DE102020114003A1 - Drive device for automotive applications - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Antriebseinrichtung für kraftfahrzeug-technische Anwendungen, die insbesondere zur elektromotorischen Verstellung eines Kraftfahrzeug-Stellelementes wie beispielsweise einer Kraftfahrzeug-Tür (1) eingesetzt wird. Die Antriebseinrichtung verfügt über einen Elektromotor (2) sowie ein dem Elektromotor (2) folgendes Getriebe (3, 4, 5). Darüber hinaus ist wenigstens ein Sensor (6) mit zugehörigem Tastelement (7) realisiert, wobei der Sensor (6) und das Tastelement (7) rotativ relativ zueinander beweglich sind. Erfindungsgemäß sind der Sensor (6) und das Tastelement (7) radial beabstandet im Vergleich zu einer Antriebswelle (9) und vorteilhaft in oder an einem einrichtungseigenen Bauteil (4, 8) angeordnet.The present invention relates to a drive device for motor vehicle applications which is used in particular for the electric motor adjustment of a motor vehicle control element such as a motor vehicle door (1). The drive device has an electric motor (2) and a gear (3, 4, 5) following the electric motor (2). In addition, at least one sensor (6) with an associated probe element (7) is implemented, the sensor (6) and the probe element (7) being rotatable relative to one another. According to the invention, the sensor (6) and the feeler element (7) are radially spaced apart from a drive shaft (9) and are advantageously arranged in or on a component (4, 8) belonging to the device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für kraftfahrzeug-technische Anwendungen, insbesondere zur elektromotorischen Verstellung eines Kraftfahrzeug-Stellelementes wie beispielsweise einer Kraftfahrzeug-Tür, einer Kraftfahrzeug-Klappe oder dergleichen, mit einem Elektromotor, ferner mit einem dem Elektromotor folgenden Getriebe, und mit wenigstens einem Sensor sowie zugehörigem Tastelement, wobei der Sensor und das Tastelement rotativ relativ zueinander beweglich sind.The invention relates to a drive device for motor vehicle applications, in particular for the electric motor adjustment of a motor vehicle control element such as a motor vehicle door, a motor vehicle flap or the like, with an electric motor, furthermore with a gear unit following the electric motor, and with at least one sensor and the associated probe element, wherein the sensor and the probe element can be moved rotatively relative to one another.
Antriebseinrichtungen für kraftfahrzeug-technische Anwendungen greifen typischerweise auf den Elektromotor als Antriebsquelle zurück, welcher mit der seitens eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellten Niederspannung beispielsweise eines Akkumulators betrieben wird. Aufgrund der begrenzten Leistung des Elektromotors ist es erforderlich, mithilfe des dem Elektromotor folgenden Getriebes für eine Übersetzung oder Untersetzung von Drehbewegungen des schnelllaufenden Elektromotors zu sorgen. Auf diese Weise können selbst voluminöse und dementsprechend schwere Kraftfahrzeug-Stellelemente wie beispielsweise Kraftfahrzeug-Türen oder auch Kraftfahrzeug-Klappen problemlos bewegt werden. Selbstverständlich sind derartige Antriebseinrichtungen auch für andere Anwendungen in oder am Kraftfahrzeug denkbar und können eingesetzt werden. So lassen sich hiermit Kraftfahrzeug-Stellelemente wie beispielsweise Fensterscheiben, Schiebetüren, Tankdeckel, Fronthauben aber auch Sitze und Rücklehnen etc. alternativ elektromotorisch verstellen.Drive devices for motor vehicle applications typically use the electric motor as the drive source, which is operated with the low voltage provided by a motor vehicle, for example a battery. Due to the limited power of the electric motor, it is necessary to use the gear unit following the electric motor to translate or reduce the rotational movements of the high-speed electric motor. In this way, even voluminous and correspondingly heavy motor vehicle control elements such as motor vehicle doors or motor vehicle flaps can be moved without any problems. Of course, such drive devices are also conceivable for other applications in or on the motor vehicle and can be used. Motor vehicle control elements such as window panes, sliding doors, tank lids, front hoods, but also seats and backrests, etc., can thus be adjusted alternatively by electric motors.
Mithilfe des wenigstens einen Sensors sowie dem zugehörigen Tastelement wird in der Regel die Bewegung des fraglichen Kraftfahrzeug-Stellelementes sensiert und überwacht. Dazu ist beispielsweise der Sensor ortsfest an oder in einer Karosserie angebracht, wohingegen das Tastelement zusammen mit dem Kraftfahrzeug-Stellelement bewegt wird. Als Folge hiervon wird im Sensor ein bewegungsabhängiges Signal erzeugt, für welches das zusammen mit dem Kraftfahrzeug-Stellelement bewegte Tastelement verantwortlich zeichnet. Das Signal des Sensors kann an eine Steuereinheit übermittelt werden, die auf diese Weise die Bewegung des Kraftfahrzeug-Stellelementes überwacht und beispielsweise an einen Bediener meldet. Grundsätzlich kann auch umgekehrt verfahren werden. In diesem Fall ist das Tastelement ortsfest ausgelegt, wohingegen sich der Sensor zusammen mit dem Kraftahrzeug-Stellelement bewegt.With the aid of the at least one sensor and the associated probe element, the movement of the motor vehicle control element in question is usually sensed and monitored. For this purpose, for example, the sensor is fixedly attached to or in a body, whereas the probe element is moved together with the motor vehicle actuating element. As a result, a movement-dependent signal is generated in the sensor, for which the feeler element moved together with the motor vehicle control element is responsible. The signal from the sensor can be transmitted to a control unit, which in this way monitors the movement of the motor vehicle control element and reports it to an operator, for example. In principle, it is also possible to proceed in reverse. In this case, the probe element is designed to be stationary, whereas the sensor moves together with the motor vehicle control element.
Antriebseinrichtungen bzw. Stellvorrichtungen zur automatischen Verstellung eines Kraftahrzeug-Stellelementes werden beispielsweise in der
Im Rahmen der
Beim gattungsbildenden Stand der Technik nach der
Dem optischen Sensor ist zu diesem Zweck eine auf die Referenzfläche ausgerichtete Lichtquelle und ein Lichtdetektor zugeordnet. Mithilfe des Lichtdetektors können in dem von der Referenzoberfläche reflektierten Licht enthaltene Bildinformationen ausgewertet und daraus die Relativbewegungsdaten abgeleitet werden. Konkret ist hierzu die fragliche Referenzfläche als Zylindermantelfläche eines mit dem Antrieb gekoppelten Koppelelementes ausgebildet. D. h., die Referenzfläche als Tastelement findet sich ebenso wie der dazugehörige Sensor auf der Antriebswelle bzw. wird die Antriebswelle als Tastelement genutzt.For this purpose, a light source aligned with the reference surface and a light detector are assigned to the optical sensor. With the help of the light detector, the image information contained in the light reflected from the reference surface can be evaluated and the relative movement data can be derived therefrom. Specifically, the reference surface in question is designed as a cylinder jacket surface of a coupling element coupled to the drive. In other words, the reference surface as a feeler element, like the associated sensor, is located on the drive shaft or the drive shaft is used as a feeler element.
Eine solche Ausgestaltung mit auf bzw. durch die Antriebswelle realisiertem Tastelement ist im Hinblick auf einen kompakten und einfachen Aufbau mit Nachteilen behaftet. So setzt diese Auslegung voraus, dass der zugehörige optische Sensor seinen Lichtstrahl radial auf die Antriebswelle richtet. Dadurch geht relativ viel Bauraum verloren bzw. muss die Antriebswelle unter Umständen verlängert werden. In Anbetracht der teilweise ungünstigen Platzverhältnisse am Einbauort einer solchen Antriebseinrichtung lassen sich ausladende Aufbauten in der Regel nicht realisieren bzw. sind nachteilig. Hinzu kommt, dass die bekannte und optisch arbeitende Sensoreinrichtung bzw. Kombination aus Sensor und Tastelement letztlich nur für geschützte Einbauorte geeignet ist. D. h., Einbauorte von Antriebseinrichtungen, die unter Umständen Staub oder Wasser ausgesetzt sind, stehen für derartige Antriebseinrichtungen praktisch nicht zur Verfügung. - Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.Such a configuration with a feeler element implemented on or through the drive shaft has disadvantages with regard to a compact and simple structure. This design assumes that the associated optical sensor directs its light beam radially onto the drive shaft. As a result, a relatively large amount of installation space is lost or the drive shaft may have to be lengthened. In view of the sometimes unfavorable space conditions at the installation site of such a drive device, expansive structures can generally not be implemented or are disadvantageous. In addition, the known and optically working sensor device or combination of sensor and probe element is ultimately only suitable for protected installation locations. That is to say, installation locations of drive devices, which may be exposed to dust or water, are practically not available for such drive devices. - This is where the invention aims to remedy the situation as a whole.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Antriebseinrichtung für kraftfahrzeug-technische Anwendungen so weiterzuentwickeln, dass ein kompakter Aufbau zur Verfügung gestellt wird, welcher über eine hohe Funktionssicherheit auch an im Hinblick auf Umwelteinflüsse ungünstigen Einbauorten verfügt.The invention is based on the technical problem of further developing such a drive device for motor vehicle applications in such a way that a compact structure is made available which has a high level of functional reliability even at installation locations that are unfavorable with regard to environmental influences.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Antriebseinrichtung für kraftahrzeug-technische Anwendungen im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor und das Tastelement radial beabstandet im Vergleich zu einer Antriebswelle und vorteilhaft in oder an einrichtungseigenen Bauteilen angeordnet sind.To solve this technical problem, a generic drive device for automotive applications is characterized within the scope of the invention in that the sensor and the probe element are arranged radially spaced apart from a drive shaft and advantageously in or on the device's own components.
Die Erfindung greift also bewusst auf eine radiale Beabstandung von Sensor und Tastelement im Vergleich zu der Antriebswelle zurück. Dadurch können der Sensor und das Tastelement an Orten innerhalb der Antriebseinrichtung bzw. innerhalb eines Gehäuses der Antriebseinrichtung angebracht werden, die den nötigen Bauraum zur Verfügung stellen. Bei diesen Orten handelt es sich vorteilhaft um einrichtungseigene Bauteile, also Bauteile, die ohnehin obligatorisch für die Antriebseinrichtung sind und benötigt werden. Sowohl der Sensor als auch das Tastelement werden nun in oder an derartigen einrichtungseigenen Bauteilen vorteilhaft platziert. Grundsätzlich kann aber auch nur der Sensor oder nur das Tastelement in oder an dem einrichtungseigenen Bauteil angebracht werden.The invention therefore deliberately relies on a radial spacing between the sensor and probe element compared to the drive shaft. As a result, the sensor and the probe element can be attached at locations within the drive device or within a housing of the drive device that provide the necessary installation space. These locations are advantageously the device's own components, that is to say components that are mandatory and required for the drive device anyway. Both the sensor and the feeler element are now advantageously placed in or on such device-specific components. In principle, however, only the sensor or only the pushbutton element can be attached in or on the device's own component.
Die fragliche Antriebswelle gehört dabei in der Regel zum Elektromotor und/oder zumindest einem Rotationsbauteil und insbesondere Getrieberad. Außerdem ist die Auslegung vorteilhaft so getroffen, dass das Tastelement rotierbar und der Sensor ortsfest ausgelegt sind.The drive shaft in question usually belongs to the electric motor and / or at least one rotary component and, in particular, the gear wheel. In addition, the design is advantageously made such that the probe element is designed to be rotatable and the sensor to be stationary.
Hier hat sich eine Ausführungsform als besonders günstig erwiesen, bei welcher das Tastelement bogenförmig ausgebildet ist. Meistens verfügt das Tastelement über eine kreisbogenförmige Gestaltung, und zwar in Bezug auf die Antriebswelle bzw. eine zugehörige Antriebsachse als Mittelpunkt. Auf diese Weise kann das Tastelement - wie beschrieben - beabstandet von der Antriebswelle problemlos im Innern eines ohnehin vorhandenen Gehäuses für die Antriebseinrichtung platziert werden. Das Gehäuse fungiert folglich als einrichtungseigenes Bauteil.Here, an embodiment has proven to be particularly favorable in which the pushbutton element is arcuate. Most of the time, the probe element has a circular arc-shaped design, specifically in relation to the drive shaft or an associated drive axis as the center. In this way, the feeler element - as described - can be placed at a distance from the drive shaft without problems in the interior of a housing for the drive device that is already present. The housing consequently functions as a component belonging to the facility.
Dabei hat sich eine Ausführungsform als besonders günstig erwiesen, bei welcher das Tastelement im oder an dem zuvor bereits angesprochenen Rotationsbauteil und insbesondere Getrieberad als einrichtungseigenem Bauteil angeordnet ist, zu welchem Getrieberad die fragliche Antriebswelle gehört. Durch die Anordnung des Tastelementes im oder am Getrieberad bzw. allgemein dem Rotationsbauteil erfährt das Tastelement von vornherein und gleichsam automatisch die erfindungsgemäß vorgesehene radiale Beabstandung im Vergleich zu der Antriebswelle. Dabei kann das Tastelement besonders vorteilhaft in eine Ausnehmung des Getrieberades bzw. Rotationsbauteiles eingelassen sein.In this case, an embodiment has proven to be particularly favorable in which the feeler element is arranged in or on the previously mentioned rotary component and in particular the gearwheel as a component belonging to the device, to which gearwheel the drive shaft in question belongs. As a result of the arrangement of the feeler element in or on the gear wheel or, in general, the rotary component, the feeler element experiences the radial spacing provided according to the invention in comparison to the drive shaft from the outset and as it were automatically. The feeler element can particularly advantageously be embedded in a recess in the gear wheel or rotary component.
Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass das Rotationsbauteil bzw. Getrieberad oftmals im Sinne eines Formspritzvorganges beispielsweise aus Kunststoff oder Metall hergestellt wird, sodass in diesem Zusammenhang von vornherein die fragliche Ausnehmung zur Aufnahme des Tastelementes definiert werden kann.The invention is based on the knowledge that the rotary component or gear wheel is often produced in the sense of an injection molding process, for example from plastic or metal, so that in this context the recess in question for receiving the probe element can be defined from the outset.
In diesem Zusammenhang hat es sich weiter als günstig erwiesen, wenn die Antriebswelle und das Rotationsbauteil bzw. Getrieberad miteinander verbunden sind, beispielsweise durch einen einstückigen Formungsvorgang bzw. Formspritzvorgang in einem Zug hergestellt werden. Hierbei kann es sich um einen Kunststoffspritzgussvorgang oder auch einen Metallspritzvorgang handeln.In this context, it has also proven to be advantageous if the drive shaft and the rotary component or gear wheel are connected to one another, for example, are produced in one go by a one-piece molding process or injection molding process. This can be a plastic injection molding process or a metal injection molding process.
Auf diese Weise kann das Tastelement und/oder der Sensor jeweils in ein ohnehin vorhandenes Bauteil bzw. das einrichtungseigene Bauteil der Antriebseinrichtung integriert werden. Bei dem fraglichen Bauteil zur Aufnahme des Tastelementes handelt es sich ganz generell um das Rotationsbauteil und im konkreten Einzelfall das bereits angesprochene und ohnehin vorhandene Getrieberad. Auf diese Weise wird einerseits kein zusätzlicher Bauraum für das Tastelement benötigt, weil dieses in der Ausnehmung am Rotationsbauteil bzw. Getrieberad Platz findet. Andererseits verfügt das Tastelement hierdurch automatisch und unmittelbar über eine mehr oder minder geschützte Anordnung im Inneren des Gehäuses der Antriebseinrichtung.In this way, the probe element and / or the sensor can each be integrated into a component that is already present or the device-specific component of the drive device. The component in question for receiving the probe element is generally the rotary component and, in the specific individual case, the gear wheel already mentioned and already present. In this way, on the one hand, no additional installation space is required for the pushbutton element, because there is space for it in the recess on the rotary component or gear wheel. On the other hand, the feeler element automatically and immediately has a more or less protected arrangement inside the housing of the drive device.
Der Sensor kann seinerseits vorteilhaft in einem Trägerbauteil und/oder dem bereits angesprochenen Gehäuse der Antriebseinrichtung als einrichtungseigenem Bauteil platziert werden. Bei dem Trägerbauteil kann es sich generell um einen Bestandteil des Gehäuses oder auch beispielsweise eine separate Halterung handeln, die im Innern des Gehäuses vorhanden ist bzw. typischerweise für andere Anwendungen genutzt wird. Da das Gehäuse und das Trägerbauteil im Allgemeinen - vergleichbar dem Rotationsbauteil bzw. Getrieberad - ebenfalls durch einen Formvorgang bzw. Formspritzvorgang und insbesondere einen Kunststoffspritzgussvorgang hergestellt werden, lässt sich der Sensor besonders vorteilhaft in das Trägerbauteil und/oder das Gehäuse integrieren. Das erfolgt im Allgemeinen dergestalt, dass der Sensor in das fragliche Trägerbauteil und/oder das Gehäuse im Zuge seines Herstellungsvorganges (d. h. beim Herstellungsvorgang des Trägerbauteils bzw. Gehäuses) eingebracht wird. Beispielsweise mag der Sensor bei diesem Vorgang kunststoffumspritzt werden und ist hierdurch unmittelbar in das Trägerbauteil bzw. das Gehäuse integriert.The sensor can for its part advantageously be in a carrier component and / or the already mentioned housing of the drive device as the facility's own component. The carrier component can generally be part of the housing or, for example, a separate holder that is present in the interior of the housing or is typically used for other applications. Since the housing and the carrier component are generally also produced by a molding process or injection molding process and in particular a plastic injection molding process, comparable to the rotating component or gear wheel, the sensor can be integrated particularly advantageously into the carrier component and / or the housing. This is generally done in such a way that the sensor is introduced into the carrier component in question and / or the housing in the course of its manufacturing process (ie during the manufacturing process of the carrier component or housing). For example, the sensor may be encapsulated in plastic during this process and is thereby integrated directly into the carrier component or the housing.
Auf diese Weise benötigt der Sensor streng genommen - vergleichbar dem Tastelement - ebenfalls keinen zusätzlichen Bauraum, sondern nutzt das Gehäuse bzw. das Trägerbauteil oder allgemein die einrichtungseigenen Bauteile und typischerweise eine hier vorhandene Ausnehmung als Anbringungsort. Durch die Möglichkeit, den Sensor mit Kunststoff zu umspritzen, wird darüber hinaus eine geschützte und dauerhafte Lösung präsentiert, die auch für widrige Anbringungssorte mit beispielsweise hohem Staub- und Wasseranfall am Anbringungsort der Antriebseinrichtung geeignet ist und dennoch die gewünschte und zuverlässige Funktionsweise zur Verfügung stellt. Gleiches gilt für das Tastelement, welches ebenfalls kunststoffumspritzt werden kann.In this way, strictly speaking, the sensor - comparable to the probe element - likewise does not require any additional installation space, but uses the housing or the carrier component or generally the device-specific components and typically a recess provided here as a mounting location. With the option of overmoulding the sensor with plastic, a protected and permanent solution is also presented, which is also suitable for adverse mounting locations with, for example, high levels of dust and water at the mounting location of the drive device and still provides the desired and reliable functionality. The same applies to the pushbutton element, which can also be encapsulated with plastic.
Im Ergebnis wird eine Antriebseinrichtung für kraftfahrzeug-technische Anwendungen zur Verfügung gestellt, die besonders kompakt aufgebaut ist. Das lässt sich im Kern darauf zurückführen, dass die radial beabstandete Anbringung des Sensors ebenso wie des Tastelementes im Vergleich zu der Antriebswelle die Möglichkeit eröffnet, sowohl den Sensor als auch das Tastelement in einrichtungseigene Bauteile zu integrieren bzw. an diesen Bauteilen anzubringen. Bei diesen einrichtungseigenen Bauteilen handelt es sich mit Blick auf das Tastelement um das Rotationsbauteil bzw. Getrieberad, während als einrichtungseigenes Bauteil zur Anbringung des Sensors das Trägerbauteil bzw. das Gehäuse für die Antriebseinrichtung genutzt wird.As a result, a drive device for motor vehicle applications is made available that is particularly compact. Essentially, this can be traced back to the fact that the radially spaced attachment of the sensor as well as the probe element in comparison to the drive shaft opens up the possibility of integrating both the sensor and the probe element into the device's own components or attaching them to these components. With a view of the probe element, these device-specific components are the rotary component or gear wheel, while the support component or the housing for the drive device is used as the device-specific component for attaching the sensor.
Auf diese Weise lässt sich eine besonders kompakte und kostengünstige Ausgestaltung realisieren, weil das Tastelement und/oder der Sensor in der Regel in den Herstellungsvorgang des aufnehmenden einrichtungseigenen Bauteils integriert werden. Dadurch werden das Tastelement und der Sensor zugleich in dem fraglichen einrichtungseigenem Bauteil nicht nur positionsgenau orientiert, sondern können durch eine etwaige Kunststoffumspritzung auch vor widrigen Umwelteinflüssen geschützt werden und so für einen dauerhaften und funktionssicheren Betrieb der Antriebseinrichtung sorgen. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.In this way, a particularly compact and cost-effective design can be implemented because the probe element and / or the sensor are generally integrated into the manufacturing process of the device's own component. As a result, the pushbutton element and the sensor are not only precisely positioned in the device's own component in question, but can also be protected from adverse environmental influences by any plastic encapsulation and thus ensure permanent and reliable operation of the drive device. This is where the main advantages can be seen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
-
1 die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung für kraftfahrzeug-technische Anwendungen schematisch in einer Übersicht, -
2 ein Getrieberad mit zugehörigem Tastelement und -
3 das Tastelement ohne Getrieberad i. V. m. dem Sensor in einem Ausschnitt aus1 .
-
1 the drive device according to the invention for motor vehicle-technical applications schematically in an overview, -
2 a gear wheel with associated feeler element and -
3 the probe element without gear wheel i. V. with the sensor in a cutout1 .
In den Figuren ist eine Antriebseinrichtung für kraftfahrzeug-technische Anwendungen dargestellt. Tatsächlich handelt es sich bei der Antriebseinrichtung um eine solche, mit deren Hilfe eine lediglich in der
Um nun die Bewegung der Kraftfahrzeug-Tür
Dazu ist der Elektromotor
Zum grundsätzlichen Aufbau gehört dann noch wenigstens ein Sensor
Erfindungsgemäß sind nun der Sensor
Bei der Antriebswelle
Im Detail ist das Tastelement
Das Tastelement
Demgegenüber ist der Sensor
Wie bereits erläutert, ist das Tastelement bzw. der Permanentmagnet
Vergleichbares wird bei dem Sensor
Jedenfalls führt eine in der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Kraftfahrzeug-TürMotor vehicle door
- 22
- ElektromotorElectric motor
- 3, 4, 53, 4, 5
- Getriebetransmission
- 33
- erstes Getrieberadfirst gear
- 44th
- zweites Getriebradsecond gear wheel
- 4a4a
- AusnehmungRecess
- 55
- drittes Getrieberadthird gear
- 66th
- Sensorsensor
- 77th
- TastelementTactile element
- 88th
- TrägerbauteilCarrier component
- 99
- Antriebswelledrive shaft
- 1010
- SteuereinheitControl unit
- 1111
- Gehäusecasing
- 4, 84, 8
- einrichtungseigene Bauteilefacility-owned components
- αα
- ÖffnungswinkelOpening angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102011103406 B4 [0004]DE 102011103406 B4 [0004]
- EP 1832757 A2 [0005]EP 1832757 A2 [0005]
- DE 202009018219 U1 [0006]DE 202009018219 U1 [0006]
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DE102020114003.7A DE102020114003A1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Drive device for automotive applications |
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