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Für die Anmeldung wird die Priorität der am 19. Juni 2014 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2014-0074901 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die Erfindung betrifft ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges, und insbesondere ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges, das eine elektrische Belastung durch Erhöhen des Anteils eines mechanischen Leistungsübertragungspfades beim Aufteilen der Verbrennungsmotorleistung reduziert, um eine große Menge an Verbrennungsmotorleistung zu nutzen, einen Verbrennungsmotormodus beim Starten eines Fahrzeuges ersetzt, um die Anzahl von Moduswechseln zu reduzieren, und eine Drehzahländerung jedes Drehelements beim Moduswechsel minimiert.
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Eine umweltfreundliche Technologie eines Fahrzeuges ist eine Kerntechnologie, die den Fortbestand der Fahrzeugindustrie in der Zukunft reflektiert, und fortgeschrittene Fahrzeughersteller richten ihre gesamte Anstrengung auf die Entwicklung umweltfreundlicher Fahrzeuge, um die Umwelt- und Kraftstoffeffizienzbestimmungen zu erfüllen.
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Die Fahrzeughersteller haben ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (FCEV) und dergleichen als eine zukünftige Fahrzeugtechnologie entwickelt.
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Es gibt Grenzen und Einschränkungen in der Technologie, wie Gewicht, Kosten und dergleichen, bei den zukünftigen Fahrzeugen, und daher haben die Fahrzeughersteller Hybridfahrzeuge als Alternativen für praktische Aufgabenstellungen betrachtet, um die Abgasemissionssteuerung zu erfüllen und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, und stehen in einem heftigen Wettbewerb, um Hybridfahrzeuge zu kommerzialisieren.
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Hybridfahrzeuge verwenden zwei oder mehr Antriebsquellen und können in unterschiedlicher Weise kombiniert werden. Als Antriebsquellen werden ein vorhandener Benzinmotor oder ein Dieselmotor, der fossilen Brennstoff verwendet, und ein Motor/Generator, der durch elektrische Energie angetrieben wird, gemeinsam verwendet.
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Hybridfahrzeuge nutzen einen Motor/Generator mit relativ guten Drehmomentcharakteristika bei niedriger Geschwindigkeit als eine Hauptantriebsquelle bei einer niedrigen Geschwindigkeit und einen Verbrennungsmotor mit relativ guten Drehmomentcharakteristika bei hoher Geschwindigkeit als eine Hauptantriebsquelle bei einer hohen Geschwindigkeit.
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Daher wird in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich der Betrieb eines Verbrennungsmotor, der fossilen Brennstoff verwendet, bei Hybridfahrzeugen gestoppt, und stattdessen wird ein Motor/Generator verwendet, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und die Abgase zu reduzieren.
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Leistungsübertragungssysteme von derartigen Hybridfahrzeugen sind als ein Einmodustyp und ein Mehrmodustyp klassifiziert.
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Das Leistungsübertragungssystem des Einmodustyps ist dadurch vorteilhaft, dass kein Drehmomentübertragungsmechanismus, wie eine Kupplung oder eine Bremse, benötigt wird, jedoch wird die Effizienz herabgesetzt, wenn ein Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, so dass die Kraftstoffeffizienz gering ist, und um das System bei einem großen Fahrzeug zu verwenden, ist ein zusätzlicher Drehmomentverstärker erforderlich.
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Das Leistungsübertragungssystem des Mehrmodustyps hat eine hohe Effizienz, wenn ein Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, und da das System so gestaltet ist, dass es das Drehmoment selbst verstärken kann, ist das Leistungsübertragungssystem des Mehrmodustyps bei mittelgroßen und großen Fahrzeugen anwendbar.
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Daher wird in den letzten Jahren hauptsächlich das Leistungsübertragungssystem des Mehrmodustyps anstelle des Leistungsübertragungssystems des Einmodustyps verwendet, und die Forschung an dem Leistungsübertragungssystem des Mehrmodustyps wird aktiv durchgeführt.
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Das Leistungsübertragungssystem des Mehrmodustyps weist eine Mehrzahl von Planetengetriebesätzen, eine Mehrzahl von Motor/Generatoren, die als Motoren und Generatoren verwendet werden, eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungsmechanismen (Reibelementen), die Drehelemente der Planetengetriebesätze steuern, eine Batterie, die als eine Antriebsquelle der Motor/Generatoren verwendet wird, und dergleichen auf.
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Das Leistungsübertragungssystem des Mehrmodustyps hat verschiedene Betriebsmechanismen entsprechend den Verbindungskonfigurationen der Planetengetriebesätze, der Motor/Generatoren und der Drehmomentübertragungsmechanismen.
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Ebenso haben Leistungsübertragungssysteme des Mehrmodustyps die Eigenschaft, dass deren Haltbarkeit, Leistungsübertragungseffizienz, Größe und dergleichen entsprechend den Verbindungskonfigurationen variieren, und daher wird die Forschung und Entwicklung fortgeführt, um ein stabileres und kompaktes Leistungsübertragungssystem ohne Leistungsverlust auf dem Gebiet von Leistungsübertragungssystemen von Hybrid-Elektrofahrzeugen zu realisieren.
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Mit der Erfindung wird ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeug geschaffen, das eine elektrische Belastung durch Erhöhen des Anteils eines mechanischen Leistungsübertragungspfades beim Aufteilen der Verbrennungsmotorleistung reduziert, um eine große Menge an Verbrennungsmotorleistung zu nutzen, einen Verbrennungsmotormodus beim Starten eines Fahrzeuges ersetzt, um die Anzahl von Moduswechseln zu reduzieren, eine Drehzahländerung jedes Drehelements beim Moduswechsel minimiert, und einen Verbrennungsmotormodus bereitstellt, der es ermöglicht, dass ein Fahrzeug ohne eine elektrische Belastung eines Motor/Generators fährt, um die Kraftstoffeffizienz beim Fahren mit einer hohen Geschwindigkeit erhöht.
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Nach einem Aspekt der Erfindung kann ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges eine Antriebswelle, an welche eine Leistung von einem Verbrennungsmotor eingegeben wird, eine Abtriebswelle, die in einem vorbestimmten Abstand von der Antriebswelle und parallel zu der Antriebswelle angeordnet ist, einen Planetengetriebesatz, der drei Drehelemente aufweist und an der Antriebswelle angeordnet ist, wobei ein erstes Drehelement von einer elektrischen Antriebskraft angetrieben wird, ein zweites Drehelement mit der Abtriebswelle als ein Abtriebselement im Außeneingriff steht, und ein drittes Drehelement von der Drehleistung eines Verbrennungsmotors angetrieben wird, einen ersten Motor/Generator, der an der Antriebswelle angeordnet ist und mit dem ersten Drehelement des Planetengetriebesatzes direkt verbunden ist, einen zweiten Motor/Generator, der an der Antriebswelle angeordnet ist und mit der Abtriebswelle wahlweise im Außeneingriff steht, einen ersten Übertragungsradsatz, der mit der Antriebswelle wahlweise verbunden ist und mit dem zweiten Motor/Generator direkt verbunden ist, einen zweiten Übertragungsradsatz, der mit der Antriebswelle wahlweise verbunden ist und mit dem zweiten Drehelement direkt verbunden ist, eine variable Verbindungseinheit, die den ersten Übertragungsradsatz mit der Antriebswelle oder der Abtriebswelle wahlweise verbindet, und eine variable Direktkupplungseinheit aufweisen, die zwei Drehelemente unter den drei Drehelementen des Planetengetriebesatzes wahlweise miteinander verbindet.
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Der Planetengetriebesatz kann ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern sein und ein Sonnenrad als das erste Drehelement, einen Planetenradträger als das zweite Drehelement und ein Hohlrad als das dritte Drehelement aufweisen.
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Der Planetengetriebesatz kann ein Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern sein und ein Sonnenrad als das erste Drehelement, ein Hohlrad als das zweite Drehelement und einen Planetenradträger als das dritte Drehelement aufweisen.
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Der erste Übertragungsradsatz kann ein Übersetzungsverhältnis derart haben, dass die Drehleistung in einem verlangsamten Status relativ zu dem zweiten Übertragungsradsatz an die Abtriebswelle übertragen wird.
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Die variable Verbindungseinheit kann eine erste Kupplung, die zwischen dem ersten Übertragungsradsatz und der Abtriebswelle angeordnet ist, und eine zweite Kupplung aufweisen, die zwischen der Antriebswelle und dem ersten Übertragungsradsatz angeordnet ist.
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Die variable Direktkupplungseinheit kann als eine dritte Kupplung konfiguriert sein, die zwischen der Antriebswelle und dem zweiten Drehelement des Planetengetriebesatzes angeordnet ist.
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Die variable Direktkupplungseinheit kann als eine dritte Kupplung konfiguriert sein, die zwischen dem ersten Drehelement und dem zweiten Drehelement des Planetengetriebesatzes angeordnet ist.
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Die variable Direktkupplungseinheit kann als eine dritte Kupplung konfiguriert sein, die zwischen dem zweiten Drehelement und dem dritten Drehelement des Planetengetriebesatzes angeordnet ist.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung kann ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges eine Antriebswelle, an welche eine Leistung von einem Verbrennungsmotor eingegeben wird, eine Abtriebswelle, die in einem vorbestimmten Abstand von der Antriebswelle und parallel zu der Antriebswelle angeordnet ist, einen Planetengetriebesatz als einen Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern, der an der Antriebswelle angeordnet ist und ein Sonnenrad, das von einer elektrischen Antriebskraft elektrisch angetrieben wird, einen Planetenradträger, der mit der Abtriebswelle als ein Abtriebselement im Außeneingriff steht, und ein Hohlrad aufweist, das von der Drehleistung eines Verbrennungsmotors angetrieben wird, einen ersten Motor/Generator, der an der Antriebswelle angeordnet ist und mit dem Planetengetriebesatz direkt verbunden ist, einen zweiten Motor/Generator, der an der Antriebswelle angeordnet ist und mit der Abtriebswelle wahlweise im Außeneingriff steht, einen ersten Übertragungsradsatz, der mit der Antriebswelle wahlweise verbunden ist und mit dem zweiten Motor/Generator direkt verbunden ist, einen zweiten Übertragungsradsatz, der mit der Antriebswelle wahlweise verbunden ist und mit dem Planetenradträger direkt verbunden ist, eine variable Verbindungseinheit, die den ersten Übertragungsradsatz mit der Antriebswelle oder der Abtriebswelle wahlweise verbindet, und eine variable Direktkupplungseinheit aufweisen, die zwei Drehelemente von drei Drehelementen des Planetengetriebesatzes wahlweise miteinander verbindet.
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Der erste Übertragungsradsatz kann ein Übersetzungsverhältnis derart haben, dass die Drehleistung in einem verlangsamten Status relativ zu dem zweiten Übertragungsradsatz an die Abtriebswelle übertragen wird.
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Die variable Verbindungseinheit weist eine erste Kupplung, die zwischen dem ersten Übertragungsradsatz und der Abtriebswelle angeordnet ist, und eine zweite Kupplung auf, die zwischen der Antriebswelle und dem ersten Übertragungsradsatz angeordnet ist.
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Die variable Direktkupplungseinheit kann als eine dritte Kupplung konfiguriert sein, die zwischen der Antriebswelle und dem Planetenradträger des Planetengetriebesatzes angeordnet ist.
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Die variable Direktkupplungseinheit kann als eine dritte Kupplung konfiguriert sein, die zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenradträger des Planetengetriebesatzes angeordnet ist.
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Die variable Direktkupplungseinheit kann als eine dritte Kupplung konfiguriert sein, die zwischen dem Planetenradträger und dem Hohlrad des Planetengetriebesatzes angeordnet ist.
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Nach noch einem anderen Aspekt der Erfindung kann ein Leistungsübertragungssystem eines Hybrid-Elektrofahrzeuges eine Antriebswelle, an welche eine Leistung von einem Verbrennungsmotor eingegeben wird, eine Abtriebswelle, die in einem vorbestimmten Abstand von der Antriebswelle und parallel zu der Antriebswelle angeordnet ist, einen Planetengetriebesatz als einen Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern, der an der Antriebswelle angeordnet ist und ein Sonnenrad, das von einer elektrischen Antriebskraft elektrisch angetrieben wird, ein Hohlrad, das mit der Abtriebswelle als ein Abtriebselement im Außeneingriff steht, und einen Planetenradträger aufweist, das von der Drehleistung eines Verbrennungsmotors angetrieben wird, einen ersten Motor/Generator, der an der Antriebswelle angeordnet ist und mit dem Planetengetriebesatz direkt verbunden ist, einen zweiten Motor/Generator, der an der Antriebswelle angeordnet ist und mit der Abtriebswelle wahlweise im Außeneingriff steht, einen ersten Übertragungsradsatz, der mit der Antriebswelle wahlweise verbunden ist und mit dem zweiten Motor/Generator direkt verbunden ist, einen zweiten Übertragungsradsatz, der mit der Antriebswelle wahlweise verbunden ist und mit dem Hohlrad direkt verbunden ist, eine variable Verbindungseinheit, die den ersten Übertragungsradsatz mit der Antriebswelle oder der Abtriebswelle wahlweise verbindet, und eine variable Direktkupplungseinheit aufweisen, die zwei Drehelemente von drei Drehelementen des Planetengetriebesatzes wahlweise miteinander verbindet.
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Der erste Übertragungsradsatz kann ein Übersetzungsverhältnis derart haben, dass die Drehleistung in einem verlangsamten Status relativ zu dem zweiten Übertragungsradsatz an die Abtriebswelle übertragen wird.
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Die variable Verbindungseinheit kann eine erste Kupplung, die zwischen dem ersten Übertragungsradsatz und der Abtriebswelle angeordnet ist, und eine zweite Kupplung aufweisen, die zwischen der Antriebswelle und dem ersten Übertragungsradsatz angeordnet ist.
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Die variable Direktkupplungseinheit kann als eine dritte Kupplung konfiguriert sein, die zwischen der Antriebswelle und dem Hohlrad des Planetengetriebesatzes angeordnet ist.
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Mit Bezug auf die erste und die zweite Kupplung, welche die variable Verbindungseinheit bilden, und die dritte Kupplung, welche die variable Direktkupplungseinheit bildet, kann die erste Kupplung in einem 1. EV-Modus betrieben werden, die erste Kupplung kann in einem 1. HEV-Modus betrieben werden, die zweite Kupplung kann in einem 2. HEV-Modus betrieben werden, die erste Kupplung und die zweite Kupplung können in einem 1. ENG-Modus betrieben werden, und die dritte Kupplung kann einem 2. ENG-Modus betrieben werden.
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Gemäß der Erfindung können in der Gesamtkonfiguration ein EV-Modus, zwei HEV-Modi und zwei ENG-Modi durch Kombinieren eines Planetengetriebesatzes, dreier Reibelemente und zweier Motor/Generatoren realisiert werden.
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Ebenso kann beim Aufteilen der Verbrennungsmotorleistung durch Erhöhen eines Anteils des mechanischen Leistungsübertragungspfades eine elektrische Belastung reduziert werden, und die maximale Verbrennungsmotorleistung kann genutzt werden.
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Außerdem wird durch Übertragen eines großen Drehmoments relativ zu dem Verbrennungsmotordrehmoment an die Abtriebswelle ein Anteil des mechanischen Leistungsübertragungspfades erhöht, und eine größere Verbrennungsmotorleistung kann für dieselbe Spezifikation des Motor/Generators genutzt werden.
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Darüber hinaus ist, da in dem Hybridmodus eine größere Beschleunigung als in dem Verbrennungsmotormodus erreicht wird, der Wechsel in den Verbrennungsmotormodus nicht erforderlich, wenn ein Fahrzeug startet, so dass das System vereinfacht wird.
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Ferner können entsprechend einer Reduzierung der Modi die Reibelemente in der Anzahl reduziert werden, und daher kann die Effizienz weiter erhöht werden.
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Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ allgemeine Kraftfahrzeuge, wie Personenkraftwagen, die Geländewagen (SUV) einschließen, Busse, Lastwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, die eine Vielfalt von Booten und Schiffen einschließen, Luftfahrzeuge, und dergleichen, sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit Alternativkraftstoff (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl stammen) umfasst. Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehrere Antriebsquellen, zum Beispiel sowohl Benzinantrieb als auch Elektroantrieb aufweist.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine Betriebstabelle von Reibelementen in jedem Modus, die bei dem Leistungsübertragungssystem gemäß der Erfindung angewendet wird;
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3 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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4 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
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5 ein Konfigurationsschema eines Leistungsübertragungssystems gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche oder äquivalente Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Mit Bezug auf 1 ändert ein Leistungsübertragungssystem gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Drehleistung eines Verbrennungsmotors ENG, die über eine Antriebswelle IS abgegeben wird, entsprechend den Fahrzuständen eines Fahrzeuges und gibt die geänderte Drehleistung über ein Abtriebsrad OG ab.
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Das Leistungsübertragungssystem weist die Antriebswelle IS, eine Abtriebswelle OS, einen Planetengetriebesatz PG, einen ersten und einen zweiten Motor/Generator MG1 und MG2, einen ersten und einen zweiten Übertragungsradsatz TF1 und TF2, und eine variable Direktkupplungseinheit und variable Verbindungseinheiten auf, die als eine erste, eine zweite und eine dritten Kupplung C1, C2 und C3 konfiguriert sind.
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Der Verbrennungsmotor ENG ist eine Hauptantriebsquelle, und verschiedene bekannte Verbrennungsmotoren, wie ein vorhandener Benzinmotor oder Dieselmotor, der fossilen Brennstoff verwendet, können als der Verbrennungsmotor ENG verwendet werden.
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Die Antriebswelle IS ist ein Antriebselement, das eine von dem Verbrennungsmotor ENG erzeugte Drehleistung an eine Getriebeseite abgibt. Die Antriebswelle IS kann über einen Dämpfer und eine Kupplung mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ENG verbunden sein oder kann ohne Zwischenschaltung des Dämpfers und der Kupplung mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ENG direkt verbunden sein.
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Die Abtriebswelle OS ist in einem vorbestimmten Abstand von der Antriebswelle IS und parallel zu dieser angeordnet, nimmt die Drehleistung von der Antriebswelle IS und dem Planetengetriebesatz PG über den ersten und den zweiten Übertragungsradsatz TF1 und TF2 auf und gibt die aufgenommene Drehleistung über das Abtriebsrad OG, das einstückig mit der Abtriebswelle OS ausgebildet ist, an ein Differential ab.
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Der Planetengetriebesatz PG ist als ein einfacher Planetengetriebesatz, wie ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern und ein Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern, konfiguriert. In den ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern verwendet.
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Der Planetengetriebesatz PG weist drei Drehelemente auf, die von einem Planetenradträger PC, der eine Mehrzahl von Planetenrädern P abstützt, einem Sonnenrad S, das mit den Planetenrädern P im Außeneingriff steht, und einem Hohlrad R, das mit den Planetenrädern P im Inneneingriff steht, gebildet werden.
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Der erste Motor/Generator MG1 und der zweite Motor/Generator MG2 sind unabhängige Antriebsquellen mit Funktionen als Motor und Generator.
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Der erste Motor/Generator MG1 weist einen ersten Stator ST1, der an einem Getriebegehäuse H fixiert ist, und einen ersten Rotor RT1 auf, der innerhalb eines Radiusabschnitts des ersten Stators ST1 positioniert ist.
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Der zweite Motor/Generator MG2 weist einen zweiten Stator ST2, der an dem Getriebegehäuse H fixiert ist, und einen zweiten Rotor RT2 auf, der innerhalb eines Radiusabschnitts des zweiten Stators ST2 positioniert ist.
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Der erste und der zweite Übertragungsradsatz TF1 und TF2 weisen ein erstes bzw. ein zweites Übertragungsantriebsrad TF1a und TF2a und ein erstes bzw. ein zweites Übertragungsabtriebsrad TF1b und TF2b auf, die im Außeneingriff miteinander stehen.
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Der erste Übertragungsradsatz TF1 hat ein Übersetzungsverhältnis, das derart gesetzt ist, dass die Drehleistung an die Abtriebswelle OS in einem verlangsamten Status relativ zu dem zweiten Übertragungsradsatz TF2 übertragen wird.
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Die erste, die zweite und die dritte Kupplung C1, C2 und C3 sind bekannte Reibelemente, die ein Drehelement mit einem anderen Drehelement wahlweise verbinden, und können hydraulische Mehrscheiben-Reibelemente sein, die durch Hydraulikdruck reibungsgekuppelt werden.
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Die erste und die zweite Kupplung C1 und C2 werden als variable Verbindungseinheiten verwendet, um die Leistung wahlweise zu übertragen, und die dritte Kupplung C3 wird als eine variable Direktkupplungseinheit verwendet, um zwei Drehelemente, die von den drei Drehelementen des Planetengetriebesatzes PG ausgewählt werden, wahlweise miteinander zu verbinden und somit den Planetengetriebesatz PG wahlweise in einen Direktkupplungszustand zu versetzen.
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Der Planetengetriebesatz PG und der erste und der zweite Motor/Generator MG1 und MG2 sind an der Antriebswelle IS angeordnet.
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In dem Planetengetriebesatz PG ist das Sonnenrad S als ein erstes Drehelement mit dem ersten Rotor RT1 des ersten Motor/Generators MG1 derart direkt verbunden, dass es von einer elektrischen Antriebskraft angetrieben werden kann, der Planetenradträger PC als ein zweites Drehelement ist mit dem zweiten Übertragungsantriebsrad TF2a des zweiten Übertragungsradsatzes TF2 als ein Abtriebselement direkt verbunden, und das Hohlrad R als ein drittes Drehelement ist mit der Antriebswelle IS derart direkt verbunden, dass es eine Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor ENG aufnimmt.
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Dementsprechend werden in einem Hybridmodus die Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor ENG und die Antriebskraft von dem ersten Motor/Generator MG1 derart komplementiert, dass sie über den Planetenradträger PC abgegeben werden können.
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In dem zweiten Motor/Generator MG2 ist der zweite Rotor RT2 mit dem ersten Übertragungsantriebsrad TF1a des ersten Übertragungsradsatzes TF1 direkt verbunden, und daher treibt in einem EV-Modus die Antriebskraft von dem zweiten Motor/Generator MG2 das erste Übertragungsantriebsrad TF1a an.
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Das erste Übertragungsabtriebrad TF1b, das mit dem ersten Übertragungsantriebsrad TF1a im Außeneingriff steht, ist mit der Abtriebswelle OS wahlweise verbunden, und das zweite Übertragungsantriebsrad TF2a, das mit dem zweiten Übertragungsabtriebsrad TF2b im Außeneingriff steht, ist mit der Abtriebswelle OS direkt verbunden.
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Wie oben beschrieben, ist das erste Übertragungsabtriebsrad TF1b mit der Abtriebswelle OS variabel verbunden, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und das erste Übertragungsabtriebsrad TF1b kann mit dem zweiten Übertragungsabtriebsrad TF2b, das mit der Abtriebswelle OS direkt verbunden ist, wahlweise verbunden sein.
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Die erste Kupplung C1 ist zwischen dem ersten Übertragungsabtriebsrad TF1b und der Abtriebswelle OS derart angeordnet, dass sie den zweiten Motor/Generator MG2 mit der Abtriebswelle OS wahlweise verbindet, und die zweite Kupplung C2 ist zwischen der Antriebswelle IS und dem ersten Übertragungsantriebsrad TF1a derart angeordnet, dass sie die Drehleistung der Antriebswelle IS mit dem ersten Übertragungsantriebsrad TF1a wahlweise verbindet, wodurch die erste Kupplung C1 und die zweite Kupplung C2 als variable Verbindungseinheiten dienen.
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Die dritte Kupplung C3 ist zwischen der Antriebswelle IS und dem Planetenradträger PC derart angeordnet, dass sie die Antriebswelle IS mit dem Planetenradträger PC wahlweise verbindet, wodurch die dritte Kupplung C3 als eine variable Direktkupplungseinheit dient, die den Planetengetriebesatz PG wahlweise in einen Direktkupplungszustand versetzt.
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Wie oben beschrieben, ist die dritte Kupplung C3 zwischen der Antriebswelle IS und dem Planetenradträger PC angeordnet, jedoch kann die dritte Kupplung C3 auch zwischen dem Hohlrad R, das mit der Antriebswelle IS direkt verbunden ist, und dem Planetenradträger PC angeordnet sein.
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Mit Bezug auf die Betriebstabelle in 2 werden die Betriebszustände der Reibelemente entsprechend den Betriebsmodi beschrieben.
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In einem EV-Modus wird in einer ersten Gangschaltstufe (1. EV-Modus) die erste Kupplung C1 betrieben, in einem HEV-Modus wird in einer ersten Gangschaltstufe (1. HEV-Modus) die erste Kupplung C1 betrieben, in dem HEV-Modus wird in einer zweiten Gangschaltstufe (2. HEV-Modus) die zweite Kupplung C2 betrieben, in einem ENG-Modus werden in einer ersten Gangschaltstufe (1. ENG-Modus) die erste Kupplung C1 und die zweite Kupplung C2 betrieben, und in dem ENG-Modus wird in einer zweiten Gangschaltstufe (2. ENG-Modus) die dritte Kupplung C3 betrieben, wodurch die Geschwindigkeiten geändert werden.
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In dem Leistungsübertragungssystem gemäß der Erfindung können ein Elektrofahrzeugmodus, zwei Hybridbetriebsmodi und zwei Verbrennungsmotormodi realisiert werden.
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Nachfolgend wird der Betrieb des Leistungsübertragungssystems gemäß der Erfindung in den einzelnen Modi beschrieben.
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[1. EV-Modus]
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In der ersten Gangschaltstufe des EV-Modus wird in einem Zustand, in dem ein Verbrennungsmotor gestoppt ist, einem Motor/Generator Strom von einer Batterie zugeführt, um ein Fahrzeug mit Leistung von dem Motor/Generator zu betreiben.
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In der ersten Gangschaltstufe des EV-Modus ist der Verbrennungsmotor gestoppt, und daher kann eine erhebliche Verbesserung der Kraftstoffeffizienz bewirkt werden, und ein Fahrzeug kann ohne eine Rückwärtsvorrichtung rückwärtsfahren. Diese Stufe wird verwendet, wenn ein Fahrzeug in einem gestoppten Zustand gestartet wird und mit einer niedrigen Geschwindigkeit fährt, und um zu verhindern, dass das Fahrzeug bei Bergauffahrt rutscht, oder um das Fahrzeug schnell zu beschleunigen, ist ein Untersetzungsverhältnis erforderlich, bei dem sich eine Antriebsquelle schneller als die Abtriebswelle OS dreht.
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In der ersten Gangschaltstufe des EV-Modus wird die erste Kupplung C1 betrieben, und die Antriebskraft von dem zweiten Motor/Generator MG2 wird an die Abtriebswelle OS übertragen, wodurch ein Fahren des Fahrzeuges ermöglicht wird, und das Fahrzeug fährt entsprechend den Drehrichtungen des zweiten Motor/Generators MG2 vorwärts oder rückwärts.
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[1. HEV-Modus]
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Im HEV-Modus wird die Leistung von einem Verbrennungsmotor über einen mechanischen Pfad und einen elektrischen Pfad an die Abtriebswelle OS übertragen, und die Leistungsverteilung wird von dem Planetengetriebesatz durchgeführt, und da der Verbrennungsmotor und der Motor/Generator, die mit dem Planetengetriebesatz verbunden sind, eine Drehzahl unabhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit beliebig verstellen können, dient der Planetengetriebesatz als ein elektronisch gesteuertes stufenloses Getriebe (CVT).
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Daher können im Vergleich zu dem vorhandenen Getriebe, bei dem die Drehzahl und das Drehmoment des Verbrennungsmotors in Bezug auf eine Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt sind, die Drehzahl und das Drehmoment des Verbrennungsmotors bei dem elektronisch gesteuerten CVT frei geändert werden, so dass die Betriebseffizienz des Verbrennungsmotors maximiert wird und die Kraftstoffeffizienz erhöht wird.
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In Anbetracht dessen wird in der ersten Gangschaltstufe des HEV-Modus nur der Planetenradträger PC von dem zweiten Übertragungsantriebsrad TF2a zurückgehalten, während sich das Sonnenrad S und das Hohlrad R frei drehen.
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Daher kann, nachdem der Verbrennungsmotor ENG mittels des ersten Motor/Generators MG1 gestartet ist, die Drehzahl des Verbrennungsmotors ENG und des ersten Motor/Generators MG1 unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert werden.
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Hier wirkt das Drehmoment des ersten Motor/Generators MG1 unabhängig von einer Drehrichtung immer in einer Uhrzeigerrichtung, und daher wird die Summe der Drehmomente des Verbrennungsmotors ENG und des ersten Motor/Generators MG1 an die Abtriebswelle OS übertragen, um eine hohe Antriebskraft zu erzeugen.
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[2. HEV-Modus]
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In der ersten Gangschaltstufe des HEV-Modus wird eine Drehzahl des mit der Abtriebswelle OS verbundenen Motor/Generators von einer Fahrzeuggeschwindigkeit zurückgehalten, und daher ist es schwierig, den Motor/Generator wirksam zu betreiben und die Kapazität zu reduzieren.
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Insbesondere wird, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit so hoch ist, dass eine auf der Fahrzeuggeschwindigkeit gehaltene Drehzahl des Motor/Generators hoch ist, die Effizienz des Motor/Generators herabgesetzt, und daher kann keine optimale Kraftstoffeffizienz realisiert werden.
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Daher wird, um den zweiten Motor/Generator MG2 von der Fahrzeuggeschwindigkeit freizugeben, ein Betrieb der ersten Kupplung C1 freigegeben, und die zweite Kupplung C2 wird eingerückt und mit dem Verbrennungsmotor ENG verbunden.
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Dann können, da nur der Planetenradträger PC des Planetengetriebesatzes PG mit der Abtriebswelle OS verbunden ist, der Verbrennungsmotor ENG, der erste Motor/Generator MG1 und der zweite Motorgenerator MG2 einen Betriebspunkt in Bezug auf eine Fahrzeuggeschwindigkeit frei ändern, während eine konstante Drehzahl- und Drehmomentbeziehung beibehalten wird.
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[1. ENG-Modus]
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Eine Kerntechnologie zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eines Hybridfahrzeuges können das Regenerieren von Bremsenergie und das freie Steuern eines Betriebspunktes des Verbrennungsmotors sein.
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Das Steuern eines Betriebspunktes des Verbrennungsmotors umfasst zwei Energieumwandlungsprozesse, nämlich einen Prozess des Umwandelns von mechanischer Energie eines Verbrennungsmotors in elektrische Energie in einem Motor/Generator, und einen Prozess des Umwandelns der elektrischen Energie des Motor/Generators in mechanische Energie in dem Motor/Generator.
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Bei einer solchen Energieumwandlung wird nicht die gesamte Energie abgegeben, sondern ein Verlust wird auf halbem Wege gemacht, und bei einer bestimmten Betriebsbedingung kann in dem ENG-Modus, in dem ein Fahrzeug nur durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, die Kraftstoffeffizienz besser als in dem HEV-Modus sein.
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Das heißt, im 1. ENG-Modus wird, wenn die erste Kupplung C1 und die zweite Kupplung C2 eingerückt sind, die Drehleistung des Verbrennungsmotors ENG über den ersten Übertragungsradsatz TF1 an die Abtriebswelle OS übertragen.
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Hier wird, da die Leistung des ersten und des zweiten Motor/Generators MG1 und MG2 nicht benötigt wird, das Fahrzeug nur durch die Antriebskraft des Verbrennungsmotors ENG angetrieben, und da der Planetengetriebesatz PG von einem Leistungsübertragungspfad ausgeschlossen ist, kann eine hohe Übertragungseffizienz erreicht werden.
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[2. ENG-Modus]
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Im 2. ENG-Modus, werden die erste und die zweite Kupplung C1 und C2 ausgerückt, und die dritte Kupplung C3 wird eingerückt.
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Dann wird der Planetengetriebesatz PG in einen Direktkupplungszustand versetzt und ganzheitlich gedreht, und die Drehleistung des Verbrennungsmotors ENG wird über den zweiten Übertragungsradsatz TF2 an die Abtriebswelle OS übertragen, und hier wird ein Übersetzungsverhältnis gleich dem des zweiten Übertragungsradsatzes TF2 gebildet.
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Wie oben beschrieben, können gemäß der Erfindung in der Gesamtkonfiguration ein EV-Modus, zwei HEV-Modi und zwei ENG-Modi durch Kombinieren eines Planetengetriebesatzes PG, dreier Reibelemente C1, C2 und C3 und zweier Motor/Generatoren MG1 und MG2 realisiert werden.
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Ebenso kann beim Aufteilen der Verbrennungsmotorleistung durch Erhöhen eines Anteils des mechanischen Leistungsübertragungspfades eine elektrische Belastung reduziert werden, und die maximale Verbrennungsmotorleistung kann genutzt werden.
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Außerdem wird durch Übertragen eines großen Drehmoments relativ zu dem Verbrennungsmotordrehmoment an die Abtriebswelle ein Anteil des mechanischen Leistungsübertragungspfades erhöht, und eine größere Verbrennungsmotorleistung kann für dieselbe Spezifikation des Motor/Generators genutzt werden.
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Darüber hinaus ist, da in dem Hybridmodus eine größere Beschleunigung als in dem Verbrennungsmotormodus erreicht wird, der Wechsel in den Verbrennungsmotormodus nicht erforderlich, wenn ein Fahrzeug startet, so dass das System vereinfacht wird.
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Ferner können entsprechend einer Reduzierung der Modi die Reibelemente in der Anzahl reduziert werden, und daher kann die Effizienz weiter erhöht werden.
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Mit Bezug auf 3 ist bei einem Leistungsübertragungssystem gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform, bei welcher der Planetengetriebesatz PG als ein Planetengetriebesatz mit Einzelplanetenrädern konfiguriert ist, der Planetengetriebesatz PG als ein Planetengetriebesatz mit Doppelplanetenrädern konfiguriert.
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Da die Wirkungsweise der zweiten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Konfiguration, bei der das Hohlrad R als ein zweites Drehelement mit dem zweiten Übertrgungsradsatz TF2 direkt verbunden ist und der Planetenradträger PC als ein drittes Drehelement mit der Antriebswelle IS direkt verbunden ist, dieselbe wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.
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Mit Bezug auf 4 ist bei einem Leistungsübertragungssystem gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform, bei der die dritte Kupplung C3 zwischen der Antriebswelle IS und dem Planetenradträger PC angeordnet ist, die dritte Kupplung C3 zwischen dem Sonnenrad S und dem Planetenradträger PC angeordnet.
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Da die Wirkungsweise der dritten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Position der dritten Kupplung C3 dieselbe wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.
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Mit Bezug auf 5 ist bei einem Leistungsübertragungssystem gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform, bei der die dritte Kupplung C3 zwischen der Antriebswelle IS und dem Planetenradträger PC angeordnet ist, die dritte Kupplung C3 zwischen dem Planetenradträger PC und dem Hohlrad R angeordnet.
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Da die Wirkungsweise der vierten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Position der dritten Kupplung C3 dieselbe wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform ist, wird deren ausführliche Beschreibung weggelassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2014-0074901 [0001]
