DE102019130113A1 - DRIVE UNIT FOR A COMMERCIAL VEHICLE - Google Patents

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Abstract

Es wird v.a. eine Antriebseinheit für ein Nutzfahrzeug, insbesondere Traktor, Teleskoplader, Lastkraftwagen, Bagger, Fahrkran, Gabelstapler, Bus oder dergleichen, mit wenigstens einem ersten Antriebsmotor zum Antreiben wenigstens eines Laufrades, insbesondere von wenigstens vier Laufrädern, wobei der erste Antriebsmotor eine erste, um eine erste Drehachse drehbare Antriebswelle umfasst, wobei wenigstens ein Antriebsgetriebe zum Übersetzen und/oder Untersetzen einer um eine zweite Drehachse drehbare Getriebewelle auf wenigstens eine erste, um eine dritte Drehachse drehbare Abtriebswelle vorgesehen ist, vorgeschlagen, womit wenigstens teilweise die Nachteile des Standes der Technik verbessert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der erste Antriebsmotor als erster Elektromotor ausgebildet ist, dass eine elektrische Antriebsmotor-Generatoreinheit zum Erzeugen elektrischer Antriebsenergie für wenigstens den ersten Elektromotor vorgesehen ist, wobei insbesondere die Antriebsmotor-Generatoreinheit wenigstens eine um eine vierte Drehachse drehbare Generatorwelle aufweist, und dass insbesondere wenigstens die erste Drehachse der ersten Antriebswelle und die vierte Drehachse der Generatorwelle und/oder die zweite Drehachse der Getriebewelle (im Wesentlichen) identisch sind.Above all, a drive unit for a commercial vehicle, in particular a tractor, telescopic loader, truck, excavator, traveling crane, forklift, bus or the like, with at least one first drive motor for driving at least one running wheel, in particular at least four running wheels, the first drive motor being a first, comprises drive shaft rotatable about a first axis of rotation, at least one drive gear being provided for stepping up and / or stepping down a gear shaft rotatable about a second axis of rotation to at least one first output shaft rotatable about a third axis of rotation, which at least partially eliminates the disadvantages of the prior art be improved. This is achieved according to the invention in that the first drive motor is designed as a first electric motor, that an electric drive motor-generator unit is provided for generating electrical drive energy for at least the first electric motor, the drive motor-generator unit in particular having at least one generator shaft rotatable about a fourth axis of rotation, and that in particular at least the first axis of rotation of the first drive shaft and the fourth axis of rotation of the generator shaft and / or the second axis of rotation of the gear shaft are (essentially) identical.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Nutzfahrzeug, insbesondere Traktor, Teleskoplader, Lastkraftwagen, Bagger, mobiler Kran, Gabelstapler, Bus oder dergleichen, mit wenigstens einem ersten Antriebsmotor zum Antreiben wenigstens eines Laufrades nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Nutzfahrzeug mit einer Antriebseinheit sowie ein Arbeitsgerät und/oder Anhänger für ein Nutzfahrzeug.The invention relates to a drive unit for a utility vehicle, in particular a tractor, telescopic handler, truck, excavator, mobile crane, forklift, bus or the like, with at least one first drive motor for driving at least one impeller according to the preamble of claim 1 and a utility vehicle with a drive unit as well an implement and / or trailer for a commercial vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Es sind bereits unterschiedliche Nutzfahrzeuge bekannt, wie z.B. Traktor, Teleskoplader, Lastkraftwagen, Bagger, mobiler Kran, Gabelstapler, mobile Hebebühnen, Schneeräumer/-fräsen, sog. Pistenbully, Müllfahrzeuge, diverse Baufahrzeuge, Buse oder dergleichen.Various commercial vehicles are already known, such as tractors, telehandlers, trucks, excavators, mobile cranes, forklifts, mobile lifting platforms, snow clearers / milling machines, so-called snow groomers, garbage trucks, various construction vehicles, buses or the like.

Üblicherweise weisen diese heutzutage einen Dieselmotor als Antriebsmotor auf. Das bedeutet, dass der Dieselmotor zum Antreiben der Antriebsräder bzw. Laufräder und zum Teil auch zusätzlich für andere Funktionen wie Antreiben einer sog. Lichtmaschine zum Erzeugen von elektrischem Strom/Energie für diverse, kleinere Verbraucher wie Licht, Radio, Lüftung, Sensorik etc. verwendet wird.Nowadays these usually have a diesel engine as the drive motor. This means that the diesel engine is used to drive the drive wheels or impellers and in some cases also for other functions such as driving a so-called alternator to generate electrical power / energy for various, smaller consumers such as light, radio, ventilation, sensors, etc. becomes.

Unter anderem bei modernen, großen und z.T. relativ schnellfahrenden Traktoren werden bereits auch Hydraulikgetriebe bzw. sog. „Hydrostaten“ eingesetzt, die ein sog. „stufenloses Fahren“ ermöglichen. Das bedeutet, dass der Fahrer des Traktors üblicherweise nicht mehr von Hand schaltet, sondern dass dies automatisiert erfolgt.Hydraulic transmissions or so-called "hydrostats", which enable so-called "stepless driving", are already used in modern, large and sometimes relatively fast tractors. This means that the tractor driver usually no longer shifts gears manually, but that this is done automatically.

Nachteilig hierbei sind jedoch der vergleichsweise schlechte Wirkungsgrad des Hydraulikantriebes/-getriebes sowie des Dieselmotors im reellen Betrieb sowie der konstruktive und finanzielle Aufwand, insbesondere auch der vergleichsweise große Platzbedarf, und die Umweltbelastung, insb. der Energieverbrauch und die Abgaserzeugung.Disadvantages here, however, are the comparatively poor efficiency of the hydraulic drive / gearbox and the diesel engine in real operation as well as the structural and financial outlay, in particular the comparatively large space requirement, and the environmental impact, in particular the energy consumption and the generation of exhaust gases.

Aufgabe und Vorteile der ErfindungObject and advantages of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Antriebseinheit für ein Nutzfahrzeug und ein Arbeitsgerät und/oder Anhänger für ein Nutzfahrzeug sowie ein Nutzfahrzeug vorzuschlagen, womit wenigstens teilweise die Nachteile des Standes der Technik verbessert werden und insbesondere ein sog. stufenloses Fahren realisierbar ist.In contrast, the object of the invention is to propose a drive unit for a utility vehicle and a work device and / or trailer for a utility vehicle and a utility vehicle, with which the disadvantages of the prior art are at least partially improved and, in particular, so-called stepless driving can be implemented.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 12 sowie des Anspruchs 16 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.This object is achieved by the features of claim 1 and claim 12 and claim 16. Advantageous embodiments and developments of the invention are possible through the measures mentioned in the subclaims.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Antriebseinheit dadurch aus, dass der erste Antriebsmotor als erster Elektromotor ausgebildet ist, dass eine elektrische Antriebsmotor-Generatoreinheit zum Erzeugen elektrischer Antriebsenergie für wenigstens den ersten Elektromotor vorgesehen ist, wobei insbesondere die Antriebsmotor-Generatoreinheit wenigstens eine um eine vierte Drehachse drehbare Generatorwelle aufweist, und dass insbesondere wenigstens die erste Drehachse der ersten Antriebswelle und die vierte Drehachse der Generatorwelle und/oder die zweite Drehachse der Getriebewelle (im Wesentlichen) identisch sind.Accordingly, a drive unit according to the invention is characterized in that the first drive motor is designed as a first electric motor, that an electric drive motor-generator unit is provided for generating electrical drive energy for at least the first electric motor, wherein in particular the drive motor-generator unit is at least one rotatable about a fourth axis of rotation Has generator shaft, and that in particular at least the first axis of rotation of the first drive shaft and the fourth axis of rotation of the generator shaft and / or the second axis of rotation of the gear shaft are (substantially) identical.

Mit Hilfe der Erfindung kann der Elektromotor die stufenlose Betriebsweise realisieren. Der Elektro-Antriebsmotor gemäß der Erfindung weist nicht nur einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad auf, sondern kann zudem auch ein vergleichsweises großes Drehmoment über einen relativ weiten Drehzahlbereich aufweisen. So kann die Antriebsmotor-Generatoreinheit den Antriebsmotor bzw. Elektromotor gemäß der Erfindung mit Antriebsenergie versorgen und hierbei in einem nahezu optimalen Bereich betrieben werden. Demzufolge kann nicht nur der Antriebsmotor bzw. Elektromotor, sondern auch die Antriebsmotor-Generatoreinheit in einem nahezu optimalen Betriebsbereich betrieben werden, was den Gesamtwirkungsgrad und somit die Effizienz des stufenlosen Antriebs bzw. der erfindungsgemäßen Antriebseinheit deutlich verbessert bzw. optimiert.With the aid of the invention, the electric motor can implement the continuously variable mode of operation. The electric drive motor according to the invention not only has a comparatively high degree of efficiency, but can also have a comparatively large torque over a relatively wide speed range. Thus, the drive motor generator unit can supply the drive motor or electric motor according to the invention with drive energy and can be operated in an almost optimal range. As a result, not only the drive motor or electric motor, but also the drive motor-generator unit can be operated in an almost optimal operating range, which significantly improves or optimizes the overall efficiency and thus the efficiency of the stepless drive or the drive unit according to the invention.

Das Getriebe kann hierbei beispielsweise dafür vorgesehen werden, dass einerseits die sog. „Zapfwelle“ bzw. PTO eines Traktors und zudem andererseits wenigsten das eine Laufrad, vorzugsweise mittels eines vorteilhaften Differenzialgetriebes das Hinterrad und/oder die wenigstens zwei Hinterräder antreibbar sind.The transmission can for example be provided so that on the one hand the so-called "PTO shaft" or PTO of a tractor and also on the other hand at least one running wheel, preferably the rear wheel and / or the at least two rear wheels, can be driven by means of an advantageous differential gear.

Alternativ oder in Kombination hierzu kann das Getriebe bzw. das Antriebsgetriebe zwei- oder mehrstufig ausgebildet werden, so dass in vorteilhafter Weise ein (automatisiertes) Umschalten realisierbar ist, um wenigstens den ersten Antriebsmotor bzw. Elektromotor in einem vorteilhaften bzw. optimalen Drehzahlbereich zu betreiben zu können. Hiermit kann z.B. bei einem entspr. zwei-stufigen Getriebe ein sog. Kriechgang für Feld-/Ackerarbeiten und ein Schnellgang für eine Straßenfahrt verwirklicht werden. Darüber hinaus können auch z.B. vierstufige Getriebe verwendet werden, womit wenigstens der erste Antriebsmotor bzw. Elektromotor in einem vergleichsweise weiten Fahrbereich nahezu optimal betrieben werden kann. Dies wird wiederum vorzugsweise automatisiert mittels einer vorteilhaften elektrischen und/oder elektronischen Kontrolleinheit verwirklicht.Alternatively or in combination with this, the gear or the drive gear can be designed in two or more stages, so that an (automated) switchover can be implemented in an advantageous manner in order to operate at least the first drive motor or electric motor in an advantageous or optimal speed range can. With a corresponding two-stage transmission, for example, a so-called crawler gear for field / arable work and an overdrive gear for road travel can be implemented. In addition, four-stage transmissions, for example, can also be used, with which at least the first drive motor or electric motor can be operated almost optimally in a comparatively wide driving range. This in turn is preferably automated by means of an advantageous realized electrical and / or electronic control unit.

So kann nicht nur ein verbesserter bzw. hoher Gesamtwirkungsgrad eines sog. stufenlosen Fahrens/Betreibens des Nutzfahrzeuges umgesetzt werden, sondern auch die Umweltbelastung bzw. der Energie-/Treibstoffverbrauch und die Abgasbelastung als auch insbesondere der konstruktive und finanzielle Aufwand reduziert werden.In this way, not only an improved or high overall efficiency of so-called stepless driving / operation of the commercial vehicle can be implemented, but also the environmental pollution or the energy / fuel consumption and the exhaust gas pollution as well as in particular the design and financial expenditure can be reduced.

Durch die vorteilhafter axiale Anordnung des ersten Antriebsmotor bzw. Elektromotors und des Antriebsgetriebes und/oder der Antriebsmotor-Generatoreinheit bzw. deren Wellen wird zudem auch eine platzsparende Bauweise realisierbar, was bei modernen Nutzfahrzeugen bzw. Traktoren von großer Bedeutung ist. Auch kann eine strukturelle und räumliche Kompatibilität mit den bisherigen hydrostatischen Getrieben verwirklicht werden, was ein vorteilhafter Austausch bzw. Ersatz ermöglicht, so dass ein aufwendiger Komplett-Umbau bisheriger Nutzfahrzeuge entfallen kann.Due to the advantageous axial arrangement of the first drive motor or electric motor and the drive gear and / or the drive motor-generator unit or their shafts, a space-saving design can also be implemented, which is of great importance in modern commercial vehicles or tractors. Structural and spatial compatibility with the previous hydrostatic transmissions can also be achieved, which enables an advantageous exchange or replacement, so that a costly complete conversion of previous commercial vehicles can be dispensed with.

Vorzugsweise ist der erste Antriebsmotor/Elektromotor zwischen dem Antriebsgetriebe und der Antriebsmotor-Generatoreinheit angeordnet. Dies verbessert die räumliche Anordnung bzw. den Platzbedarf nochmals zusätzlich.The first drive motor / electric motor is preferably arranged between the drive gear and the drive motor-generator unit. This further improves the spatial arrangement and the space requirement.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist wenigstens eine zumindest eine zweite, um eine sechste Drehachse drehbare Antriebswelle umfassende Brennkraftmaschine, vorzugsweise ein Dieselmotor, zum Antreiben der Antriebsmotor-Generatoreinheit vorgesehen, wobei die Brennkraftmaschine zumindest eine zweite, um eine sechste Drehachse drehbare Antriebswelle umfasst. Hierbei kann der Dieselmotor bzw. die Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise im nahezu optimalen Betriebsbereich bzw. mit optimiertem Wirkungsgrad bzw. Drehzahl, z.B. weitgehend konstant, betrieben werden, um mittels der Antriebsmotor-Generatoreinheit die elektrische Antriebsenergie zu erzeugen und um diese dem Antriebsmotor bzw. dem Elektromotor gemäß der Erfindung zur Verfügung zu stellen. Dies verbessert den Betrieb des Dieselmotors bzw. der Brennkraftmaschine und verbessert bzw. reduziert somit die Umweltbelastung, d.h. Abgase, Treibstoffverbrauch etc..In an advantageous variant of the invention, at least one at least one second internal combustion engine, preferably a diesel engine, comprising at least one second drive shaft rotatable about a sixth axis of rotation is provided for driving the drive motor-generator unit, the internal combustion engine comprising at least one second drive shaft rotatable about a sixth axis of rotation. Here, the diesel engine or the internal combustion engine can advantageously be operated in the almost optimal operating range or with optimized efficiency or speed, for example largely constant, in order to generate the electrical drive energy by means of the drive motor generator unit and to supply it to the drive motor or the To provide electric motor according to the invention available. This improves the operation of the diesel engine or the internal combustion engine and thus improves or reduces the environmental impact, i.e. exhaust gases, fuel consumption, etc.

Vorzugsweise ist wenigstens ein zweiter Antriebsmotor zum Antreiben wenigstens des Laufrades, insbesondere von wenigstens vier Laufrädern, vorgesehen. Hiermit kann ein Mehrachsen- oder Allrad-Antrieb oder dergleichen verwirklicht werden.At least one second drive motor is preferably provided for driving at least the impeller, in particular at least four impellers. With this, a multi-axis or all-wheel drive or the like can be realized.

Vorteilhafterweise ist der zweite Antriebsmotor als zweiter Elektromotor ausgebildet. Demzufolge kann auch dieser Antriebsmotor in vorteilhafter Weise elektrisch realisiert werden.The second drive motor is advantageously designed as a second electric motor. As a result, this drive motor can also advantageously be implemented electrically.

In einer besonderen Weiterbildung ist wenigstens eine Brennstoffzelleneinheit und/oder ein elektrischer, insbesondere wiederaufladbarer Speicher zur elektrischen Energieversorgung wenigstens des/der ersten/zweiten Antriebsmotors und/oder Elektromotors vorgesehen. Hiermit kann in vorteilhafter Weise ein rein elektrischer Antrieb/Fahren umgesetzt werden, z.B. in einem Stall mit Tieren oder in einer Halle bzw. in Innenräumen. So ersetzt oder ergänzt die Brennstoffzelleneinheit den Dieselmotor bzw. die Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise. In a particular development, at least one fuel cell unit and / or an electrical, in particular rechargeable, storage device is provided for supplying electrical energy to at least the first / second drive motor and / or electric motor. With this, a purely electric drive / drive can be implemented in an advantageous manner, e.g. in a stable with animals or in a hall or indoors. In this way, the fuel cell unit advantageously replaces or supplements the diesel engine or the internal combustion engine.

Dementsprechend kann die Brennstoffzelleneinheit als Antriebsmotor-Generatoreinheit zum Erzeugen elektrischer Antriebsenergie für wenigstens den/die ersten/zweiten Elektromotor ausgebildet werden.Accordingly, the fuel cell unit can be designed as a drive motor generator unit for generating electrical drive energy for at least the first / second electric motor (s).

Vorteilhafterweise ist die Antriebseinheit als separat handhabbare Baueinheit mit wenigstens dem ersten Antriebsmotor/Elektromotor und dem Antriebsgetriebe sowie der Generatoreinheit ausgebildet, wobei die Baueinheit insbesondere lösbar mit einer Welle und/oder einem Getriebe und/oder einer elektrischer Stecker-/Verbindungseinheit und/oder einem Tragrahmen des Nutzfahrzeugs und/oder einer Fluid-Einheit, insbesondere Schmiermittel- und/oder Kühl-Einheit, verbindbar/koppelbar ist. Hiermit kann diese Einheit modular ausgebildet werden, womit in vorteilhafter Weise eine flexible Anpassung an unterschiedlich groß bzw. leistungsstarke Nutzfahrzeuge/Traktoren umsetzbar ist. Dies ermöglicht z.B. eine wirtschaftlich vorteilhafte Herstellung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, insb. mit größeren Stückzahlen bzw. mit standardisiert hergestellten Komponenten.The drive unit is advantageously designed as a separately manageable structural unit with at least the first drive motor / electric motor and the drive gear as well as the generator unit, the structural unit in particular being detachable with a shaft and / or a gear and / or an electrical plug / connection unit and / or a support frame of the utility vehicle and / or a fluid unit, in particular a lubricant and / or cooling unit, can be connected / coupled. This unit can hereby be designed in a modular manner, with which a flexible adaptation to differently sized or powerful utility vehicles / tractors can be implemented in an advantageous manner. This enables, for example, an economically advantageous production of the drive unit according to the invention, especially with larger quantities or with standardized components.

Vor allem für Traktoren oder dergleichen ist das Antriebsgetriebe wenigstens eine zweite, um eine fünfte Drehachse drehbare Abtriebswelle aufweist, wobei die zweite Abtriebswelle als Zapfwelle zum Antreiben von Arbeitswerkzeugen, insbesondere von Anbaugeräten/Anhängern, ausgebildet.Especially for tractors or the like, the drive gear has at least one second output shaft rotatable about a fifth axis of rotation, the second output shaft being designed as a power take-off shaft for driving work tools, in particular attachments / trailers.

Vorteilhafterweise sind wenigstens die erste Drehachse der ersten Antriebswelle und die fünfte Drehachse des Antriebsgetriebes und/oder die zweite Drehachse der Getriebewelle und/oder die sechste Drehachse der Brennkraftmaschine (im Wesentlichen) identisch. Dies verbessert zusätzlich den Platzbedarf bzw. die Einbaubarkeit in das Nutzfahrzeug.Advantageously, at least the first axis of rotation of the first drive shaft and the fifth axis of rotation of the drive gear and / or the second axis of rotation of the gear shaft and / or the sixth axis of rotation of the internal combustion engine are (essentially) identical. This also improves the space requirement and the installation in the utility vehicle.

Vorzugsweise weist wenigstens die erste/zweite Antriebswelle und/oder die Getriebewelle und/oder die Generatorwelle wenigstens teilweise einen Fluidkanal, insbesondere einen Schmiermittel- und/oder Kühlkanal, zum Durchströmen eines Fluids/Schmiermittels/Kühlmittels und/oder zum Versorgen wenigstens eines Wellenlagers/Wälzlagers auf. Hiermit kann eine vorteilhafte (innere) Kühlung und/oder Schmierung realisiert werden, gegebenenfalls zusätzlich zu einer sog. äußeren Kühlung. Dies verbessert die Betriebsweise bzw. Lebensdauer der Komponenten.At least the first / second drive shaft and / or the gear shaft and / or the generator shaft preferably have at least partially a fluid channel, in particular a lubricant and / or cooling channel, for a fluid / lubricant / coolant to flow through and / or to supply at least one shaft bearing / roller bearing on. This allows an advantageous (internal) cooling and / or Lubrication can be implemented, possibly in addition to so-called external cooling. This improves the operation and service life of the components.

Vorzugsweise ist der Fluidkanal wenigstens teilweise als Hohlraum/Bohrung bzw. als im Wesentlichen geschlossener Fluidkanal und/oder wenigstens teilweise als eine Wellenaußenfläche aufweisende (äußere) Wellenausnehmung bzw. als offener Fluidkanal ausgebildet. Hiermit kann eine vorteilhafte Strömungsführung/-leitung realisiert werden.The fluid channel is preferably designed at least partially as a cavity / bore or as an essentially closed fluid channel and / or at least partially as an (outer) shaft recess having an outer shaft surface or as an open fluid channel. In this way, an advantageous flow guidance / line can be implemented.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist ein Nutzfahrzeug wenigstens einen dritten Antriebsmotor und/oder zweiten Elektromotor auf, wobei der dritte Antriebsmotor und/oder zweite Elektromotor zum Antreiben wenigstens eines Vorderrades ausgebildet ist/sind. Ein vorteilhafter Mehrachsen-/ Allrad-Antrieb kann hiermit umgesetzt werden.In an advantageous variant of the invention, a commercial vehicle has at least one third drive motor and / or second electric motor, the third drive motor and / or second electric motor being designed to drive at least one front wheel. An advantageous multi-axis / all-wheel drive can be implemented with this.

Vorzugsweise umfasst das Nutzfahrzeug wenigstens eine erste, elektrische Anschlussvorrichtung, insbesondere Anschlussbuchse, zum Anschließen eines elektrischen Verbrauchers und/oder elektrischen Arbeitswerkzeuges. Hiermit können weitere Verbraucher des Nutzfahrzeuges und/oder eines Anhängers oder Anbaugerätes bzw. Arbeitsgerätes mit elektrischer Energie versorgt werden.The utility vehicle preferably comprises at least one first electrical connection device, in particular a connection socket, for connecting an electrical consumer and / or electrical work tool. In this way, additional consumers of the utility vehicle and / or a trailer or attachment or working device can be supplied with electrical energy.

Beispielsweise sind wenigstens im hinteren Bereich und/oder einer Rückseite des Nutzfahrzeugs und/oder im vorderen Bereich und/oder einer Vorderseite des Nutzfahrzeugs die erste, elektrische Anschlussvorrichtung angeordnet. Dies verbessert u.a. die Flexibilität der Energieversorgung.For example, the first electrical connection device is arranged at least in the rear area and / or a rear side of the utility vehicle and / or in the front area and / or a front side of the utility vehicle. Among other things, this improves the flexibility of the energy supply.

Beispielsweise ist das Arbeitsgerät und/oder der Anhänger für das Nutzfahrzeug bzw. das Nutzfahrzeug derart ausgebildet, dass wenigstens der elektrische Verbraucher und/oder das elektrische Arbeitswerkzeug und dass wenigstens eine zweite, elektrische Anschlussvorrichtung zum Anschließen an die erste, elektrische Anschlussvorrichtung des Nutzfahrzeuges vorgesehen sind. Hiermit können in vorteilhafter Weise diverse Arbeits-/Anbaugeräte bzw. Anhänger mit elektrischer Energie der Antriebsmotor-Generatoreinheit versorgt werden. So kann ein Kreiselrechen und/oder ein Laufrad eines Anhängers und/oder eine Hebevorrichtung und/oder eine Rechenwalze eines Ladewagens oder dergleichen mit ausreichender elektrischer Energie von der Antriebsmotor-Generatoreinheit versorgt/betreiben werden.For example, the work device and / or the trailer for the utility vehicle or the utility vehicle is designed in such a way that at least the electrical consumer and / or the electrical work tool and that at least one second electrical connection device are provided for connection to the first electrical connection device of the utility vehicle . In this way, various work / attachments or trailers can be supplied with electrical energy from the drive motor / generator unit in an advantageous manner. Thus, a rotary rake and / or a running wheel of a trailer and / or a lifting device and / or a rake roller of a loading wagon or the like can be supplied / operated with sufficient electrical energy from the drive motor generator unit.

Beispielsweise ist der elektrische Verbraucher als dritter Antriebsmotor zum Antreiben wenigstens eines Rades des Arbeitsgerätes/Anhängers ausgebildet.For example, the electrical consumer is designed as a third drive motor for driving at least one wheel of the implement / trailer.

Generell kann festgestellt werden, dass sich mit Hilfe der vorliegenden Erfindung eine völlig neuartige Betriebsweise gerade im Agrarbereich bzw. bei Traktoren und deren Anhänger, Arbeitsgeräte verwirklichen lassen kann.In general, it can be stated that with the help of the present invention, a completely new type of operation can be implemented, especially in the agricultural sector or in tractors and their trailers, working equipment.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Verschiedene vorteilhafte Ausführungsbeispiele bzw. Varianten der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden anhand der Figuren veranschaulicht.Various advantageous exemplary embodiments or variants of the invention are shown schematically in the drawing and are illustrated with the aid of the figures.

Wesentliche (zum Teil optionale) Merkmale und/oder Vorteile von vorteilhaften Ausführungsformen der Antriebseinheit gemäß der Erfindung sind beispielsweise:

  1. 1. Elektrischer-mechanischer Antriebsstrang für Nutzfahrzeuge, welcher angetrieben werden kann von:
    • 1.1. einem Verbrennungsmotor
    • 1.2. oder einem Verbrennungsmotor und einer Batterie
    • 1.3. oder einer Batterie
    • 1.4. oder / und einer Brennstoffzelle
  2. 2. Der elektrischer-mechanische Antriebsstrang ist nicht leistungsverzweigt.
Essential (partly optional) features and / or advantages of advantageous embodiments of the drive unit according to the invention are, for example:
  1. 1.Electric-mechanical drive train for commercial vehicles, which can be driven by:
    • 1.1. an internal combustion engine
    • 1.2. or an internal combustion engine and a battery
    • 1.3. or a battery
    • 1.4. and / or a fuel cell
  2. 2. The electrical-mechanical drive train is not power-split.

Der Leistungsfluss ergibt sich wie folgt:

  • - Antriebseinheit (Verbrennungsmotor und / oder Batterie / oder Brennstoffzelle)
  • - Generator mechanisch verbunden mit der Antriebseinheit über eine Wellen-Naben Verbindung oder über eine Gelenkwelle
  • - E-Motor elektrische verbunden über Umrichter mit dem Generator und mechanisch verbunden, an das sich anschließende Getriebemodul. Diese mechanische Verbindung wird über eine Wellen- Naben Verbindung hergestellt. (siehe 1)
  • - Das Getriebemodul ist ein Doppelkupplungsgetriebe, aufbauend auf einem Baukasten, welcher zwei Gänge oder drei Gänge oder vier Gänge aufweisen kann.
The power flow results as follows:
  • - Drive unit (internal combustion engine and / or battery / or fuel cell)
  • - Generator mechanically connected to the drive unit via a shaft-hub connection or via a cardan shaft
  • - E-motor electrically connected to the generator via a converter and mechanically connected to the adjoining transmission module. This mechanical connection is established via a shaft-hub connection. (please refer 1 )
  • - The transmission module is a dual clutch transmission, based on a construction kit, which can have two gears or three gears or four gears.

Anstelle des Doppelkupplungsgetriebes kann auch ein nicht schaltbares Eingang Getriebe zum Einsatz kommen. (vgl. Getriebe-Funktions-Diagramme z.B. in Fig. 2 ... Fig. 5)Instead of the double clutch transmission, a non-shiftable input transmission can also be used. (see gearbox function diagrams e.g. in Fig. 2 ... Fig. 5)

Weiterhin kann dieses Getriebemodul, sowie auch das nicht schaltbare Eingang-Getriebe, folgende vorteilhafte Funktionseinheiten (optional) aufweisen wie: Parksperre, Getriebeölpumpe, Ansaugrohr für Getriebeölpumpe, Luftpumpe, Getriebehydraulik, Ölfiltergehäuse und/oder Ölfilter.Furthermore, this transmission module, as well as the non-shiftable input transmission, can have the following advantageous functional units (optional) such as: parking lock, transmission oil pump, intake pipe for transmission oil pump, air pump, transmission hydraulics, oil filter housing and / or oil filter.

3. Der Generator und der E-Motor sind vorzugsweise „back to back“ angeordnet. Die Rotorwelle des E-Motors ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet und gestattet, insbesondere bei Anwendung für Traktoren, dass sich die Zapfwelle bzw. PTO-Antriebswelle bzw. sog. erste Abtriebswelle koaxial hindurchführen lässt.3. The generator and the electric motor are preferably arranged "back to back". The rotor shaft of the electric motor is preferably designed as a hollow shaft and allows, especially when used for tractors, that the power take-off shaft or PTO drive shaft or so-called first output shaft can be passed through coaxially.

In den allermeisten Traktoren verbindet die PTO-Antriebswelle, d.h. Getriebe-Abtriebswelle, drehmomentfest den Verbrennungsmotor mit der Zapfwellenkupplung auf kürzestem Weg. (vgl. z.B. 6 und 7).In the vast majority of tractors, the PTO drive shaft, ie the transmission output shaft, connects the combustion engine with the PTO clutch in a torque-proof manner using the shortest possible route. (see e.g. 6th and 7th ).

4. Der Generator und der E-Motor sind in vorteilhafter Weise derart gestaltet, dass diese beispielsweise jeweils von außen mit Wasser und/oder mit Öl gekühlt werden und/oder zusätzlich von innen mit Öl gekühlt werden können. Der innere Kühlölstrom wird vorzugsweise gleichzeitig genutzt um ein bzw. die Wälzlager und/oder die Dichtringe der Rotoren/Wellen zu schmieren. Der Schmierölstrom wird vom Kühlölstrom in vorteilhafter Weise über Drosselbohrungen oder Drosselquerschnitte entnommen, so dass vorzugsweise jedes der Wälzlager und/oder jedes der Dichtringe die jeweilige entsprechende gerade ausreichende Schmierölmenge erhält und damit die Planschverluste dieser Maschinenelemente sehr gering werden und gleichzeitig deren Funktion optimal genutzt wird.4. The generator and the electric motor are advantageously designed in such a way that, for example, they are each cooled from the outside with water and / or oil and / or can additionally be cooled from the inside with oil. The internal cooling oil flow is preferably used at the same time to lubricate one or the roller bearings and / or the sealing rings of the rotors / shafts. The lubricating oil flow is advantageously taken from the cooling oil flow via throttle bores or throttle cross-sections, so that preferably each of the roller bearings and / or each of the sealing rings receives the respective just sufficient amount of lubricating oil and thus the splashing losses of these machine elements are very low and at the same time their function is optimally used.

Die Flussrichtung des Kühlölstroms und die Flussrichtung des Schmierölstroms sind z.B. aus 8 zu entnehmen.The flow direction of the cooling oil flow and the flow direction of the lubricating oil flow are, for example, off 8th refer to.

5. Der Kühl- und Schmierölstrom wird vorteilhafterweise von der Getriebehydraulik des Getriebemoduls durch die Antriebswelle des Getriebes der Rotorwelle des E-Motors am hinteren Ende zugeführt. Am vorderen Ende des Generators werden beide Ölströme separat über Ölleitungen in den Getriebesumpf abgeleitet.5. The cooling and lubricating oil flow is advantageously fed from the transmission hydraulics of the transmission module through the drive shaft of the transmission to the rotor shaft of the electric motor at the rear end. At the front end of the generator, both oil flows are diverted separately into the transmission sump via oil lines.

6. Der Aufbau des Doppelkupplungsgetriebes erfolgt vorzugsweise als Drei-Wellen-Getriebe. Der Leistungsfluss erfolgt hierbei z.B. von der oberen Welle W1 mit den Zahnrädern z11 und z22 auf die Nebenwelle W2 und von dort auf die Ausgangswelle W3. Dieser Aufbau erlaubt es verschiedene, bereits vorhandene Achsabstände der Traktorengetriebe von der Eingangs- zur Ausgangswelle zu unterstützen, ohne jeweils neue Zahnräder auszulegen oder zu fertigen. (vgl. 9)6. The construction of the double clutch transmission is preferably carried out as a three-shaft transmission. The power flow takes place here, for example, from the upper shaft W1 with the gears z11 and z22 on the auxiliary shaft W2 and from there to the output shaft W3 . This structure makes it possible to support various existing center distances of the tractor transmission from the input to the output shaft without designing or manufacturing new gears. (see. 9 )

7. Das Zahnrad z11 ist kostengünstig in die Welle W1 integriert. Das Zahnrad z22 ist kostengünstig, mittig in die Kupplungstrommel integriert. Dieses große Zahnrad z22 bedarf demnach keinen eigenen Zahnradkörper, sondern wird auf die Kupplungstrommel einteilig gefertigt/gefräst.7. The gear wheel z11 is inexpensive in the shaft W1 integrated. The gear wheel z22 is inexpensive and integrated in the middle of the clutch drum. This large gearwheel z22 does not therefore need its own gearwheel body, but is manufactured / milled in one piece on the clutch drum.

8. Von der Welle W2, auf der sich die Doppelkupplung befindet, werden Zahnräder angeordnet, welche mit den Zahnrädern auf der Welle W3 kämen und die entsprechenden Gangübersetzungen bilden. 2 zeigt z.B. ein vorteilhaftes Zwei-Gang-Doppelkupplungsgetriebe. 4 ein vorteilhaftes Drei-Gang-Doppelkupplungsgetriebe und 5 ein vorteilhaftes Vier-Gang-Doppelkupplungsgetriebe. 8. From the wave W2 , on which the double clutch is located, gears are arranged, which with the gears on the shaft W3 would come and form the corresponding gear ratios. 2 shows, for example, an advantageous two-speed dual clutch transmission. 4th an advantageous three-speed dual clutch transmission and 5 an advantageous four-speed dual clutch transmission.

3 zeigt ein vorteilhaftes Zwei-Gang-Doppelkupplungsgetriebe, wobei bei hohen Fahrgeschwindigkeiten ein Zahnradpaar von der Welle W3 entkoppelt werden kann. Dadurch werden die Planschverluste in der Doppelkupplung weiter vermindert. 3rd shows an advantageous two-speed dual clutch transmission, with a pair of gears from the shaft at high driving speeds W3 can be decoupled. This further reduces churning losses in the double clutch.

9. Die/das elektrisch-mechanische Antriebseinheit bzw. sog. Getriebe bietet einen sehr guten Gesamtwirkungsgrad, welches mit den Wirkungsgraden der hydrostatisch-mechanischen leistungsverzweigten Getrieben des Stands der Technik zu vergleichen wäre. Der hohe Gesamtwirkungsgrad wird ermöglicht durch einen hervorragenden Wirkungsgrad von Generator und E-Motor. Dieser liegt jeweils in einem sehr großen, ausgedehnten Bereich bei z.B. 97%. Dies wird auch dadurch erreicht, dass in vorteilhafter Weise exakt auf die Anwendung abgestimmte elektrische Maschinen/Komponenten in Baugröße, Bauart sowie im Materialeinsatz etc. in vorteilhafter Weise optimiert sind. Darüber hinaus ist die Leistungselektronik in vorteilhafter Weise exakt an die elektrischen Maschinen angepasst.9. The / the electrical-mechanical drive unit or so-called. Transmission offers a very good overall efficiency, which would be compared with the efficiency of the hydrostatic-mechanical power-split transmissions of the prior art. The high overall efficiency is made possible by the excellent efficiency of the generator and electric motor. This is in a very large, extensive range, e.g. 97%. This is also achieved by virtue of the fact that electrical machines / components that are precisely matched to the application in terms of size, design and use of materials, etc., are advantageously optimized. In addition, the power electronics are advantageously adapted exactly to the electrical machines.

10. Mit den in den Figuren dargestellten Varianten bzw. Modulen (vgl. z.B. 6 „Concept C“ und 7 „Concept BB“) kann das Fahrzeug, hier vorzugsweise ein Traktor, in verschiedenen vorteilhaften Ausbaustufen elektrifiziert werden. (vgl. auch z.B. 10 bis 15).10. With the variants or modules shown in the figures (cf. eg 6th "Concept C" and 7th "Concept BB"), the vehicle, preferably a tractor, can be electrified in various advantageous expansion stages. (cf. also e.g. 10 to 15th ).

Claims (18)

Antriebseinheit für ein Nutzfahrzeug, insbesondere Traktor, Teleskoplader, Lastkraftwagen, Bagger, Fahrkran, Gabelstapler, Bus oder dergleichen, mit wenigstens einem ersten Antriebsmotor zum Antreiben wenigstens eines Laufrades, insbesondere von wenigstens vier Laufrädern, wobei der erste Antriebsmotor eine erste, um eine erste Drehachse drehbare Antriebswelle umfasst, wobei wenigstens ein Antriebsgetriebe zum Übersetzen und/oder Untersetzen einer um eine zweite Drehachse drehbare Getriebewelle auf wenigstens eine erste, um eine dritte Drehachse drehbare Abtriebswelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsmotor als erster Elektromotor ausgebildet ist, dass eine elektrische Antriebsmotor-Generatoreinheit zum Erzeugen elektrischer Antriebsenergie für wenigstens den ersten Elektromotor vorgesehen ist, wobei insbesondere die Antriebsmotor-Generatoreinheit wenigstens eine um eine vierte Drehachse drehbare Generatorwelle aufweist, und dass insbesondere wenigstens die erste Drehachse der ersten Antriebswelle und die vierte Drehachse der Generatorwelle und/oder die zweite Drehachse der Getriebewelle (im Wesentlichen) identisch sind.Drive unit for a utility vehicle, in particular a tractor, telescopic handler, truck, excavator, traveling crane, forklift, bus or the like, with at least one first drive motor for driving at least one running wheel, in particular at least four running wheels, the first drive motor having a first axis of rotation about a first axis comprises rotatable drive shaft, wherein at least one drive gear is provided for stepping up and / or reducing a gear shaft rotatable about a second axis of rotation to at least one first output shaft rotatable about a third axis of rotation, characterized in that the first drive motor is designed as a first electric motor is that an electric drive motor generator unit is provided for generating electrical drive energy for at least the first electric motor, wherein in particular the drive motor generator unit has at least one generator shaft rotatable about a fourth axis of rotation, and that in particular at least the first axis of rotation of the first drive shaft and the fourth axis of rotation the generator shaft and / or the second axis of rotation of the gear shaft are (essentially) identical. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsmotor/Elektromotor zwischen dem Antriebsgetriebe und der Antriebsmotor-Generatoreinheit angeordnet ist.Drive unit after Claim 1 , characterized in that the first drive motor / electric motor is arranged between the drive gear and the drive motor-generator unit. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zumindest eine zweite, um eine sechste Drehachse drehbare Antriebswelle umfassende Brennkraftmaschine, vorzugsweise ein Dieselmotor, zum Antreiben der Antriebsmotor-Generatoreinheit vorgesehen ist, wobei die Brennkraftmaschine zumindest eine zweite, um eine sechste Drehachse drehbare Antriebswelle umfasst.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that at least one second internal combustion engine, preferably a diesel engine, comprising at least one second drive shaft rotatable about a sixth axis of rotation, is provided for driving the drive motor-generator unit, the internal combustion engine having at least one second, about a sixth axis of rotation includes rotatable drive shaft. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Antriebsmotor zum Antreiben wenigstens des Laufrades, insbesondere von wenigstens vier Laufrädern, vorgesehen ist.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that at least one second drive motor is provided for driving at least the running wheel, in particular at least four running wheels. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antriebsmotor als zweiter Elektromotor ausgebildet ist.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the second drive motor is designed as a second electric motor. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Brennstoffzelleneinheit und/oder ein elektrischer, insbesondere wiederaufladbarer Speicher zur elektrischen Energieversorgung wenigstens des/der ersten/zweiten Antriebsmotors und/oder Elektromotors vorgesehen ist.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that at least one fuel cell unit and / or an electrical, in particular rechargeable, storage device is provided for supplying electrical energy to at least the first / second drive motor and / or electric motor. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit als Antriebsmotor-Generatoreinheit zum Erzeugen elektrischer Antriebsenergie für wenigstens den/die ersten und/oder zweiten Elektromotor ausgebildet ist.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell unit is designed as a drive motor generator unit for generating electrical drive energy for at least the first and / or second electric motor. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit als separat handhabbare Baueinheit mit wenigstens dem ersten Antriebsmotor/Elektromotor und dem Antriebsgetriebe sowie der Generatoreinheit ausgebildet ist, wobei die Baueinheit insbesondere lösbar mit einer Welle und/oder einem Getriebe und/oder einer elektrischer Stecker-/Verbindungseinheit und/oder einem Tragrahmen des Nutzfahrzeugs und/oder einer Fluid-Einheit, insbesondere Schmiermittel- und/oder Kühl-Einheit, verbindbar/koppelbar ist.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the drive unit is designed as a separately manageable structural unit with at least the first drive motor / electric motor and the drive gear and the generator unit, the structural unit in particular being detachable with a shaft and / or a gear and / or a electrical plug / connection unit and / or a support frame of the utility vehicle and / or a fluid unit, in particular a lubricant and / or cooling unit, can be connected / coupled. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgetriebe wenigstens eine zweite, um eine fünfte Drehachse drehbare Abtriebswelle aufweist, wobei die zweite Abtriebswelle als Zapfwelle zum Antreiben von Arbeitswerkzeugen, insbesondere von Anbaugeräten/Anhängern, ausgebildet ist.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the drive gear has at least one second output shaft rotatable about a fifth axis of rotation, the second output shaft being designed as a power take-off shaft for driving work tools, in particular attachments / trailers. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die erste Drehachse der ersten Antriebswelle und die fünfte Drehachse des Antriebsgetriebes und/oder die zweite Drehachse der Getriebewelle und/oder die sechste Drehachse der Brennkraftmaschine (im Wesentlichen) identisch sind.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that at least the first axis of rotation of the first drive shaft and the fifth axis of rotation of the drive gear and / or the second axis of rotation of the gear shaft and / or the sixth axis of rotation of the internal combustion engine are (essentially) identical. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die erste/zweite Antriebswelle und/oder die Getriebewelle und/oder die Generatorwelle wenigstens teilweise einen Fluidkanal, insbesondere einen Schmiermittel- und/oder Kühlkanal, zum Durchströmen eines Fluids/Schmiermittels/Kühlmittels und/oder zum Versorgen wenigstens eines Wellenlagers/Wälzlagers aufweist.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that at least the first / second drive shaft and / or the gear shaft and / or the generator shaft at least partially have a fluid channel, in particular a lubricant and / or cooling channel, for a fluid / lubricant / coolant to flow through and / or to supply at least one shaft bearing / roller bearing. Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal wenigstens teilweise als Hohlraum/Bohrung bzw. als im Wesentlichen geschlossener Fluidkanal und/oder wenigstens teilweise als eine Wellenaußenfläche aufweisende (äußere) Wellenausnehmung bzw. als offener Fluidkanal ausgebildet ist.Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid channel is designed at least partially as a cavity / bore or as an essentially closed fluid channel and / or at least partially as an (outer) shaft recess having an outer shaft surface or as an open fluid channel. Nutzfahrzeug mit einer Antriebseinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche.Commercial vehicle with a drive unit according to one of the preceding claims. Nutzfahrzeug nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein dritter Antriebsmotor und/oder zweiter Elektromotor vorgesehen ist, wobei der dritte Antriebsmotor und/oder zweite Elektromotor zum Antreiben wenigstens eines Vorderrades ausgebildet ist/sind.Commercial vehicle according to the preceding claim, characterized in that at least one third drive motor and / or second electric motor is provided, the third drive motor and / or second electric motor being designed to drive at least one front wheel. Nutzfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste, elektrische Anschlussvorrichtung, insbesondere Anschlussbuchse, zum Anschließen eines elektrischen Verbrauchers und/oder elektrischen Arbeitswerkzeuges vorgesehen ist.Commercial vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that at least one first electrical connection device, in particular a connection socket, is provided for connecting an electrical consumer and / or electrical work tool. Nutzfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im hinteren Bereich und/oder einer Rückseite des Nutzfahrzeugs und/oder im vorderen Bereich und/oder einer Vorderseite des Nutzfahrzeugs die erste, elektrische Anschlussvorrichtung angeordnet ist.Commercial vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that at least in the rear area and / or a rear side of the commercial vehicle and / or in the front area and / or the first electrical connection device is arranged on a front side of the utility vehicle. Arbeitsgerät und/oder Anhänger für ein Nutzfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der elektrische Verbraucher und/oder das elektrische Arbeitswerkzeug und dass wenigstens eine zweite, elektrische Anschlussvorrichtung zum Anschließen an die erste, elektrische Anschlussvorrichtung des Nutzfahrzeuges vorgesehen sind.Work device and / or trailer for a utility vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that at least the electrical consumer and / or the electrical work tool and that at least one second electrical connection device are provided for connection to the first electrical connection device of the utility vehicle. Arbeitsgerät und/oder Anhänger nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher als dritter Antriebsmotor/Elektromotor zum Antreiben wenigstens des Arbeitswerkzeuges und/oder Rades des Arbeitsgerätes/Anhängers ausgebildet ist.Work device and / or trailer according to the preceding claim, characterized in that the electrical consumer is designed as a third drive motor / electric motor for driving at least the work tool and / or wheel of the work device / trailer.
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