer dem Hohlrad abgewandten Oberfläche aufweisen. Eine derartige Halteplattenverzahnung kann beispielsweise mit einem der Halteplattenverzahnung gegenüberliegenden Halteelement eines Aktuators Eingriff nehmen, sodass das Hohlrad sehr verdrehungssicher oder rutschfest und selbsthaltend an diesem Halteelement des Aktuators fixiert oder gehalten werden kann und sich durch Momentumkehr selbstständig löst.In order to ensure a particularly secure fixation of the ring gear in at least one of the positions, the ring gear positioning element can have a retaining plate toothing on a surface facing away from the ring gear. Such a retaining plate toothing can, for example, engage with a retaining element of an actuator opposite the retaining plate toothing, so that the ring gear can be fixed or held on this retaining element of the actuator in a very torsion-proof or non-slip and self-retaining manner and releases itself through torque reversal.
Besonders zuverlässig kann das Hohlrad in eine gewünschte Position der zur Verfügung stehenden Positionen gebracht werden, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusätzlich ein Aktuator vorgesehen ist, der mit dem Hohlradpositionierungselement zusammenwirkt. Das Getriebe kann gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner einen Aktuator aufweisen, der an der Kurbelwelle und/oder an einem Gehäuse des Getriebes befestigt ist, wobei der Aktuator mit dem Hohlradpositionierungselement zusammenwirkend angeordnet ist, um das Hohlrad in einer ersten der Positionen am Getriebegehäuse zu fixieren und/oder um das Hohlrad in einer zweiten der Positionen an der Kurbelwelle zu fixieren. Besonders einfach kann ein solcher Aktuator angesteuert werden, wenn der Aktuator als ein elektromagnetischer, elektrischer, mechanischer, pneumatischer und/oder hydraulischer Aktuator ausgebildet ist.The ring gear can be brought into a desired position of the available positions particularly reliably if, according to an embodiment of the present invention, an actuator is additionally provided which interacts with the ring gear positioning element. According to this embodiment of the present invention, the transmission can further comprise an actuator which is fastened to the crankshaft and/or to a housing of the transmission, wherein the actuator is arranged to interact with the ring gear positioning element in order to fix the ring gear in a first of the positions on the transmission housing and/or to fix the ring gear in a second of the positions on the crankshaft. Such an actuator can be controlled particularly easily if the actuator is designed as an electromagnetic, electrical, mechanical, pneumatic and/or hydraulic actuator.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Draufsichtdarstellung eines Riementriebs; -
2 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
3 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer Lagereinrichtung zur Stabilisierung des Hohlrades in einer mittleren Position; -
4 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen einer Auslenkungskraft, die zur Auslenkung des Hohlrades um eine Entfernung x aus der mittleren Position aufzuwenden ist; -
5 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Übertragungseinrichtung; -
6 ein Zustandsdiagramm zur Darstellung der unterschiedlichen Zustände und deren Übergänge, die ein Hohlrad in einem Getriebe annehmen kann; und -
7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
-
1 a schematic plan view of a belt drive; -
2 a schematic sectional view through an embodiment of the present invention; -
3 a schematic sectional view through an embodiment of a bearing device for stabilizing the ring gear in a middle position; -
4 a diagram showing a relationship between a deflection force that is required to deflect the ring gear by a distance x from the middle position; -
5 a schematic sectional view of an embodiment of a transmission device; -
6 a state diagram to show the different states and their transitions that a ring gear in a transmission can assume; and -
7 a flow chart of an embodiment of the present invention as a method.
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung eventuell unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt, sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal/Schritt und einem zweiten Merkmal/Schritt, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal / den ersten Schritt als auch das zweite Merkmal / den zweiten Schritt und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal / Schritt oder nur das zweite Merkmal / Schritt aufweist.The same or similar elements may be identified in the figures by the same or similar reference numerals. chen, whereby a repeated description is dispensed with. Furthermore, the figures of the drawings, their description and the claims contain numerous features in combination. A person skilled in the art will realize that these features can also be considered individually or they can be combined to form further combinations not explicitly described here. Furthermore, the invention is possibly explained in the following description using different measurements and dimensions, whereby the invention is not to be understood as being restricted to these measurements and dimensions. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated and carried out in a different order than in the described. If an embodiment includes an “and/or” link between a first feature/step and a second feature/step, this can be read as meaning that the embodiment according to one embodiment has both the first feature/step and the second feature/step and according to another embodiment either only the first feature/step or only the second feature/step.
Um die vorstehend genannten Funktionen zu implementieren, kann ein Getriebe verwendet werden, welches an oder in der Kurbelwellenriemenscheibe verbaut wird.
Zur Sicherstellung derartiger Funktionen des Getriebes 130, weist das Getriebe 130 eine in
Der Riementrieb 100 ermöglicht somit ein riementriebbasiertes Segel-Start-Stopp-System (SSSS), bei der das Getriebe 130 vorwiegend innerhalb des Bauvolumens einer Kurbelwellenriemenscheibe des Getriebes 130 ausgestaltet ist und die mehrere Funktionen implementiert, die im Folgenden näher beschrieben werden.The
Eine erste der durch das Getriebe 130 realisierten Funktionen (Starterbetrieb) besteht in der Funktion des riementriebbasierten Segel-Start-Stopp-Systems als Einheit zum Starten des Fahrzeugmotors bei Kaltstart oder Warmstart mit Leistungsfluss 145 von der Riemenscheibe zur Kurbelwelle. Wegen der hohen zu übertragenden Drehmomente in Richtung der Kurbelwelle 150 beim Startbetrieb, wird das leistungsverzweigte Getriebe 130 mit einer Untersetzung von ca. 1:5 betrieben.A first of the functions implemented by the transmission 130 (starter operation) consists in the function of the belt drive-based sailing start-stop system as a unit for starting the vehicle engine during a cold start or warm start with
Eine zweite der durch das Getriebe 130 realisierten Funktionen (Generatorbetrieb, ca. 87% der Betriebszeit des Riementriebs 100) besteht in der Funktion des riementriebbasierten Segel-Start-Stopp-Systems als Einheit zum Generieren der erforderlichen Energie durch die Elektromaschine mit einem Leistungsfluss 160 von der Kurbelwelle 150 zum Riemen 140 und über das Antriebsrad 110 zur daran gekoppelten Elektromaschine. Für die Funktion des Generierens liegt dabei die Getriebeübersetzung jedoch systembedingt bei 1:1, um ausreichend hohe Drehzahlen des Antriebsrades 110 der Elektromaschine zu erreichen, damit die Elektromaschine einen möglichst hohen Wirkungsgrad erreicht.A second of the functions implemented by the transmission 130 (generator operation, approximately 87% of the operating time of the belt drive 100) consists in the function of the belt drive-based sailing start-stop system as a unit for generating the required energy through the electric machine with a
Eine dritte der durch das Getriebe 130 realisierten Funktionen (Segelbetrieb, ca. 13% der Betriebszeit des Riementriebs 100) besteht in der Funktion des riementriebbasierten Segel-Start-Stopp-Systems als separat, ohne Drehen des Verbrennungsmotors als drehende Einheit, die während des Segelbetriebs mit der Forderung des gleichzeitigen Betriebes der Nebenaggregate am Riementrieb 100 als angeschlossene Verbraucher zur Unterstützung der Bordfunktionen.A third of the functions implemented by the gear 130 (sailing operation, approximately 13% of the operating time of the belt drive 100) consists in the function of the belt drive-based sailing start-stop system as a separate, without turning the gear combustion engine as a rotating unit which, during sailing operation, requires the simultaneous operation of the auxiliary units on the
Diese Funktionalitäten erfüllt das in der
Dazu ist es besonders günstig, wenn das Hohlrad komplett frei laufen kann. Diese Funktionen lassen sich durch unterschiedliche Positionen des Hohlrades im Getriebe 130 erreichen, die nachfolgend näher beschrieben werden:
- 1) Startbetrieb: Das Hohlrad ist am Motorgehäuse fixiert.
- 2) Generatorbetrieb: Das Hohlrad ist am Planetenträger fixiert.
- 3) Segelbetrieb: Das Hohlrad läuft frei ohne Fixierung.
- 1) Starting operation: The ring gear is fixed to the engine housing.
- 2) Generator operation: The ring gear is fixed to the planet carrier.
- 3) Sailing operation: The ring gear runs freely without fixation.
Um die genaue Funktionsweise des Getriebes 130 näher zu beschreiben, ist in
Die Stellung dieses Hohlrades hat somit drei markante axiale Positionen:
- Position 1 (
Position 230a): Das Hohlrad ist fixiert gegen Gehäuse. Diese Fixierung neben der Fixierung am Aktuator 265 kann auch momentenabhängig sein. Sie ist dann beispielsweise zum einen selbsthaltend, wenn einMoment vom Hohlrad 210zur Kurbelwelle 150 übertragen werden soll, und ist zum anderen selbstlösend, wenn ein Momentvon der Kurbelwelle 150zum Hohlrad 210 übertragen werden soll. Die Aktuierung dieser Position 1 erfolgt günstigerweise, wie zuvor beschrieben, durch geeignete elektromagnetische Aktuatoren. Die Selbsthaltung und Lösung erfolgt, wie vorstehend ebenfalls näher beschrieben,durch Verzahnungen 275 bzw. 277 in Kombination mit einem der elektromagnetischen Aktuatoren 265. - Position 2 (
Position 230c): Das Hohlrad ist fixiert am Planetenträger. Nachdem der Startvorgang abgeschlossen ist und die Verbrennungsmaschine gezündet hat, dreht sich dasMoment zwischen Hohlrad 210 undKurbelwelle 150 um. Damit erfolgt die in Position 1 (230a) beschriebene Lösung des elektromagnetischen Aktuators 265und das Hohlrad 210 wird in die freilaufende Segel-Position gedrückt, die in der2 die mittlere Position 230b darstellt. - Position 3 (
Position 230b): Das Hohlrad ist freilaufend ohne Fixierung. Bei Segelwunsch sollte die Elektromaschine dafür Sorge tragen, die Nebenaggregate zu betreiben.
- Position 1 (
position 230a): The ring gear is fixed against the housing. This fixation, in addition to the fixation on the actuator 265, can also be torque-dependent. For example, it is then self-locking on the one hand when a torque is to be transmitted from thering gear 210 to thecrankshaft 150, and it is self-releasing on the other hand when a torque is to be transmitted from thecrankshaft 150 to thering gear 210. The actuation of this position 1 is advantageously carried out, as previously described, by suitable electromagnetic actuators. The As also described in more detail above, self-holding and release is achieved by 275 and 277 in combination with one of the electromagnetic actuators 265.gears - Position 2 (
position 230c): The ring gear is fixed to the planet carrier. After the start-up process is complete and the combustion engine has ignited, the torque between thering gear 210 and thecrankshaft 150 is reversed. This causes the release of the electromagnetic actuator 265 described in position 1 (230a) and thering gear 210 is pushed into the free-running sail position, which is in the2 themiddle position 230b. - Position 3 (
position 230b): The ring gear runs freely without being fixed. If sailing is desired, the electric motor should ensure that the auxiliary units are operated.
Zur Fixierung von den bewegten Teilen des Getriebes 130 ist anzumerken, dass als Voraussetzung die zu fixierenden Teile vor der Fixierung synchronisiert werden sollten. Ferner können die zu fixierenden Teile des Getriebes 130 auch einen Hinterschnitt aufweisen, der einer Selbsterhaltung der Fixierung dient. Für eine solche Fixierung ist beispielsweise eine Kraft von 300 N vorgesehen. Bei einer Momentumkehr kann somit auch ein Freischieben von gegeneinander fixierten Teilen des Getriebes 130 erfolgen.Regarding the fixing of the moving parts of the
Wie bereits zuvor genannt, kann durch die Lagereinrichtung 250 das Hohlrad 210 in der mittleren Position 230b gehalten werden.
Zur Übertragung eines Ansteuersignals 262 an einen Aktuator 265b, der mit der Kurbelwelle 150 verbunden ist, wird entsprechend den Ausführungen zur
Um nun einen Betrieb des Getriebes 130 näher zu beschreiben, wird in
Läuft nun der Motor 220 zum Antrieb des Fahrzeugs, kann in einem Zustandsübergang 630 eine Aktivierung des Aktuators 265b an der Kurbelwelle 150 erfolgen, um die Fixierung des Hohlrads 210 des Getriebes 130 am Planetenträger einzuleiten, um das Getriebe 130 in einen Zustand C zu bringen, in dem eine 1:1-Übertragung der Drehbewegung von der Kurbelwelle 150 auf den Riementrieb 100 erfolgt. In diesem Zustand C erfolgt ein Generieren von elektrischer Energie in der Elektromaschine. Wird nun beispielsweise der Motor 220 im Start-Stopp-Betrieb ausgeschaltet und das Fahrzeug geht in den Segelbetrieb über, erfolgt ein Zustandsübergang 640, in dem beispielsweise ein kurzzeitiges Lösen der Fixierung zwischen dem Hohlrad 210 und der Kurbelwelle 150 durch ein Variieren der Drehzahl der Elektromaschine erfolgt, sodass eine Momentenumkehr am Hohlrad 210 auftritt, welche die Fixierung zwischen dem Hohlrad 210 und der Kurbelwelle 150 löst. In diesem Fall wird das Hohlrad 210 wieder in die mittlere Position 230b gelangen, in der das Getriebe 130 freiläuft. Um den Zustandsübergang 640 anzusteuern, kann beispielsweise das Steuergerät 260 aus
Alternativ kann beispielsweise auch durch das Steuergerät 260 ein jeweils zuvor aktivierter Aktuator 265 mit einem umgekehrten Signal beaufschlagt werden, wodurch eine Fixierung des Hohlrads 210 mit einem der Aktuatoren 265 bzw. an einem Gehäuse des Motors 220 oder der Kurbelwelle 150 gelöst wird.Alternatively, for example, the
Der hier vorgestellte Ansatz lässt ferner auch eine Darstellung eines Planetengetriebes mit einer Kette anstelle von Stirnrädern zu. Es kann eine Integration des Getriebes in Start-Stopp-Systemen erfolgen, wo unterschiedliche Übersetzungen notwendig sind, vorzugsweise im Kurbelwellenriemenrad. Ferner ist durch den hier vorgestellten Ansatz eine Reduzierung hoher Fertigungskosten herkömmlicher Planetengetriebe möglich, da statt fünf verzahnten Stirnrädern lediglich zwei verzahnte Kettenräder benötigt werden. Zusätzlich ist der Bau von einfachen Planetengetrieben z. B. Leistungsmischgetriebe mit Freilauffunktion und deren Integration in ein Start-Stopp-System einfach möglich.The approach presented here also allows a planetary gear to be designed with a chain instead of spur gears. The gear can be integrated into start-stop systems where different gear ratios are required, preferably in the crankshaft pulley. Furthermore, the approach presented here makes it possible to reduce the high manufacturing costs of conventional planetary gears, since only two toothed chain wheels are required instead of five toothed spur gears. In addition, it is easy to build simple planetary gears, e.g. power mixing gears with a freewheel function, and integrate them into a start-stop system.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- RiementriebBelt drive
- 110110
- Antriebsraddrive wheel
- 120120
- TriebradDrive wheel
- 130130
- Getriebetransmission
- 140140
- Riemenbelt
- 145145
- LeistungsflussPower flow
- 150150
- Kurbelwellecrankshaft
- 160160
- LeistungsflussPower flow
- 200200
- RiemenradPulley
- 210210
- HohlradRing gear
- 220220
- Motor des FahrzeugsVehicle engine
- 230a230a
- erste Positionfirst position
- 230b230b
- mittlere Positionmiddle position
- 230c230c
- zweite Positionsecond position
- 240240
- PlanetensatzPlanetary set
- 250250
- LagereinrichtungStorage facility
- 260260
- SteuergerätControl unit
- 262262
- AnsteuersignalControl signal
- 265265
- AktuatorActuator
- 265a265a
- AktuatorActuator
- 265b265b
- AktuatorActuator
- 270270
- HohlradpositionierungselementRing gear positioning element
- 275275
- HalteplattenverzahnungHolding plate toothing
- 277277
- VerzahnungGearing
- 280280
- Vorsprung der KurbelwelleCrankshaft projection
- 285285
- ÜbertragungseinrichtungTransmission device
- 287287
- Schnittstelleinterface
- 290290
- ErkennungssignalDetection signal
- 292292
- AnsteuereinheitControl unit
- 295295
- ElektromaschinensteuersignalElectric machine control signal
- 300300
- KugelBullet
- 310310
- AusnehmungRecess
- 320320
- DrehachseRotation axis
- 330330
- FederelementSpring element
- 340340
- FederelementausnehmungSpring element recess
- 500500
- gegenüberliegende Spulen bzw. Ringeopposite coils or rings
- 500a500a
- obere Spuleupper coil
- 500b500b
- untere bewegliche Spule bzw. unterer Ringlower movable coil or lower ring
- 600600
- ZustandsdiagrammState diagram
- 610610
- ZustandsübergangState transition
- 620620
- ZustandsübergangState transition
- 630630
- ZustandsübergangState transition
- 640640
- ZustandsübergangState transition
- 700700
- VerfahrenProceedings
- 710710
- Schritt des EinlesensStep of reading
- 720720
- Schritt des VerbringensStep of transfer
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-
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: SR HUEBNER - MUNICH PATENTANWALTSPARTNERSCHAFT, DE Representative=s name: GRUENECKER PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTG MB, DE Representative=s name: LEHMANN, HORST, DIPL.-PHYS.UNIV., DE Representative=s name: GRUENECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & SCHWANHAEUS, DE |
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R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HOCHSCHULE MUENCHEN, DE Free format text: FORMER OWNER: IWIS MOTORSYSTEME GMBH & CO. KG, 81369 MUENCHEN, DE |
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R082 | Change of representative |
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R082 | Change of representative |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
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R016 | Response to examination communication | ||
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