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QUERVERWEIS UND PRIORITÄTSANSPRUCH EINER VERWANDTEN ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und das Prioritätsrecht der am 13. Mai 2016 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/335,909, welche durch Verweis in ihrer Gesamtheit und für alle Zwecke hierin einbezogen ist.
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EINFÜHRUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Motor/Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen. Konkreter beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf Trennvorrichtungen, um Drehmomentwandler von Verbrennungsmotoren wirksam zu lösen bzw. auszurücken.
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Viele verfügbare Kraftfahrzeuge, wie etwa die modernen Automobile, enthalten einen Motor/Antriebsstrang, der arbeitet, um das Fahrzeug anzutreiben und die Elektronik an Bord des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen. Der Motor/Antriebsstrang, der einen Antriebsstrang einschließt und auf den manchmal unsachgemäß als ein Antriebsstrang verwiesen wird, besteht im Wesentlichen aus einem Motor, der Antriebsleistung über ein mehrstufiges Lastschaltgetriebe an das Achsenantriebssystem des Fahrzeugs (z. B. hinteres Differential, Achse und Räder) liefert. Automobile werden herkömmlicherweise durch einen Verbrennungsmotor (ICE) vom Hubkolbentyp wegen dessen einfacher Verfügbarkeit und verhältnismäßig geringen Kosten, leichten Gewichts und Gesamtwirkungsgrads angetrieben. Solche Motoren umfassen 2- oder 4-Takt-Dieselmotoren und 4-Takt-Ottomotoren.
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Auf der anderen Seite nutzen Hybridfahrzeuge alternative Energiequellen, um das Fahrzeug anzutreiben, was eine Abhängigkeit des Motors von Energie minimiert und dadurch die gesamte Kraftstoffeffizienz erhöht. Ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) beispielsweise integriert sowohl elektrische Energie als auch chemische Energie und wandelt selbige in mechanische Leistung um, um das Fahrzeug anzutreiben und die Fahrzeugsysteme zu speisen. Das HEV verwendet im Allgemeinen eine oder mehrere Elektromaschinen (E-Maschine) wie etwa Elektromotor-Generatoren, die individuell oder im Verbund mit einem Verbrennungsmotor arbeiten, um das Fahrzeug anzutreiben. Da Hybridfahrzeuge ihre Leistung von anderen Quellen als dem Motor ableiten können, können Motoren in Hybridfahrzeugen abgeschaltet werden, während das Fahrzeug durch die alternative(n) Energiequelle(n) angetrieben wird (werden).
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Viele Kraftfahrzeuge verwenden einen hydrokinetischen Drehmomentwandler, der zwischen der Antriebsmaschine des Motor/Antriebsstrangs (z. B. Motor) und einer angetriebenen Last (z. B. mehrstufiges Getriebe) angeordnet ist, um die Übertragung eines Rotationsdrehmoments dazwischen zu steuern. Ein herkömmlicher Drehmomentwandler enthält ein Pumpenrad bzw. einen Impeller, der mit der Abtriebswelle des Motors gekoppelt ist, eine Turbine, die mit der Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist, und ein Leitrad bzw. einen Stator, der zwischen dem Impeller und der Turbine angeordnet ist, um einen Fluidstrom zwischen ihren jeweiligen Fluidvolumina zu regulieren. Eine hydraulische Pumpe moduliert einen Hydraulikfluiddruck innerhalb des Drehmomentwandlergehäuses, um Rotationsenergie vom Impeller zur Turbine zu übertragen. Hydraulikfluid kann man auch aus dem Gehäuse abzweigen bzw. ableiten, um die Motorkurbelwelle wirksam von der Getriebeeingangswelle auszurücken und ein Drehmoment (z. B. Funktion als ein Pseudo-Untersetzungsgetriebe) zu vervielfachen, um signifikante Unterschiede zwischen Eingangs- und Ausgangsdrehzahl wettzumachen bzw. auszugleichen.
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Ein Drehmomentwandler kann im Allgemeinen als eine Fluidkopplung gekennzeichnet bzw. typifiziert werden, die dem Motor ermöglicht, Kraft bzw. Leistung zum Achsenantriebssystem für einen Antrieb eines Fahrzeugs zu übertragen, und der Kurbelwelle ermöglicht, ohne Abwürgen des Motors zu drehen, wenn die Fahrzeugräder und Getriebezahnräder zum Stillstand gelangen. Falls zum Beispiel der Motor langsam dreht (z. B. wenn das Fahrzeug bis zu einem Halt bremst oder bei einem Stopplicht im Leerlauf ist), wird hydraulischer Druck reduziert, so dass der durch den Drehmomentwandler geleitete Drehmomentbetrag sehr klein ist, so dass das Fahrzeug mit einem leichten Druck auf ein Bremspedal stillgehalten werden kann. Um das Fahrzeug zu beschleunigen, erhöht die Pumpe einen internen Fluiddruck, wodurch veranlasst wird, dass erhöhte Drehmomentbeträge vom Impeller über die Turbine zum Getriebe zum Anfahren des Fahrzeugs übertragen werden. Für manuelle Getriebe ist der Drehmomentwandler typischerweise durch eine von einem Fahrer betätigte Kupplung ersetzt, die durch ein Fußpedal eingekuppelt bzw. eingerückt und ausgekuppelt bzw. ausgerückt wird.
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Einige Drehmomentwandler sind mit einem Kupplungsmechanismus ausgestattet, der eingerückt wird, um die Motorkurbelwelle starr mit der Getriebeeingangswelle zu verbinden, z. B. um einen unerwünschten Schlupf und resultierende Effizienzverluste zu vermeiden. Ein System-”Schlupf” tritt auf, da die Drehzahl des Impellers in Bezug auf die Turbine im Drehmomentwandler von Natur aus verschieden ist. Ein großer Prozentwert eines Schlupfes zwischen dem Motorausgang und dem Getriebeeingang beeinflusst den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs; die Verwendung einer Drehmomentwandlerkupplung (TCC) hilft dabei, den Schlupf zwischen dem Motor und dem Getriebe zu reduzieren. Die TCC arbeitet dahingehend, den Impeller am Ausgang des Motors mit der Turbine am Eingang des Getriebes mechanisch so zu verriegeln bzw. arretieren, dass der Motorausgang und Getriebeeingang bei der gleichen Drehzahl drehen. Eine Anwendung der TCC kann durch einen elektronischen Controller gesteuert werden, um die Kupplung einrückende Kräfte unter bestimmten Betriebsbedingungen zu modifizieren, zum Beispiel während Schaltvorgängen, um unerwünschte Drehmomentfluktuationen und Änderungen der Motordrehzahl während transienter Perioden zu eliminieren, wenn eine Unterbrechung des Drehmomentflusses erwünscht ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Hierin offenbart sind Drehmomentwandler von Fahrzeugen mit einer integrierten Trennvorrichtung, Verfahren zum Herstellen und Verfahren zum Verwenden solcher Drehmomentwandler und Kraftfahrzeuge mit einem hydrokinetischen Drehmomentwandler mit einer integrierten Trennvorrichtung für ein wirksames Ausrücken von einem Verbrennungsmotor. Mittels eines Beispiels, und ohne Beschränkung, ist eine neuartige Motortrennvorrichtung in der Form einer Einwegkupplung (OWC) innerhalb des Drehmomentwandler-(TC-)gehäuses eingebaut und mit einer Baugruppe aus Drehmomentwandlerkupplung (TCC) und Torsionsdämpfer integriert. Die OWC kann mit dem Turbinengehäuse und mit der Dämpfernase (engl. tang) der Torsionsdämpferbaugruppe gekoppelt parallel mit der TCC platziert sein. Um bestehenden Einbauraum zu nutzen, kann die OWC zwischen dem Stator und der Kupplungsplatte der TCC positioniert sein. Alternative Ausführungen können die OWC in Reihe mit der TCC, zwischen der TCC und der Torsionsdämpferbaugruppe angeordnet, platzieren. Die OWC kann ein passiver Kupplungsmechanismus wie etwa eine freilaufende Klemmstück- oder Sperrklinken-Einwegkupplung sein oder kann ein aktiver Kupplungsmechanismus wie etwa eine elektrisch betätigte Einwegkupplung oder eine hydraulisch betätigte Einwegkupplung (HOWC) sein.
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Damit einhergehende Vorteile für zumindest einige der offenbarten Konzepte umfassen verbesserte Fähigkeiten der Motortrennung, um Verluste vom Motorbetrieb während eines ”Stopp & Start” (S/S) des Motors und während eines regenerativen Bremsens zu vermeiden. Diese Merkmale sind am effektivsten für, aber natürlich nicht beschränkt auf, ein Automatikgetriebe-(AT-)Segeln (d. h. eines Fahrzeugschubbetrieb bei hoher Geschwindigkeit während einer Motorabschaltung) und für P2/P3/P4-HybrideElektro-Architekturen (P2 = E-Maschine auf Getriebeeingangsseite; P3 = E-Maschine auf Getriebeausgangsseite; P4 = E-Maschine, direkt verbunden mit Achsantrieb). Mit der vorgeschlagenen Systemarchitektur und Steuerungsmethodik wird mit minimalen zusätzlichen Kosten und ohne zusätzlichen Einbauraum für den Motor/Antriebsstrang eine zusätzliche Kraftstoffeinsparung erzielt. Die vorgeschlagenen Konzepte helfen auch dabei, eine Getriebeverzögerung während eines Neustarts des Motors zu reduzieren, während ein sanfter Übergang mit geringem Einfluss auf die Fahrqualität sichergestellt wird.
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind auf Drehmomentwandlerbaugruppen für Motor/Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen gerichtet. Beispielsweise ist ein hydrokinetischer Drehmomentwandler offenbart, um einen Motor mit einem Lastschaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs wirksam zu verbinden. Die Drehmomentwandlerbaugruppe umfasst ein Drehmomentwandler-(TC-)Gehäuse mit einer internen Fluidkammer. Ein Pumpenrad bzw. Impeller – mit Impeller-Schaufeln, die innerhalb der Fluidkammer drehbar sind – ist dafür eingerichtet, mit einer Motorabtriebswelle wirksam zu verbinden. Eine Turbine – mit Turbinenschaufeln, die innerhalb der Fluidkammer drehbar sind – ist dafür eingerichtet, über eine TC-Abtriebswelle mit einer Getriebeeingangswelle wirksam zu koppeln. Die TC-Baugruppe enthält auch eine Drehmomentwandlerkupplung (TCC), die innerhalb des TC-Gehäuses angeordnet und mit der TC-Abtriebswelle gekoppelt ist. Die TCC kann selektiv betätigt werden, um den Impeller an der TC-Abtriebswelle zu verriegeln bzw. zu arretieren. Eine Dämpferbaugruppe ist innerhalb des TC-Gehäuses angeordnet und mit der TCC gekoppelt. Diese Dämpferbaugruppe ist dafür eingerichtet, von der TCC übertragene Schwingungen zu dämpfen. Eine Trennvorrichtung, welche innerhalb des TC-Gehäuses angeordnet ist, ist mit der Dämpferbaugruppe und der TC-Abtriebswelle gekoppelt. Die Trennvorrichtung ist dafür eingerichtet, die Turbine mit der TC-Abtriebswelle oder dem Dämpfer zu verbinden, wenn ein positives Drehmoment von der Turbine zu der TC-Abtriebswelle oder dem Dämpfer übertragen wird. Die Trennvorrichtung ist auch dafür eingerichtet, die Turbine von der TC-Abtriebswelle zu trennen, wenn der Drehmomentwandler seine Richtung umkehrt.
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Andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind auf Kraftfahrzeuge mit Drehmomntwandlerbaugruppen gerichtet, die integrierte Motortrennvorrichtungen aufweisen. Ein ”Kraftfahrzeug”, wie es hierin verwendet wird, kann jede beliebige relevante Fahrzeugplattform einschließen, wie etwa Personenkraftwagen (Verbrennungsmotor (ICE), Hybrid, Elektro, Brennstoffzelle usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Busse, Geländefahrzeuge (ATV), landwirtschaftliche Gerätschaft, Schiffe, Flugzeuge, usw. In einem Beispiel wird ein Kraftfahrzeug offenbart, das einen Motor/Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor enthält, der eine Motorabtriebswelle und ein mehrstufiges Lastschaltgetriebe mit Getriebeeingangs- und -ausgangswellen aufweist. Ein Achsenantriebssystem verbindet die Getriebeausgangswelle mit vorderen und/oder hinteren Antriebsrädern. Eine Drehmomentwandlerbaugruppe verbindet wirksam den Verbrennungsmotor mit dem Lastschaltgetriebe.
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Die Drehmomentwandlerbaugruppe im vorhergehenden Beispiel umfasst ein Drehmomentwandler-(TC-)Gehäuse mit einer intern definierten Fluidkammer. Ein Impeller umfasst im Inneren der Fluidkammer drehbare Impeller-Schaufeln. Der Impeller umfasst auch ein Pumpengehäuse, das über eine Frontplatte mit der Motorabtriebswelle wirksam verbunden ist. Eine Turbine umfasst im Innern der Fluidkammer drehbare Turbinenschaufeln. Die Turbine umfasst ebenfalls ein Turbinengehäuse, das über eine TC-Abtriebswelle mit der Getriebeeingangswelle wirksam verbunden ist. Die Drehmomentwandlerkupplung (TCC), welche im Innern des TC-Gehäuses angeordnet ist, enthält eine mit der TC-Abtriebswelle gekoppelte Kupplungsplatte. Die TCC kann selektiv betätigt werden, um das Pumpengehäuse an der TC-Abtriebswelle zu verriegeln bzw. zu arretieren. Eine Torsionsdämpferbaugruppe, welche im Innern des TC-Gehäuses angeordnet ist, ist mit der TCC gekoppelt. Die Dämpferbaugruppe ist dafür eingerichtet, von der TCC übertragene Schwingungen zu dämpfen. Eine Einwegkupplung (OWC) vom Passivtyp ist in Innern des TC-Gehäuses angeordnet und mit der Dämpferbaugruppe und der TC-Abtriebswelle gekoppelt. Die OWC verbindet automatisch das Turbinengehäuse mit der TC-Abtriebswelle oder dem Dämpfer, wenn ein positives Drehmoment von der Turbine zu der TC-Abtriebswelle oder dem Dämpfer übertragen wird; die OWC trennt automatisch das Turbinengehäuse von der TC-Abtriebswelle, wenn das Drehmoment seine Richtung umkehrt.
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Gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung werden Verfahren zum Herstellen und Verfahren zum Verwenden von Drehmomentwandlern von Kraftfahrzeugen präsentiert. Zum Beispiel wird ein Verfahren offenbart, um eine hydrokinetische Drehmomentwandlerbaugruppe zu bauen, die einen Motor mit einem Lastschaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs wirksam verbindet. Das Verfahren umfasst: Anbringen eines Impellers mit Impeller-Schaufeln an einem Drehmomentwandler-(TC-)Gehäuse mit einer internen Fluidkammer, so dass die Impeller-Schaufeln innerhalb der Fluidkammer drehbar sind, wobei der Impeller dafür eingerichtet ist, mit der Motorabtriebswelle wirksam zu verbinden; Anbringen einer Turbine mit Turbinenschaufeln am TC-Gehäuse, so dass die Turbinenschaufeln innerhalb der Fluidkammer drehbar sind, wobei die Turbine dafür eingerichtet ist, über eine TC-Abtriebswelle mit der Getriebeeingangswelle wirksam zu verbinden; Anbringen einer Drehmomentwandlerkupplung (TCC) an der TC-Abtriebswelle innerhalb des TC-Gehäuses, wobei die TCC selektiv betätigt werden kann, um den Impeller an der TC-Abtriebswelle zu arretieren; Anbringen einer Dämpferbaugruppe an der TCC innerhalb des TC-Gehäuses, wobei die Dämpferbaugruppe dafür eingerichtet ist, durch die TCC übertragene Schwingungen zu dämpfen; und Anbringen einer Trennvorrichtung an der Dämpferbaugruppe und der TC-Abtriebswelle innerhalb des TC-Gehäuses. Diese Trennvorrichtung ist dafür eingerichtet, die Turbine mit der TC-Abtriebswelle oder dem Dämpfer zu verbinden, wenn ein positives Drehmoment von der Turbine zu der TC-Abtriebswelle oder dem Dämpfer übertragen wird. Die Trennvorrichtung ist auch dafür eingerichtet, die Turbine von der TC-Abtriebswelle zu trennen, wenn der Drehmomentwandler seine Richtung umkehrt.
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Es ist nicht beabsichtigt, dass die obige Zusammenfassung jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung repräsentiert. Vielmehr liefert die vorhergehende Zusammenfassung nur eine beispielhafte Darstellung einiger der neuartigen Aspekte und Merkmale, die hierin dargelegt sind. Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen und Modi zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung ohne Weiteres ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen vorgenommen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Veranschaulichung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit einem Motor/Antriebsstrang mit einem Achsenantriebssystem, das durch ein Lastschaltgetriebe mit einem Motor antreibend verbunden ist, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Teils des Lastschaltgetriebes von 1, die einen repräsentativen Drehmomentwandler mit einer integrierten Trennvorrichtung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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3 ist ein schematisches Blockdiagramm des Drehmomentwandlers mit integrierter Trennvorrichtung von 2.
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4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Drehmomentwandlers mit integrierter Trennvorrichtung gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
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Die vorliegende Offenbarung lässt verschiedene Modifikationen und alternative Formen zu, und einige repräsentative Ausführungsformen wurden in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden hierin im Detail beschrieben. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die offenbarten speziellen Formen beschränkt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Teilkombinationen und Alternativen abdecken, die in den Geist und Umfang der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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DETAILBESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Diese Offenbarung lässt eine Ausführungsform in vielen verschiedenen Formen zu. In den Zeichnungen sind repräsentative Ausführungsformen der Offenbarung dargestellt und werden hierin im Detail beschrieben, wobei es sich versteht, dass die vorliegende Offenbarung als eine beispielhafte Darstellung der Prinzipien der Offenbarung zu betrachten ist und nicht dazu gedacht ist, die umfassenden Aspekte der Offenbarung auf die veranschaulichten Ausführungsformen zu beschränken. Insofern sollten Elemente und Beschränkungen, die zum Beispiel in den Abschnitten Abstract, Zusammenfassung und Detailbeschreibung offenbart, aber in den Ansprüchen nicht explizit dargelegt sind, durch Einbeziehung, Schlussfolgerung oder auf andere Weise einzeln oder kollektiv nicht in die Ansprüche einbezogen werden. Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, wenn nicht speziell ausgeschlossen: der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Begriffe ”und” und ”oder” sollen sowohl konjunktiv als auch disjunktiv sein; der Begriff ”alle” bedeutet ”sämtliche”; der Begriff ”irgendein bzw. beliebiger” bedeutet ”sämtliche”; und die Begriffe ”einschließlich” und ”umfassen” und ”aufweisen” bedeuten ”einschließlich ohne Beschränkung”. Außerdem können Begriffe einer Approximation wie etwa ”etwa”, ”nahezu”, ”im Wesentlichen”, ”annähernd” und dergleichen hierin beispielsweise im Sinne von ”bei, nahe oder fast bei” oder ”innerhalb 3–5% von” oder ”innerhalb annehmbarer Fertigungstoleranzen” oder irgendeiner logischen Kombination davon verwendet werden.
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Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen in all den verschiedenen Ansichten auf gleiche Merkmale verweisen, ist in 1 eine schematische Veranschaulichung eines repräsentativen Automobils, als Ganzes mit 10 bezeichnet, mit einer Konfiguration eines P3-Hybrid-Elektro-Motor/Antriebsstrangs dargestellt. Das veranschaulichte Automobil 10 – worauf hierin der Kürze halber auch als ”Kraftfahrzeug” oder ”Fahrzeug” verwiesen wird – ist nur eine beispielhafte Anwendung, mit der die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung praktisch umgesetzt werden können. In gleicher Weise soll die Realisierung der vorliegenden Konzepte in eine P3-Hybrid-Elektro-Architektur auch als eine beispielhafte Anwendung der hierin offenbarten neuartigen Konzepte erkannt werden. Als solches versteht es sich, dass die Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung in andere Ausführungen eines Motor/Antriebsstrangs eines Fahrzeugs aufgenommen und für jeden beliebigen, logisch relevanten Typ eines Kraftfahrzeugs genutzt werden können. Schließlich wurde die Architektur eines Hybrid-Motor/Antriebsstrangs, die in 1 hierin dargestellt ist, stark vereinfacht, wobei es sich versteht, dass weitere Informationen in Bezug auf den Standardaufbau und -betrieb eines Hybridfahrzeugs bekannt sind.
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Das beispielhafte Motor/Antriebsstrangsystem eines Fahrzeugs ist in 1 mit einem wiederstartbaren Motor 14 dargestellt, der durch ein mehrstufiges Lastschaltgetriebe 12 mit einem Achsenantriebssystem 16 antreibend verbunden ist. Der Motor 14 überträgt Kraft bzw. Leistung, vorzugsweise mittels eines Drehmoments über eine Motorkurbelwelle 15, zu einer Eingangsseite des Getriebes 12. Das Getriebe 12 wiederum ist dafür geeignet, Leistung vom Motor 14 zu manipulieren und zum Achsenantriebssystem 16 zu verteilen, das hierin durch ein Differential 17 und ein Paar Antriebsräder 19 dargestellt ist, und dadurch das Hybridfahrzeug anzutreiben. In dem in 1 dargestellten Beispiel kann der Motor 14 jeder beliebige, heute bekannte oder zukünftig entwickelte Motor wie etwa ein 2-Takt- oder 4-Takt-Diesel- oder ein 4-Takt-Ottomotor sein, welcher ohne Weiteres dafür geeignet ist, seine verfügbare Leistungsabgabe typischerweise bei mehreren Umdrehungen pro Minute (UpM) bereitzustellen. Obgleich in 1 nicht explizit dargestellt, sollte es sich verstehen, dass das Achsenantriebssystem 16 jede bekannte Ausführung, z. B. Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Vierradantrieb (4WD) Allradrantrieb (AWD) usw., umfassen kann.
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1 stellt auch ausgewählte Komponenten des elektrohydraulischen Getriebes 12 dar, das ein Hauptgehäuse 11 umfasst, das erste und zweite Elektromotor/Generator-Baugruppen B1 bzw. B2 umschließt. Diese Motoren/Generatoren B1, B2 können indirekt, vorzugsweise durch eine Reihe (nicht dargestellter) Planetengetriebesätze, auf eine Hauptwelle 21 des Getriebes 12 gelagert sein. Die Motoren/-Generatoren B1, B2 arbeiten mit einem oder mehr selektiv einrückbaren, drehmomentübertragenen Mechanismen (z. B. Kupplung, Bremse usw., hierin nicht dargestellt), um die Getriebeausgangswelle 20 zu drehen. Eine Ölwanne oder ein Sumpfvolumen 23 befindet sich auf dem Boden des Hauptgehäuses 11 und ist dafür eingerichtet, Hydraulikfluid wie etwa (in 1 bei 13 verborgen dargestelltes) Getriebeöl für das Getriebe 12 und dessen Komponenten bereitzustellen. Das Hauptgehäuse 11 ummantelt die innersten Komponenten des Getriebes 12, wie etwa die Motoren/Generatoren B1, B2, Planetengetriebeanordnungen, Hauptwelle 21 und drehmomentübertragenden Vorrichtungen (die alle zu Erläuterungszwecken erwähnt werden und nicht alle dargestellt sind). Außerdem ist eine Hilfspumpe 25 am Boden des Hauptgehäuses 11 montiert und der Ölwanne 23 benachbart schachtelbar befestigt. Schließlich ist eine als Ganzes mit 18 gekennzeichnete hydrodynamische Drehmomentwandlerbaugruppe wirksam zwischen dem Motor 14 und Getriebe 12 positioniert.
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2 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Teils der repräsentativen Drehmomentwandlerbaugruppe 18. Die hydrokinetische Drehmomentwandlerbaugruppe 18 ist eine Fluidkopplung, um den ICE 14 mit dem epizyklischen Rädergetriebe des Lastschaltgetriebes 12 wirksam zu verbinden. Die Drehmomentwandlerbaugruppe 18 enthält einen Drehmomentwandler-Impeller 22, eine Turbine 24 mit Schaufeln, ein Leitrad bzw. einen Stator 26, eine Überbrückungs- oder Bypasskupplung 28 und eine Torsionsdämpferbaugruppe 30. Um diese Komponenten zu schützen, ist die Drehmomentwandlerbaugruppe 18 mit einem ringförmigen Gehäuse gestaltet, das hauptsächlich durch einen Pumpengehäuseteil 31 definiert ist, der z. B. über Elektronenstrahlschweißen, MIG- oder MAG-Schweißen, Laserschweißen und dergleichen, an einer motorseitigen Frontplatte 33 so fest angebracht ist, dass dazwischen eine Kammer 35 für ein Arbeitshydraulikfluid ausgebildet ist. Eine (nicht dargestellte) Flexplate ist mit in Umfangsrichtung beabstandeten Vorsprüngen 32, die von der Frontplatte 33 aus vorragen, z. B. über Bolzen 34 verbunden, um die Frontplatte 33 des ringförmigen Gehäuses mit dem Motor 14 antreibend zu verbinden, so dass Rotationsleistung dazwischen hin und her übertragen werden kann.
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Der Impeller 22, worauf in der Technik auch als ”Pumpe” verwiesen wird, befindet sich in serieller Kraftfluss-Fluidverbindung mit der Turbine 24. Zwischen dem Impeller 22 und der Turbine 24 ist ein Stator 26 angeordnet, der einen von der Turbine 24 zum Impeller 22 zurückkehrenden Fluidstrom selektiv ändert, so dass zurückkehrendes Fluid eine Rotation des Impellers unterstützt, statt sie zu erschweren. Die Übertragung eines Motordrehmoments von der Kurbelwelle 15 zur Turbine 24 über die Frontplatte 33 des ringförmigen Gehäuses und den Impeller 22 erfolgt durch den Einsatz eines Hydraulikfluids, wie etwa Getriebeöl 13, in der Fluidkammer 35. Konkreter ausgedrückt, bewirkt eine Rotation der Impeller-Schaufeln 27, die zwischen dem Pumpengehäuse 31 und einem inneren Mantel 37 gehalten werden, dass das Hydraulikfluid 13 toroidal nach außen in Richtung der Turbine 24 geleitet wird. Wenn dies mit einer ausreichenden Kraft, um den Trägheitswiderstand gegen eine Rotation zu überwinden, geschieht, beginnen die Turbinenschaufeln 29, die mit den Impeller-Schaufeln 27 koaxial orientiert und zwischen dem inneren Mantel 37 und einem Turbinengehäuse 39 gehalten werden, mit dem Impeller 22 zu rotieren. Der die Turbine 24 verlassende Fluidstrom wird durch den Stator 26 in den Impeller 22 zurückgeleitet. Der zwischen dem Stromaustrittsabschnitt der Turbine 24 und dem Stromeintrittsabschnitt des Impellers 22 gelegene Stator 26 leitet den Fluidstrom von der Turbine 24 zum Impeller 22 in der gleichen Richtung wie eine Impeller-Rotation um, wodurch ein Pumpdrehmoment reduziert und eine Drehmomentvervielfachung bewirkt wird.
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Innerhalb des Gehäuses der Drehmomentwandlerbaugruppe 18 ist auch ein Paar Axiallager 36 angeordnet, die den Stator 26 drehbar tragen. Der Stator 26 ist mit einer Statorwelle 38 mittels einer Rollenkupplung 40 verbunden, die dazu dient, eine Rotation des Stators 26 bei niedrigen Drehmomentwandlerdrehzahlen zu verhindern. Bei höheren Drehmomentwandlerdrehzahlen ändert sich die Richtung des die Turbine 24 verlassenden Hydraulikfluids 13, was bewirkt, dass der Stator 26 die Rollenkupplung 40 überholt bzw. im Freilauf betreibt und auf der Statorwelle 38 frei rotiert. Der Impeller 22 ist an einer Pumpennabe 50 befestigt, wohingegen die Turbine 24 auf einer TC-Abtriebswelle 46 drehbar montiert ist. Wie dargestellt ist, ist eine Turbinennabe 49 zwischen der Turbine 24 und der TC-Abtriebswelle 46 angeordnet und dafür eingerichtet, diese miteinander wirksam zu koppeln. Die Turbinennabe 49 ist zum Beispiel durch eine Vielzahl von Nieten 47 an der Turbine 24 befestigt und steht durch eine Einwegkupplung 60 mit einer kerbverzahnten Grenzfläche 51 mit der TC-Abtriebswelle 46 in Eingriff.
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Da der Verbrennungsmotor 14 bei verschiedenen Drehzahlen arbeitet, kann er grundsätzlich Torsionsvibrationen (umgangssprachlich bekannt als ”Drehschwingung”) erzeugen. Wenn beispielsweise Kraftstoff in den Motor 14 eingespeist wird und er z. B. durch einen Eingriff der (hierin nicht dargestellten) Kraftstoffdrossel während eines normalen Betriebs unter Leistung steht bzw. läuft, kann der Motor 14 Drehschwingungen erzeugen, die man nicht zu dem und durch das Getriebe 12 übertragen möchte. Wenn der Motor 14 nicht mit Kraftstoff versorgt wird oder nicht unter Leistung steht (z. B. in einem Start- und/oder einem Abschaltvorgang), können außerdem die Motorkolben Kompressionsimpulse erzeugen. Sowohl die Drehschwingungen als auch die Kompressionsimpulse können resultierende Vibrationen und Geräusch erzeugen, die von einem Fahrzeuginsassen wahrgenommen werden können.
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Um die Drehschwingungen und Kompressionsimpulse, die durch den Motor 14 erzeugt werden können, aufzuheben bzw. auszugleichen, ist die Drehmomentwandlerbaugruppe 18 mit einer Torsionsdämpferbaugruppe 30 ausgestattet, wie in 2 gezeigt ist. Wie später im Folgenden im Detail beschrieben werden wird, dient die Torsionsdämpferbaugruppe 30 allgemein dazu, das Getriebe 12 von unerwünschten, durch den Motor 14 während eines Betriebs erzeugten Drehschwingungen zu isolieren und auch die ersten und zweiten Motor/Generatorbaugruppen B1, B2 beim Ausgleichen von Motorkompressionsimpulsen während Start- und Abschaltvorgängen selektiv zu unterstützen.
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Die Torsionsdämpferbaugruppe 30 umfasst einen ringförmigen Dämpferflansch 42, der ein oder mehr Feder-Masse-Dämpfersysteme, worauf im Folgenden als ”SDS” verwiesen wird und die als Ganzes mit 44 gekennzeichnet sind, aufweist, die in Umfangsrichtung um dessen äußeren Umfang beabstandet und nahe dazu positioniert sind. Der Dämpferflansch 42 ist (z. B. mittels Löten, einer mechanischen Befestigungseinrichtung, Niet usw.) an einer Kupplungsplatte 52 angebracht, befestigt oder von einer solchen aus verlängert. Die motorseitige Frontplatte 33 ist, wie oben beschrieben wurde, an der Motorkurbelwelle 15 mittels der Verbindung zwischen der Flexplate und einer Kurbelwellenführung befestigt. Zusätzlich zu einem Betrieb zur Übertragung eines durch den Motor 14 erzeugten Drehmoments zum Getriebe 12 dient die Flexplatte auch dazu, Axiallasten zu absorbieren, die durch die Hydrodynamik des Drehmomentwandlers 18 und/oder durch einen Betrieb der Überbrückungskupplung 28 erzeugt werden können.
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Innerhalb eines Fluidhohlraums 43, der dem Turbinengehäuse 39 benachbart ist, befindet sich eine Überbrückungskupplung 28 (worauf hierin auch als Drehmomentwandlerkupplung (TCC) verwiesen wird), um eine direkte Antriebsverbindung zwischen dem Motor 14 und dem Getriebe 12 bereitzustellen. Die Überbrückungskupplung 28 umfasst eine Kupplungsplatte 52, die dazu dient, eine Reibungsfläche oder ein Reibungsmaterial 48 mit einer inneren Kontaktfläche 45 der Frontplatte 33 selektiv reibschlüssig in Eingriff zu bringen. Die Kupplungsplatte 52 wird an ihrem ringförmigen Kupplungsnabenteil 53 auf einem Proximalende der TC-Abtriebswelle 46 verschiebbar getragen. Für zumindest einige Ausführungen bewegt sich die Kupplungsplatte 52 als Antwort auf ein Hydraulikfluid, d. h. ein Getriebeöl 13, das von einer Ölquelle wie etwa einem Sumpfvolumen 23 in den Fluidhohlraum 43 eingespeist wird. Wenn die Überbrückungskupplung 28 vollständig eingerückt ist (d. h. wenn zwischen dem Reibungsmaterial 36 und der Oberfläche 37 der Frontplatte 33 kein Schlupf vorliegt), ist der Impeller 22 mit der Turbine 24 reibschlüssig gekoppelt, so dass die beiden Komponenten wie eine einzige Einheit rotieren, was ermöglicht, dass der Motor 14 die Drehmomentwandlerbaugruppe 18 effektiv umgeht und Leistung ohne jegliche Effizienzverluste, die mit einem Einsatz des Hydraulikfluids 13 verbunden sind, direkt zum Getriebe 12 überträgt.
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Mit Verweis auf 2 fortfahrend wirkt die Frontplatte 33 in Verbindung mit einer ringförmigen Verlängerung 54 einer angetriebenen Platte (worauf hierin auch als ”Dämpfernase” (engl. tang) verwiesen wird), um die TCC 28 und Torsionsdämpferbaugruppe 30 dazwischen sandwichartig aufzunehmen. Die Dämpfernase 54 ist an ihrem Basisteil z. B. durch die OWC 60 an dem Turbinengehäuse 39 angebracht oder mit ihm verbunden und dient dazu, mit dem individuellen SMS 44 mechanisch in Eingriff zu gelangen und es dadurch zu betätigen. Die Dämpfernase 54 umfasst eine Vielzahl einzelner, in 2 als 55 verborgen dargestellter Flanschabschnitte, die sich jeweils axial in einen jeweiligen Sitzabschnitt des Dämpferflanschs 42 erstrecken. Während die TC-Überbrückungskupplung 28 eingerückt wird (d. h. das/die Reibmaterial/fläche 48 auf der Kupplungsplatte 52 durch Einsatz des Hydraulikfluids 13 gegen eine Kontaktfläche 45 der Frontplatte 33 gedrängt wird) und damit beginnt, Drehmoment zu übertragen (d. h. Drehmomentkapazität von der Turbine 24 unabhängig zu verstärken), wird die Torsionsdämpferbaugruppe 30 um ihre zentrale Achse gedreht. Als Ergebnis dieser Drehbewegung wird ein Federhalter jedes SMS 44 gegen einen jeweiligen Flanschabschnitt 55 der Dämpfernase 54 gepresst, wodurch die Federn 56 komprimiert werden. Diese Wechselwirkung kann genutzt werden, um unerwünschte Drehschwingungen zu absorbieren und zu dämpfen, die durch den Motor 14 während eines normalen, eines Start- und Abschaltbetriebs als einige nicht beschränkende Beispiele erzeugt werden.
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Innerhalb des TC-Gehäuses 31, 33 – integriert mit der Drehmomentwandlerkupplung (TCC) 28 und Torsionsdämpferbaugruppe 30 – ist eine Motortrennvorrichtung eingebaut, um den hydrokinetischen Drehmomentwandler 18 von dem Verbrennungsmotor 14 wirksam auszurücken. Nach einem nicht beschränkenden Beispiel kann diese Trennvorrichtung eine Vielzahl verschiedener mechanischer Diodenausführungen annehmen, die für ein hohes Sperrmoment zusammen mit einem nahezu verschleißfreien Freilauf- bzw. Überholbetrieb ausgelegt sind. Während es für zumindest einige Ausführungsformen vorzuziehen ist, dass die Trennvorrichtung einen passiven Kupplungsmechanismus aufweist, ist auch vorstellbar, dass die Vorrichtung Ausführungen eines aktiven Kupplungsmechanismus annimmt. Gemäß dem in 2 veranschaulichten Beispiel ist die Trennvorrichtung ein Mechanismus 60 einer passiven Einwegkupplung (OWC), der mit sowohl der Dämpferbaugruppe 30 als auch der TC-Abtriebswelle 46 direkt gekoppelt ist. Um einen bestehenden Einbauraum innerhalb des TC-Gehäuses zu nutzen, kann die OWC 60 zwischen dem Stator 26 und der Kupplungsplatte 52 der TCC 28, z. B. einem proximalen Axiallager 36 benachbart, sandwichartig angeordnet sein, während sie konzentrisch mit der TC-Abtriebswelle 46 montiert und von einem ringförmigen Dämpferflansch 42 umschrieben ist. Bei dieser Architektur ist die OWC 60 in einer parallelen Kraftflussverbindung mit der TCC 28 und der Torsionsdämpferbaugruppe 30 und in einer Reihen-Kraftflussverbindung mit dem Stator 22 und der Turbine 24 platziert, wie man in 3 sieht. In 3 ist es auch möglich, die Reihenfolge der TCC 28 und der Torsionsdämpferbaugruppe 30 umzukehren, so dass die TCC 28 der Dämpferbaugruppe 30 nachgeschaltet ist. Eine andere optionale Variante zu 3 bestünde darin, eine zweite Torsionsdämpferbaugruppe 30 dem Knoten, der die TCC 28, Torsionsdämpferbaugruppe 30 und OWC 60 mit dem Lastschaltgetriebe 12 verbindet, nachgeschaltet zu platzieren. Als noch eine weitere Option kann eine zweite Torsionsdämpferbaugruppe 30 zwischen der OWC 60 und dem/der Stator/Turbine 22, 24 angeordnet werden. In gleicher Weise kann eine zweite Torsionsdämpferbaugruppe 30 zwischen der OWC 60 und dem Knoten angeordnet sein, der die TCC 28, Torsionsdämpferbaugruppe 30 und OWC 60 mit dem Lastschaltgetriebe 12 verbindet. Alternative Ausführungen können die OWC 60 in paralleler Kraftflussverbindung mit der TCC 28 allein und in Reihen-Kraftflussverbindung mit der Turbine 24 und dem Dämpfer 30 platzieren, wie man in 4 sieht. Es ist auch möglich, 4 zu modifizieren und die OWC 60 dem/der Stator/Turbine 22, 24 vorgeschaltet zu platzieren, die zwischen dem veranschaulichten Knoten und dem/der Stator/Turbine 22, 24 angeordnet ist. In diesem Fall kann der äußere Laufring 64 der OWC an der Turbine 24 starr befestigt sein, und der innere Laufring 62 ist mit der TCC-Kupplungsplatte 52 gekoppelt. Jede Kombination und Teilkombination der obigen optionalen Ausführung wird ebenfalls als Teil dieser Offenbarung erachtet.
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Die Trennvorrichtung der OWC 60 dient dazu, die Turbine 24 mit der TC-Abtriebswelle 46 automatisch wirksam zu verbinden (oder ”zu verriegeln bzw. arretieren”), wenn ein positives Drehmoment von der Turbine zur TC-Abtriebswelle übertragen wird. Umgekehrt dient die OWC 60 dazu, die Turbine 24 von der TC-Abtriebswelle 46 automatisch wirksam zu trennen (oder ”zu überholen bzw. im Freilauf zu betreiben”), wenn das Drehmoment eine Richtung umkehrt. In dem in 2 veranschaulichten Beispiel enthält die OWC konzentrische innere und äußere ringförmige Laufringe 62 bzw. 64. Der innere Laufring 62 ist, z. B. über eine kerbverzahnte Grenzfläche 51, an der TC-Abtriebswelle 46 für eine gemeinsame Rotation damit befestigt. Desgleichen ist auch der innere Laufring 62, z. B. über eine Dämpfernase 54, an der Dämpferbaugruppe 30 für eine gemeinsame Rotation damit befestigt. Für zumindest einige Ausführungsformen können die Dämpfernase 54 und der innere Laufring 62 als eine einteilige Einheitsstruktur integral ausgebildet sein. Der äußere Laufring 64 der OWC ist im Gegensatz dazu, z. B. mittels einer starren Kopplung an dem Turbinengehäuse 39 über Nieten 47, an den Turbinenschaufeln 29 für eine gemeinsame Rotation damit befestigt. Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Rollen 66 ist zwischen dem inneren und äußeren Laufring 62, 64 der OWC 60 angeordnet und koppelt diese drehbar. Alternative Ausführungen können anstelle der Rollen 66 oder zusätzlich dazu Klemmstücke, Elemente mit Ratschenzähnen und Klauen, unter Federvorspannung stehende Rollen usw. einbeziehen.
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Während eines Betriebsmodus mit positivem Drehmoment (der in 3 durch Pfeil 58 dargestellt ist), wie etwa wenn das Automobil 10 von einem Stopplicht aus beschleunigt und durch eine niedrige Gangsequenz schaltet, ist die TCC 28 offen, und die OWC 60 arretiert gleichzeitig, so dass die Turbine 24 mit der TC-Abtriebswelle 46 mechanisch gekoppelt ist. Für eine direkte Verbindung und Schlupfsteuerung während eines positiven Drehmoments wird die TCC 28 betätigt, und die OWC 60 bleibt arretiert, so dass der Motor 14 mittels einer Frontplatte 33 und Kupplungsplatte 52 mit der TC-Abtriebswelle 46 mechanisch gekoppelt ist. Für einen Neustart des Motors, z. B. nach einem Ausrollen bzw. Segeln, E-Fahren, E-Anfahren usw., ist die TCC 28 offen, und die OWC 60 arretiert automatisch bei der gewünschten Motordrehzahl, wenn die zugeordnete Turbinendrehzahl mit der Getriebeeingangsdrehzahl synchronisiert, während die Torsionsdämpferbaugruppe 28 Drehschwingungen des Motors während eines Neustarts ausdämpft. Die OWC 60 vereinfacht eine Steuerung zur Synchronisierung von Motor und Getriebe während eines Motorneustarts, da im Gegensatz zu einer Standardreibungskupplung, die typischerweise kontinuierlich gesteuert werden muss, um den Motorausgang und Getriebeeingang richtig zu synchronisieren, während der Motor neu gestartet und auf eine gewünschte Drehzahl beschleunigt wird, die OWC 60 von 2 eine passive Vorrichtung ist, die die antreibenden und angetriebenen Elemente automatisch koppelt, um diesen Übergang ohne kontinuierliche ECU-Steuerung nahtlos zu gestalten.
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Während eines Betriebsmodus mit Drehmoment Null, wie etwa wenn das Automobil 10 ausrollt bzw. segelt oder für einen regenerativen Bremsvorgang, ist die TCC 28 offen, und die OWC 60 ist gleichzeitig im Freilauf. Dabei ist der Motor 14 vom Getriebe 12 wirksam getrennt, um sicherzustellen, dass ein Drehmoment des Antriebsstrangs nicht zum Motor 14 zurück übertragen wird. Während eines Betriebsmodus mit negativem Drehmoment (der in 3 durch Pfeil 68 dargestellt ist), wie etwa für einen Motorbremsvorgang, wird die TCC 28 betätigt, während die OWC 60 gleichzeitig im Freilauf ist. Dies ermöglicht, dass der verlangsamende Motor mit dem Achsenantrieb koppelt und gleichzeitig die Achsenantriebsräder verlangsamt.
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Obgleich Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit Verweis auf die veranschaulichten Ausführungsformen im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, dass viele Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf den genauen Aufbau und die Zusammensetzungen, die hierin offenbart sind, beschränkt; sämtliche Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorhergehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen innerhalb des Geistes und Umfangs der Offenbarung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Außerdem schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich sämtliche Kombinationen und Teilkombinationen der vorhergehenden Elemente und Merkmale ein.
