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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG(EN)
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Nicht zutreffend.
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ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
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Nicht zutreffend.
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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Diese Offenbarung bezieht sich Antriebsanordnungen und insbesondere auf Antriebe für Arbeitsfahrzeuge.
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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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In verschiedenen Arbeitsfahrzeuganwendungen kann eine Antriebsanordnung genutzt werden, um Drehkraft für verschiedene Komponenten des Fahrzeugs bereitzustellen. In einigen Rad- oder Kettenfahrzeugen wie beispielsweise Motorgrader wird eine Achsantriebseinheit an einen Rahmen des Fahrzeugs montiert, um an einer Radbefestigung der Antriebsanordnung Drehkraft bereitzustellen, um die Räder oder Ketten des Fahrzeugs anzutreiben und dadurch das Fahrzeug über Gelände zu bewegen. Eine solche Antriebsanordnung (und andere) können Hydraulikmotoren umfassen zum Bereitstellen von Drehkraft und verschiedene Gänge zum Anpassen der Drehzahl der Drehkraft für die Ausgabe an der Radbefestigung.
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In einigen Fällen können die Motoren in einer oder mehreren unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben werden. Während die Nutzung von unterschiedlichen Geschwindigkeiten in einer Antriebsanordnung die Kosten der zugehörigen Motoren, Wechselrichter und elektrischen Geräten deutlich reduzieren kann, steigern die höheren Betriebsgeschwindigkeiten eines Elektromotors deutlich die von der Antriebsanordnung geforderten Kennzahlen und können gleichzeitig zu einer Erhöhung der Größe und der Kosten der gesamten Antriebsanordnung führen. Organisation und Verpackung komplexer Anordnungen wie diese, zusammen mit Räderwerken, Verlagerungsanordnungen, Lager, Wellen und anderen Antriebskomponenten, in einem für sie ein relativ engen Raum, insbesondere in axialer Richtung, kann eine Herausforderung darstellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die Offenbarung stellt eine Arbeitsfahrzeug-Antriebsanordnung mit einer verbesserten Kupplungsbetätigungsanordnung bereit.
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Ein Aspekt der Offenbarung ist eine Antriebsanordnung, die Drehkraft empfängt von einer um eine Drehachse drehbaren Eingangswelle. Die Antriebsanordnung weist ein Antriebsgehäuse auf mit einem Zahnradsatz und einer Radbefestigung, die so konfiguriert sind, dass sie um eine Drehachse auf einer Radlageranordnung drehen. Eine Kupplungskomponente ist an einer Kupplungsnabe befestigt und zwischen einer Eingangswelle und dem Zahnradsatz angebracht, um gezielt eine Drehung der Radbefestigung zu erzeugen. Ein Kupplungsbetätigungsanordnung versetzt die Kupplungskomponente in erregten und stromlosen Zustand bezogen auf die Eingangswelle. Die Kupplungsbetätigungsanordnung weist eine Feder auf, um die Kupplungskomponente in einen erregten und stromlosen Zustand zu positionieren und einen Kolben, um die Kupplungskomponente in dem anderen des erregten und stromlosen Zustandes zu positionieren. Die Kupplungsbetätigungsanordnung hat eine Reaktionsplatte, die in eine erste axiale Richtung durch die Feder beaufschlagt wird und durch den Kolben in eine zweite axiale Richtung.
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Ein anderer Aspekt der Offenbarung ist eine Antriebsanordnung, die Drehkraft empfängt von einer um eine Drehachse drehbaren Eingangswelle, in der die Antriebsanordnung ein Antriebsgehäuse mit einem Zahnradsatz und eine Radbefestigung umfasst, die konfiguriert ist, um die Drehachse auf einer Radlageranordnung zu drehen. Eine Kupplungskomponente ist mindestens zum Teil innerhalb einer ringförmigen Kupplungsnabe montiert und zwischen der Eingangswelle und dem Zahnradsatz angebracht, gezielt eine Drehung der Radbefestigung zu erzeugen. Eine Kupplungsbetätigungsanordnung versetzt die Kupplungskomponente in erregten und stromlosen Zustand bezogen auf die Eingangswelle. Die Kupplungsbetätigungsanordnung weist eine Feder auf, um die Kupplungskomponente in einen des anderen erregten und stromlosen Zustandes zu positionieren und einen Kolben, um die Kupplungskomponente in den anderen des erregten und stromlosen Zustands zu positionieren. Die Kupplungsbetätigungsanordnung weist eine Reaktionsplatte auf, auf die die Feder in einer ersten axialen Richtung beaufschlagt wird und durch den Kolben in einer zweiten axialen Richtung. Die Reaktionsplatte umfasst erste und zweite Teile, an der Kupplungsnabe durch zugeordnete erste und zweite Öffnungen befestigt ist, die sich radial erstrecken durch die Kupplungsnabe, so dass der Kolben auf die Reaktionsplatte im Inneren der Kupplungsnabe beaufschlagt und die Feder auf die Reaktionsplatte außerhalb der Kupplungsnabe beaufschlagt.
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Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beiliegenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale und Vorteile sind der der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen zu entnehmen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Arbeitsfahrzeugs in Form eines Motorgraders, in dem die Antriebsanordnung der vorliegenden Offenbarung integriert werden kann;
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2 ist eine perspektivische Außenansicht einer Beispiel-Antriebsanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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3 ist eine Seitenansicht (im Schnitt) der Beispiel-Antriebsanordnung aus 2 entlang Linie 3-3 aus 2;
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4 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Bereichs 4-4 aus 3;
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4A ist eine vergrößerte Schnittansicht des Bereichs 4A-4A aus 4, einen Kolben zeigend in einer ersten Position;
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4B ist eine Ansicht ähnlich wie 4A, aber mit dem Kolben in einer zweiten Position;
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5 ist eine perspektivische Ansicht einer Beispiel-Kupplungskomponente und Kupplungsbetätigungsanordnung an einer Eingangswelle befestigt;
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6 ist eine perspektivische Schnittansicht davon; und
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7 ist eine Explosionsansicht der Anordnung.
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Gleiche Referenzsymbole in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der Antriebsanordnung dieser Offenbarung beschrieben, wie sie in den beigefügten Figuren der oben kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt sind. Verschiedene Modifikationen der beispielhaften Ausführungsformen können von einem Fachmann in Betracht gezogen werden.
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Wie oben erwähnt sind bekannte Konstruktionen für Antriebe mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten möglicherweise unbefriedigend in mehrfacher Hinsicht. Zum Beispiel weisen solche Antriebe eventuell signifikante Komplexität auf, was zu hohen Herstellungskosten und einer deutlichen Zunahme der Größe und des Gewichts führen kann. Dies ist insbesondere der Fall bei geländegängigen und anderen Arbeitsfahrzeugen, wie beispielsweise Motor-Grader, selbstfahrenden Feldspritzen und dergleichen, bei denen es wünschenswert ist, dass der Antrieb mehrere Geschwindigkeiten bietet, während zur gleichen Zeit der für den Antrieb erforderliche Einbaurahmen reduziert wird. Bei bestimmten Antriebsanordnungen in Reihe, wie beispielsweise Achsantriebe, ist eine wesentliche Abmessung die axiale Dimension, über die bestimmte Antriebskomponenten drehen, um die Räder oder anderen Fahrzeugkomponenten anzutreiben.
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In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begriff ”axial”, wie er hier verwendet wird, auf eine Richtung, die im Allgemeinen parallel zu einer Drehachse, Symmetrieachse oder Mittellinie einer Komponente oder Komponenten ist. Beispielsweise kann sich in einem Zylinder mit einer Mittellinie und gegenüberliegende, kreisförmigen Enden die ”axiale”-Richtung auf die Richtung beziehen, die üblicherweise parallel verläuft zu der Mittellinie zwischen den gegenüberliegenden Enden. In bestimmten Fällen kann der Begriff ”axial” in Bezug auf Komponenten verwendet werden, die nicht zylindrisch sind (oder auf andere Weise radialsymmetrisch). Zum Beispiel kann die ”axiale” Richtung für ein rechteckiges Gehäuse mit einer rotierenden Welle als eine Richtung betrachtet werden, die im Allgemeinen parallel zu der rotierenden Achse der Welle ist. Darüber hinaus kann sich der Begriff ”radial”, wie hier verwendet, auf eine Richtung oder eine Beziehung von Komponenten beziehen in Bezug auf eine Linie, die sich senkrecht nach außen erstreckt von einer gemeinsamen Mittellinie, Achse oder einen ähnlichen Bezug. Beispielsweise können zwei konzentrische und axial überlappende zylindrische Komponenten als ”radial” ausgerichtet angesehen werden über die Teile der Komponenten, die axial überlappen, aber nicht ”radial” ausgerichtet sind über die Abschnitte der Komponenten, die nicht axial überlappen. In bestimmten Fällen können Komponenten als ”radial” ausgerichtet betrachtet werden, auch wenn eine oder beide Komponenten möglicherweise nicht zylindrisch sind (oder ansonsten radialsymmetrisch).
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Bestimmte bekannte Antriebsanordnungen können einen Motor umfassen, der an einem Ende eines Getriebegehäuses der Antriebsanordnung befestigt ist. Das Getriebegehäuse kann in einem Stück ausgebildet sein mit einer Nabe, die mit einer externen Vorrichtung verbunden sein kann, wie beispielsweise einem Rad oder Ritzel, um Drehkraft von dem Motor an die externe Vorrichtung bereitzustellen. Ein oder mehrere Planetengetriebe in Verbindung mit dem Motor können innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet werden, um eine Geschwindigkeitsreduzierung von verschiedenen Verhältnissen in Bezug auf die Drehkraft vom Motor bereitzustellen. Der Antrieb kann verschiedene komplexe Anordnungen integrieren, wie Verbund-Planetengetriebe, um unterschiedliche Geschwindigkeiten bereitzustellen und die gewünschten hohe Getriebeuntersetzung und Drehmoment. Die axiale Abmessung dieser Antriebs-Zahnradsätze kann größer als gewünscht sein für bestimmte Anwendungen.
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Die Ausführungsformen des offenbarten Antriebs können verschiedene der oben angeführten Probleme lösen, und verschiedene zusätzliche Vorteile bieten. Im Allgemeinen sind anstelle der relativ großen Schaltanordnungen von Antrieben des früheren Standes der Technik, die Schaltanordnung oder zumindest der Planetengetriebesatz oder Kupplungskomponenten davon so angeordnet, dass sie im Wesentlichen in (oder ”unter”) den Radlagerträger der Antriebsanordnung passen – d. h. die Schaltanordnung passt im Wesentlichen in die axialen Grenzen des Radlagerträgers und in die innere radiale Abmessung des Radlagerträgers. Auf diese Weise kann die Schaltanordnung (einschließlich, beispielsweise, eine oder mehrere Kupplungskomponenten und Planetenkomponenten) kompakter angeordnet werden, was zu einer reduzierten axialen Abmessung führt.
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In bestimmten Ausführungsformen kann die axial kompakte Natur der Schaltanordnung teilweise durch eine Feder- und Kolbenanordnung erleichtert werden mit relativ großem Durchmesser, die den Federdruck, hydraulisch gelüftete Versorgung der Kupplung bereitstellt für die verschiedenen Betriebsarten des Antriebs. Beispielsweise kann die Schaltanordnung eine oder mehrere Feder- und Kolbenanordnungen umfassen, die eine entsprechende Anzahl Kupplungskomponenten ein- oder auskuppeln. Die Federn können so ausgelegt sein, dass in einer radial unterschiedlichen Position positioniert werden können (beispielsweise radial außerhalt der Kupplung). Dies reduziert nicht nur den axialen Raum, den die Schaltanordnung einnimmt, sondern die Nutzung der größeren Federn stellt auch eine größere Axialkraft bereit, die auf die Kupplungskomponenten über einen kürzeren axialen Abstand wirkt. Die robusteren Federn sollen weiter die Lebensdauer der Schaltanordnung verbessern, da weniger Umlenkung für jede Betätigung der Kupplungskomponente erforderlich ist.
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In noch anderen Ausführungsformen kann die Schaltanordnung in Form eines einfachen Einzelplanetensatzes sein, wodurch Kosten und die Komplexität der Anordnung reduziert werden. Zum Beispiel kann der Einzelplanetensatz ein 2-Gang-Planetenradantrieb, Träger-Ausgangskonfiguration sein. Die einzelne Planetenanordnung kann auch dafür konfiguriert werden, neutralen und Parkmodus bereitzustellen. Der neutrale Modus verhindert, dass die Räder den Motor rücklaufen und freilaufen lassen und der Park-Modus sperrt die Fahrzeugräder gegen Drehung.
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In bestimmten anderen Ausführungsformen kann die offenbarte Antriebsanordnung eine oder mehr Funktionen haben, die Herstellbarkeit und Montage erleichtern, und dabei eine oder mehr der oben genannten Vorteile bieten (z. B. dichte Verpackung und hohe Lebensdauer). Zum Beispiel kann die offenbarte Antriebsanordnung ein geteiltes Federreaktionselement haben, das durch ein festes ringförmiges Halteelement montiert wurde. Das geteilte Federreaktionselement kann axial in zwei oder mehr Teile desselben geteilt sein oder in unterschiedliche Größen und Formen. Die geteilte Konfiguration des Federreaktionselementes ermöglicht, dass Reaktionsfortsätze des geteilten Federreaktionselementes durch Schlitze einer ringförmigen Kupplungshalterung installiert werden. Das ringförmige Halteelement enthält und montiert die Teile des geteilten Federreaktionselements. Eine Feder mit einem großen Durchmesser am Außendurchmesser des ringförmigen Kupplungshalters kann gegen das geteilte Federreaktionselement wirken, um eine Kraft aufzubringen, die eine Kupplung der Antriebsanordnung betätigt. Die Kupplung kann durch einen Kolben innerhalb des Innendurchmessers des Kupplungshalters gelöst werden, der gegen die Reaktionsfortsätze des geteilten Federreaktionselements wirkt. Die geteilte Konfiguration ermöglicht ferner, dass der Kupplungshalter ein geschlossenes Ende hat, das den Kolben umschließt und eine Kolbenkammer bildet, und das die strukturelle Steifigkeit und die Drehmoment-Tragfähigkeit des Kupplungshalters verbessert.
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Nun bezugnehmend auf die Zeichnungen, kann die offenbarte Antriebsanordnung verwendet werden im Zusammenhang mit einer breiten Palette von Arbeitsfahrzeugen, einschließlich, wie erwähnt, einem Motorgrader. In dieser Hinsicht, während ein Motorgrader hier dargestellt und beschrieben wird als beispielhaftes Arbeitsfahrzeug, erkennt ein Fachmann auf diesem Gebiet, dass die Prinzipien der hier offenbarten Antriebsanordnung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten leicht angepasst werden kann für den Einsatz in anderen Arten von Arbeitsfahrzeugen, darunter zum Beispiel verschiedene Planierraupen, Lader, Baggerlader und Kompaktlader, wie sie in der Bauindustrie verwendet werden, sowie verschiedene andere Maschinen aus der Land- und Forstwirtschaft, wie Traktoren, Sprühgeräte, Schlepper und dergleichen. So sollte die vorliegende Offenbarung nicht auf Anwendungen beschränkt werden, die mit Motorgrader oder dem speziellen gezeigten und beschriebenen Beispiel-Motorgrader in Verbindung stehen.
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Wie in 1 dargestellt, kann ein Motorgrader 20 einen Hauptrahmen 22 umfassen, der eine Fahrerkabine 24 trägt und ein Antriebsaggregat 26 (beispielsweise einen Dieselmotor), betriebsmäßig gekoppelt zum Antrieb des Antriebsstrangs. Der Hauptrahmen 22 wird vom Boden aus gestützt durch vom Boden greifende, gelenkte Räder 28 an der Vorderseite der Maschine und durch zwei Paare von Tandem-Antriebsrädern 30 an der Rückseite der Maschine. Das Antriebsaggregat kann ein oder mehr hydraulische Pumpen (nicht dargestellt) antreiben, die Hydraulikflüssigkeit in einem Hydraulikkreislauf unter Druck setzen, einschließlich verschiedene elektrohydraulische Ventile, hydraulische Antriebe und hydraulische Stellantriebe, darunter ein kreisförmiger Schaltaktuator 32, Stellmotoren zum Heben/Senken 34, ein Klingen-Schaltaktuator (nicht dargestellt) und ein Kreis-Drehantrieb (nicht dargestellt). In dem dargestellten Beispiel hat der Hauptrahmen 22 eine Gelenkverbindung (nicht dargestellt) zwischen der Fahrerkabine 24 und dem Antriebsaggregat 26, die es der Vorderseite des Hauptrahmens 22 ermöglicht, von der Mittellinie des hinteren Abschnitts des Hauptrahmens 22 abzuweichen, wie beispielsweise bei einem Drehvorgang, um den effektiven Radstand des Motorgrader 20 zu verkürzen und somit den Wenderadius der Maschine. Eine Kreis- 40 und Klingen- 42 Anordnung ist an dem Hauptrahmen 22 vor der Fahrerkabine 24 befestigt durch eine Zugeinrichtung 44 und eine Hebehalterung 46, die in bestimmten Ausführungsformen schwenkbar sein kann in Bezug auf den Hauptrahmen 22. Zylinder der Stellmotoren zum Heben/Senken 34 kann auf die Hebehalterung 46 montiert werden und Kolben der Stellmotoren zum Heben/Senken 34 können an den Kreis 40 angeschlossen werden, damit die Relativbewegung der Kolben den Kreis 40 heben, senken und kippen kann und somit die Klinge 42. Der Kreis 40, über den Kreisantrieb und verschiedene Aktuatoren bewirkt, dass die Klinge 42 relativ zu einer vertikalen Achse gedreht wird, sowie seitlich verschoben in Bezug auf den Hauptrahmen 22 und/oder den Kreis 40. Die Antriebsräder 30 des Motorgraders 20 werden durch eine Antriebsanordnung angetrieben (nicht dargestellt in 1) konfiguriert als eine Achsantriebsanordnung, die an den Rahmen 22 des Motorgraders 20 angebracht ist, um die Antriebsräder 30 mit Antriebsenergie zu versorgen. Es versteht sich, dass die offenbarte Antriebsanordnung als Achsantriebseinheit genutzt werden kann, wie zur Bereitstellung von Antriebsenergie für ein Element zur Bodenbearbeitung des Fahrzeugs dargestellt (z. B. Räder, Schienen oder dergleichen) oder um Rotationsleistung für andere Arten von Geräten bereitzustellen.
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2 zeigt das Äußere einer Beispiel-Antriebsanordnung 50, die genutzt werden kann, um die Antriebsräder 30 gezeigt in 1. Die Antriebsanordnung 50 umfasst im Allgemeinen eine Befestigungsanordnung (nicht dargestellt), um die Befestigung an dem Rahmen 22 des Motorgraders 20 zu erleichtern. Die Befestigungsanordnung kann als Teil eines größeren Antriebsgehäuses 52 der Antriebsanordnung 50 enthalten sein und ist konfiguriert, um relativ stationär zu bleiben während des Betriebs der Antriebsanordnung 50, wie weiter unten in weiteren Einzelheiten beschrieben. Ein Antriebsmotor 54 kann an das Antriebsgehäuse 52 (z. B. über eine Motorhalterung) angebracht werden an einem axialen Ende 50A der Antriebsanordnung 50, so dass der Antriebsmotor 54 in einer angemessenen stationären Ausrichtung gehalten werden kann für die Bereitstellung von Rotationsleistung für die Antriebsanordnung 50. Der Antriebsmotor 54 kann als ein Elektromotor implementiert werden (oder eine anderen Energiequelle, wie beispielsweise ein Hydraulikmotor), der eine Antriebswelle umfasst (nicht dargestellt in 2), die auf ein anderes axiales Ende 50B der Antriebsanordnung 50 zuläuft. In anderen Ausführungsformen sind alternative Konfigurationen möglich. Die Antriebsanordnung 50 kann ferner eine Radbefestigung 56 umfassen, die konfiguriert werden kann, um die Räder 30 des Motorgraders 20 direkt zu greifen oder kann an eine Zwischenkraftübertragungskomponente montiert werden. In jedem Fall kann die Drehung der Radbefestigung 56 die Bewegung der Räder 30 antreiben und dadurch die Bewegung des Motorgraders 20.
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Wie oben kurz erwähnt, sind Antriebsanordnungen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen derart konfiguriert, dass ihre Schaltanordnungen oder zumindest die Planetensätze und Kupplungskomponenten sich im Wesentlichen ”unterhalb” oder ”innerhalb” ihrer Radlagerträger befinden (in einigen Fällen der Radlager selbst), um die gesamte axiale Abmessung der Antriebsanordnung zu minimieren. Im Allgemeinen kann eine Radlageranordnung ein, zwei oder mehr Radlager umfassen, konfiguriert in einer Vielzahl von Anordnungen, wie unten in weiteren Einzelheiten beschrieben, und ein Lagerträger kann irgendeine geeignete Form und Struktur haben, konfiguriert, um strukturelle Unterstützung zu bieten (z. B. axiale, tangentiale und/oder radiale Unterstützung) für die Radlageranordnung. Auch die Schaltanordnung kann eine Vielzahl von Komponenten umfassen, wie Kupplungspakete, Aktuatoren und Getriebe (z. B. eine weiter unten beschriebene Planetengetriebe-Anordnung), die zusammen mit der Antriebsanordnung ermöglicht, eine Vielzahl von Modi, wie ”hoch”, ”niedrig”, ”neutral” und ”parken” zu implementieren, (nachstehend jeweils einfach als H, L, N und P-Modi bezeichnet).
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3 ist eine Seitenansicht (im Schnitt) der Beispiel-Antriebsanordnung 50. Als Erstes wird man zu schätzen wissen, dass verschiedene Komponenten (oder Anordnungen) der Antriebsanordnung 50 im Allgemeinen radial symmetrisch sind, so dass für diese Komponenten die hierin dargestellten Ansichten eine Ansicht auf eine beliebige Anzahl von diametralen Ebenen der Antriebsanordnung 50 darstellen können. Die Beispiel-Antriebsanordnung 50 umfasst die Radbefestigung 56, die sich bezogen auf einen Montagerahmen ein oder Antriebsgehäuse 52 dreht. Das Antriebsgehäuse 52 ist so konfiguriert, dass es fest an dem Rahmen 22 des Motorgraders 20 angebracht ist, während die Radbefestigung 56 so konfiguriert ist, dass sie sicher an einem der Antriebsräder 30 des Motorgraders 20 befestigt ist. Die Antriebsanordnung 50 weist eine Lageranordnung 64 auf, die zwei Ringrollenlageranordnungen umfasst, wie dargestellt. Innendurchmesser der Lager 64 sind an einer Gehäusenabe 70 befestigt (d. h. radial und axial abgestützt), die an dem Antriebsgehäuse 52 befestigt ist oder damit einstückig ausgebildet ist. Der äußere Durchmesser der Lager 64, montiert an einem Lagerträger 72, der mit der Radbefestigung 56 verbunden ist (z. B. Schrauben) oder damit einstückig ausgebildet ist und so einen Teil davon bildet. Gleitringdichtungen 74 können in den gegenüberliegenden Seiten der Gehäusenabe ausgebildeten Ringnuten 70 und dem Lagerträger 72 zu halten angebracht werden, um Flüssigkeiten (z. B. Hydraulikflüssigkeit, Schmiermittel, Kühlmittel und dergleichen) aufzunehmen und externen Schmutz und Verunreinigungen zu blockieren. Ein Antriebsmotor 54 (z. B. ein Elektromotor) ist am inneren (links in 6) axialen Ende des Antriebsgehäuses 52 befestigt.
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Die Antriebsanordnung 50 umfasst drei Planetenradsätze, einschließlich Planetenuntersetzungssätze 80, 90 und ein Schaltplanetensatz 100. Die Antriebsanordnung 50 und speziell deren Gruppenschaltanordnung umfasst zwei Kupplungskomponenten (oder ”Kupplungspakete”) 102, 104, die kommunikativ gekoppelt sind auf dem Schaltplanetensatz 100. Kurz gesagt, wenn das Kupplungspaket 102 betätigt (oder ”mit Energie versorgt”) wird, arbeitet die Antriebsanordnung 50 in einer Betriebsart L mit niedriger Geschwindigkeit. Wenn das Kupplungspaket 104 betätigt ist, arbeitet die Antriebsanordnung 50 in einem Hochgeschwindigkeitsmodus H. Die Antriebsanordnung 50 in einem neutralen Modus N arbeitet, wenn weder das Kupplungspaket 102 noch 104 betätigt ist und in einem Parkmodus P, wenn beide Kupplungspakete 102, 104 betätigt sind. Die Betriebsarten sind weiter unten beschrieben.
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Insbesondere nun, mit Bezug auf 3 und 4, die Antriebsanordnung 50 umfasst eine Eingangswelle 110, angetrieben durch den Antriebsmotor 54, mit dem entweder der Satz von Reibscheiben oder Trennscheiben des Kupplungspakets 102 verkeilt ist. Der andere Satz von Trennscheiben oder Reibscheiben ist mit einer Kupplungsnabe 112 am Innendurchmesser einer taschenförmigen Aussparung verkeilt 114. Ein- und Ausschalten des Kupplungspakets 102 geschieht durch eine Stellgliedanordnung 120, nachfolgend im Detail beschrieben. Die Stellgliedanordnung 120 liefert durch Federkraft aufgebrachte, hydraulisch gelüftete Betätigung für das Kupplungspaket 102. Der Gebrauch einer Feder mit großem Durchmesser sorgt für eine größere aufgebrachte axiale Kraft auf das Kupplungspaket 102 über einen kürzeren axialen Abstand, der die Energieversorgung und die Lebensdauer des Kupplungspakets 102 verbessert, und damit der Antriebsanordnung 50.
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Der Schaltplanetensatz 100 erhält Drehantrieb von der Eingangswelle 110 von einem der beiden Leistungspfade, und zwar über eine verzahnte Schnittstelle der Eingangswelle 110 und ein Sonnenrad 130 und über eine verzahnte Schnittstelle der Kupplungsnabe 112 und einem Hohlrad 132. Der Sonnenrad 130 erhält kontinuierlich Drehantrieb von der Eingangswelle 110 (außer wenn die Eingangswelle 110 stationär gehalten wird (z. B. über die Motorsteuerlogik). Das Hohlrad 132 erhält nur Drehantrieb, wenn das Kupplungspaket 102 betätigt ist, und das Hohlrad 132 dreht sich nur, wenn das Kupplungspaket 104 entkuppelt ist. Der Schaltplanetensatz 100 beinhaltet eine Mehrzahl von Planetengetrieben 140 (z. B. sechs in der Beispielausführungsform, obwohl nur zwei in 3) dargestellt sind, die auf Ritzelwellen eines Trägers 150 unterstützt werden. Der Träger 150 ist mit einer Sonnenwelle zweite Stufe 82 verzahnt. Somit ist in dieser Beispielausführungsform der Schaltplanetensatz 100 ein einziger Sonnen-Eingangs/Träger-Ausgangs-Planetensatz. Der Schaltplanetensatz 100 (und das Kupplungspaket 104) passen axial in die axialen Grenzen des Lagerträgers 72, wie gezeigt, sowie radial in den Innendurchmesser des Lagerträgers 72. Die einfache, einzelne Planetenkonfiguration unterstützt die axiale Kompaktheit der Antriebsanordnung 50. Dennoch bietet der Schaltplanetensatz 100 Übersetzungsverhältnisse für zwei Abtriebsdrehzahlen und neutral und erleichtert eine Parkbremsenfunktion, je nach Zustand der beiden Kupplungspakete 102, 104.
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Das Kupplungspaket 104 befindet sich radial zwischen der Gehäusenabe 70 und dem Hohlrad 132 des Schaltplanetensatzes 100, entweder mit dem Satz von Reibscheiben oder von Trennscheiben, die mit dem Innen- oder Außendurchmesser der jeweiligen Komponenten verzahnt werden. Ein- und Ausschalten des Kupplungspakets 104 geschieht durch eine andere Stellgliedanordnung 160, die an der Gehäusenabe 70 angebracht ist, und deren eines Ende eine Kolbenkammer 162 bildet, die mit einem ringförmigen Kolben 164 und einer Feder 166 zusammenwirkt. In dieser Ausführungsform sind die Komponenten der Stellgliedanordnung 160 axial neben dem Kupplungspaket 104 und zumindest teilweise radial außerhalb des Schaltplanetensatzes 100, um die axiale Kompaktheit der Antriebsanordnung 50 weiter zu optimieren. Im Betrieb ist die Stellgliedanordnung 160 so konfiguriert, dass die Feder 166 eine Kraft ausübt, die (links in 3) auf den Kolben 164 wirkt, so dass eine äußere Umfangsfläche 168 in der Lage ist, die verschachtelten Reib- und Trennscheiben in engen Reibungskontakt zu bringen, um das Kupplungspaket 104 zu betätigen und zu bewirken, dass das Hohlrad 132 drehfest mit der Gehäusenabe 70 befestigt wird. Die Einführung von Hydraulikflüssigkeitsdruck zwischen dem Ringkolben 164 und der Kolbenkammer 162, die dynamisch abgedichtet ist durch eine Dichtung- und Nut-Anordnung an dem Außendurchmesser des Kolbens 164, wirkt eine Kraft (rechts in 3) auf den Kolben 164, ausreichend, um die Kraft der Feder 166 zu überwinden und die Reib- und Trennscheiben ausreichend zu trennen, um das Kupplungspaket 104 zu lösen, und das Hohlrad 132 von der Gehäusenabe 70 zu trennen und es ihm zu ermöglichen, gedreht zu werden. In diesem Beispiel ist die Feder 166 ist eine Feder vom Typ Belleville, die in eine Aussparung in der Gehäusenabe 70 passt und axial durch einen Sprengring 170 verankert ist.
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Wie oben erwähnt und in 4–7 dargestellt, wird das Kupplungspaket 102 mit Energie versorgt und abgeschaltet durch die Stellgliedanordnung 120. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Stellgliedanordnung 120 eine ringförmige Reaktionsplatte 200, ein Ringkolben 210, eine Feder 212, eine geteilte Federreaktionsplatte 214 und einen ringförmigen Haltekragen 216. In diesem Beispiel ist die Feder 212 eine Feder mit großem Durchmesser vom Typ Belleville, die um einen Teil des Außendurchmessers der Kupplungsnabe 112 passt. Ein Innendurchmesser der Feder 212 ist axial verankert durch eine erhöhte Schulter 218 der Kupplungsnabe 112 und ein Außendurchmesser der Feder 212 wirkt gegen die geteilte Federreaktionsplatte 214. Darüber hinaus hat in dem gezeigten Beispiel die geteilte Federreaktionsplatte 214 zwei axial symmetrische Teile. In anderen Ausführungsformen jedoch kann die geteilte Federreaktionsplatte 214 drei oder mehr Teile haben. Jeder Teil der geteilten Federreaktionsplatte 214 weist einen radialen Flansch 220 auf, der sich von einem axial verlaufenden ringförmigen Körper 222 aus erstreckt, der um die Eingangswelle 110 passt. Jeder Teil der geteilten Federreaktionsplatte 214 weist auch eine Lasche 226 auf, die sich in einer radialen Richtung nach innen bezogen auf den radialen Flansch 220 und den ringförmigen Körper 222 erstreckt. Die Teile der geteilten Federreaktionsplatte 214 sind an der Kupplungsnabe 112 montiert durch Einfügen der Laschen 226 in zugehörige Schlitze 228 in der Kupplungsnabe 112. Die Schlitze 228 sind größer in der axialen Richtung als die axiale Dicke der Laschen 226, um eine relative Axialbewegung der Laschen 226 zu ermöglichen, und dadurch die Teile der geteilten Federreaktionsplatte 214 beim Ein- und Ausschalten des Kupplungspakets 102. Die inneren Enden der Laschen 226 können so bemessen und konfiguriert sein (z. B. gekerbt), dass sie die Eingangswelle 110 nicht beeinträchtigen. Die Schlitze 228 sind so angeordnet, dass die Laschen 226 nahe bei dem Kolben 210, aber in einem Abstand von ihm sind, der in eine Kolbenkammer 230 axial entlang eines zentralen Abschnitts 232 der Kupplungsnabe 112 gleitet. Der Kolben 210 kann innere und äußere Umfangsnuten und Gleitringdichtungen aufweisen, um dynamisch eine Druckfläche der Kolbenkammer 230 an einer axialen Seite des Kolbens 210 gegenüber den Laschen 226 abzudichten.
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Die Teile der geteilten Federreaktionsplatte 214 sind an der Kupplungsnabe 112 durch den Haltekragen 216 über eine geeignete Verbindung (z. B. Stellschrauben) verankert und befestigt. Der Haltekragen 216 ist so konfiguriert, dass er eine ringförmige Tasche 240 bildet zur Aufnahme der ringförmigen Körper 222 der Teile der geteilten Federreaktionsplatte 214 und so, dass eine kreisförmige Endfläche 242 des Haltekragens 216 an eine axiale Seite der radialen Flansche 220 gegenüber der Feder 212 grenzt. Eine gegenüberliegende Stirnfläche 244 stößt an die ringförmige Reaktionsplatte 200, die an dem Kupplungspaket 102 verankert ist und daran grenzt. In dem dargestellten Beispiel hat die Kupplungsnabe 112 ein segmentiertes Ende mit axial verlaufenden Lücken oder Zwischenräumen, die axial verlaufende Laschen 246 ausbilden, die durch zugeordnete Schlitze 248 in der Reaktionsplatte 200 passen. Die Kupplungsnabe 112 wird an der Eingangswelle 110 durch einen Sprengring 250 gehalten, der auch für eine Rücklaufsperre für das Kupplungspaket 102 sorgt. Die geteilte Konfiguration ermöglicht, dass die Feder 212 über die Außenseite der Kupplungsnabe 112 angebracht wird und ermöglicht, dass die Kupplungsnabe 112 eine feste radiale Wand aufweist, die die Kolbenkammer 230 bildet, die die strukturelle Steifigkeit und die Drehmomenttragfähigkeit der Kupplungsnabe 112 verbessert. Der große Durchmesser der Feder 212 ermöglicht eine robuste Anwendung der Kupplungspackung 102 in einer axial kompakten Weise.
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Die Stellgliedanordnung 120 ist so konfiguriert, dass die Feder 212 eine Kraft ausübt (links in 4) an den radialen Flanschen 220 der geteilten Federreaktionsplatte 214, deren Ringkörper 222 gegen den Haltekragen 216 drücken, der wiederum die Reaktionsplatte 200 gegen das Kupplungspaket 102 drückt, und so die verzahnten Reib- und Trennscheiben in engen Reibungskontakt bringt, um die Kupplungsnabe 112 zu betätigen, wie in 4A dargestellt, so dass die Kupplungsnabe 112 mit der Eingangswelle 110 rotiert. Das Einführen von Hydraulikfluiddruck in die Kolbenkammer 230 zwischen der Kupplungsnabe 112 und dem Kolben 210 bewirkt eine Kraft (rechts in 4) auf den Kolben 210 und wiederum die Laschen 226, die ausreichend ist, um die Kraft der Feder 212 zu überwinden, und die Reib- und Trennscheiben ausreichend zu trennen, um das Kupplungspaket 102 zu lösen und die Kupplungsnabe 112 von der Eingangswelle 110 zu trennen, wie in 4B dargestellt.
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Nachdem die Beispielschaltanordnung im Detail beschrieben wurde, werden nun die Betriebsarten der Antriebsanordnung 50 beschrieben unter weiterer Bezugnahme auf die 3, 4A und 4B. Der Energieflusspfad für den Niedriggeschwindigkeitsmodus L wird allgemein durch gestrichelte Pfeile L. gezeigt. Wie erwähnt, erfolgt der Niedriggeschwindigkeitsmodus L der Antriebsanordnung 50 durch Einschalten des Kupplungspakets 102 und Ausschalten des Kupplungspakets 104. Da der Antriebsmotor 54 die Eingangswelle 110 dreht mit dem Kupplungspaket 102, umgelenkt durch die Feder 212 in die eingerastete Stellung (wie dargestellt in 4A), die Kupplungsnabe 112 dreht das Hohlrad 132, die durch auf die Stellgliedanordnung 160 ausgeübten Hydraulikdruck ermöglicht, das Kupplungspaket 104 zu lösen. In diesem Zustand rotieren das Hohlrad 132 und das Sonnenrad 130 zusammen (effektiv ”gebunden”), so dass der Schaltplanetensatz 100 wie eine Einheit mit der Geschwindigkeit der Eingangswelle 110 rotiert. Leistung fließt somit von dem Träger 150 zur Sonnenwelle zweite Stufe 82 zu den anderen Planetensätzen, nämlich die Reduktionsplanetensätze 80 und 90, um die Radbefestigung 56 zu rotieren und dadurch die Antriebsantriebsräder 30 anzutreiben, wie unten beschrieben.
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Der Hochgeschwindigkeitsmodus H der Antriebsanordnung 50 wird durch Ausschalten des Kupplungspakets 102 und durch Einschalten des Kupplungspakets 104 bewirkt. Hydraulischer Druck liegt an der Feder 212 an, um das Kupplungspaket 102 zu lösen und somit die Kupplungsnabe 112 und die Feder 166 schließt das Kupplungspaket 104, um das Hohlrad 132 an der Gehäusenabe 70 festzumachen. In diesem Zustand rotiert die Eingangswelle 110 nur das Sonnenrad 130, das die Planetenräder 140 antreibt, dass sie innerhalb des feststehenden Hohlrades 132 kreisen und den Träger 150 mit einer anderen Geschwindigkeit drehen als die Eingangswelle 110 dreht. Auch hier fließt Leistung aus dem Träger 150 an die Sonnenwelle zweite Stufe 82 zu den Reduktionsplanetensätzen 80 und 90. Der Energieflusspfad für den Hochgeschwindigkeitsmodus H wird allgemein durch durchgezogene Pfeile H. gezeigt.
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Neutralmodus N und Parkmodus P der Antriebsanordnung 50 werden durch die Kupplungspakete 102, 104 beeinflusst, die gleichzeitig ausgeschaltet bzw. eingeschaltet werden. Im Neutralmodus N, bewirkt das Ausschalten der Kupplungspakete 102, 104, dass das Hohlrad 132 weder gesperrt noch angetrieben wird, um zu drehen, sondern frei drehbar ist. Als Ergebnis dreht der Schaltplanetensatz 100 nicht den Träger 150 und gibt somit keine Leistung ab an die Sonnenwelle zweite Stufe 82. Vielmehr, wenn sich das Fahrzeug bewegt, können auf die Antriebsräder 30 wirkenden Kräfte dazu neigen, die Reduktionsplanetensätze 80 und 90 gegenläufig zu drehen, und dadurch die Sonnenwelle zweite Stufe 82, die wiederum den Träger 150 und den Schaltplanetensatz 100 gegenläufig drehen kann. Um zu verhindern, dass der Antriebsmotor 54 zurückläuft, kann Motorsteuerlogik angewendet werden, um die Eingangswelle 110 stationär zu halten, durch die Ausgabe eines Nulldrehzahl-Motorbefehlsignals. Im Parkmodus P, mit beiden Kupplungspaketen 102, 104 gesperrt, wird die Eingangswelle 110 stationär gehalten durch eine feste mechanische Verbindung mit der Gehäusenabe 70 über die Kupplungsnabe 112 und das Hohlrad 132. Die Antriebsanordnung 50 ist somit gebremst. Der mechanische Pfad für den Parkmodus P wird im Allgemeinen durch die punkt-gestrichelte Linie P angezeigt.
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Der Leistungsfluss vom Schaltplanetensatz 100 zu den Antriebsrädern 30 ist der derselbe in den L- und H-Modi und im Allgemeinen durch die durchgezogenen Pfeile O gezeigt, beginnend bei der Sonnenwelle zweite Stufe 82. Wie dargestellt aktiviert die Drehung der Sonnenwelle zweite Stufe 82 drei Planetenräder zweite Stufe 84 (zwei dargestellt in 3) des Reduktionsplanetensatzes 80. Die Planetenräder zweite Stufe 84 drehen sich in einem Hohlrad zweite Stufe 88 und sind an Ritzelwellen eines Trägers zweite Stufe 86 befestigt, der auch verzahnt ist mit einem Sonnenrad dritte Stufe 92 des Reduktionsplanetensatzes 90. Die Drehung des Sonnenrads dritte Stufe 92 aktiviert drei Planetenräder dritte Stufe 96 (zwei dargestellt), die innerhalb eines Hohlrades dritte Stufe 98 rotieren und an Ritzelwellen eines Trägers dritte, Stufe 94 montiert sind, der an die Radbefestigung 56 festgemacht ist (z. B. über Bolzen 260). Die Radbefestigung 56 befestigt und treibt die Antriebsräder 30 an. Diese Konfiguration bewirkt, dass Leistung an die Antriebsräder 30 fließt bei einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis für jeden Geschwindigkeitsmodus.
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Die oben beschrieben Beispielausführungsformen aus einer kompakten Antriebsanordnung, die niedrige Getriebeuntersetzungsverhältnisse und ein hohes Drehmoment bereitstellen können. Als nicht beschränkende Beispiele sind die oben beschriebenen Konstruktionen geeignet, eine Antriebsanordnung bereitzustellen mit Getriebuntersetzungsverhältnissen von etwa 100 bis 150 und einem Ausgangsdrehmoment von etwa 20.000–25.000 Nm. Diese Funktionalität kann in einer Anordnung erzielt werden mit einem kleinen Formfaktor, in dem die Radbefestigungs-Abmessung etwa 500–600 mm (z. B. 535 mm) im Durchmesser und ca. 300–400 mm (z. B. 370 mm) in der axialen Dimension.
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Die hier verwendete Terminologie dient dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung der Offenbarung gedacht. Die hier verwendeten Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der”, ”die” und ”das” umfassen auch die Pluralformen, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt. Ferner wird davon ausgegangen, dass jegliche Nutzung der Begriffe ”umfasst” und/oder ”umfassend” in dieser Spezifikation das Vorhandensein angibt von erklärten Eigenschaften, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten, aber schließen das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einer oder mehreren anderen Eigenschaften, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde vorgestellt zum Zwecke der Darstellung und Beschreibung, ist aber nicht erschöpfend oder beschränkt auf die Offenbarung in der offenbarten Form. Viele Modifikationen und Variationen sind klar für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet, ohne vom Umfang und Geist der Offenbarung abzuweichen. Auf explizit hier Bezug genommene Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um am besten die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung zu erläutern und es anderen Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen an dem beschriebenen Beispiel (den beschriebenen Beispielen) zu erkennen. Entsprechend sind verschiedene Implementierungen außer den explizit hier beschriebenen innerhalb des Rahmens der Ansprüche.
