DE102021005017A1 - Electric drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit: einer zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildeten, elektrischen Maschine (12), welche einen Rotor (14) aufweist, mit einem Planetengetriebe (22), welches einen ersten Planetenradsatz (24) mit einem mit dem Rotor (16) drehfest verbundenen, ersten Sonnenrad (28), einem ersten Planetenträger (30) und einem ersten Hohlrad (32) und einen zweiten Planetenradsatz (26) mit einem zweiten Sonnenrad (34), einem zweiten Planetenträger (36) und einem zweiten Hohlrad (38) aufweist, mit wenigstens zwei Schaltelementen (S1, S2) zur Schaltung von wenigstens zwei Getriebegängen (1, 2), und mit einem Differentialgetriebe (42), welches eine Differentialeingangswelle (44), welche drehfest mit dem zweiten Planetenträger (36) verbunden ist, und zwei Abtriebswellen (46, 48) aufweist, wobei das erste Sonnenrad (28) drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (34) verbunden ist, und das erste Hohlrad (32) drehfest mit dem zweiten Hohlrad (38) verbunden ist.The invention relates to an electric drive device (10) for a motor vehicle, comprising: an electric machine (12) which is designed to drive the motor vehicle and has a rotor (14), with a planetary gear (22) which has a first planetary gear set (24) with a first sun gear (28) non-rotatably connected to the rotor (16), a first planet carrier (30) and a first ring gear (32) and a second planetary gear set (26) with a second sun gear (34), a second planet carrier (36 ) and a second ring gear (38), with at least two shifting elements (S1, S2) for shifting at least two transmission gears (1, 2), and with a differential gear (42) which has a differential input shaft (44) which is non-rotatably connected to the second planetary carrier (36) and has two output shafts (46, 48), the first sun gear (28) being non-rotatably connected to the second sun gear (34), and the first ring gear (32) being non-rotatably connected to the second ring gear (38 ) connected is.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen.The invention relates to an electric drive device for a motor vehicle according to the preamble of
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass eine besonders verlustarme und kompakte Bauweise realisierbar ist.The object of the present invention is to create an electric drive device for a motor vehicle and a motor vehicle, so that a particularly low-loss and compact design can be implemented.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an electric drive device having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Antriebsvorrichtung aufweist und mittels der elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu umfasst die elektrische Antriebsvorrichtung wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden kann. Die elektrische Maschine weist einen Rotor auf. Beispielsweise weist die elektrische Maschine auch einen Stator auf, mittels welchem der Rotor antriebbar und dadurch um einen Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Insbesondere kann die elektrische Maschine über ihren Rotor Antriebsdrehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Beispielsweise können mittels der elektrischen Maschine, insbesondere mittels des Rotors, wenigstens oder genau zwei einfach auch als Räder bezeichnete Fahrzeugräder eine Achse des Kraftfahrzeugs angetrieben werden, wodurch das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann.A first aspect of the invention relates to an electric drive device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle that is preferably designed as a passenger vehicle. This means that the motor vehicle has the electric drive device in its completely manufactured state and can be driven electrically, in particular purely electrically, by means of the electric drive device. For this purpose, the electric drive device comprises at least one electric machine, by means of which the motor vehicle can be driven, in particular purely electrically. The electric machine has a rotor. For example, the electrical machine also has a stator, by means of which the rotor can be driven and thereby rotated about a machine axis of rotation relative to the stator. In particular, the electric machine can provide drive torques for driving the motor vehicle via its rotor. For example, an axle of the motor vehicle can be driven by means of the electrical machine, in particular by means of the rotor, at least or exactly two vehicle wheels, also referred to simply as wheels, as a result of which the motor vehicle can be driven.
Die elektrische Antriebsvorrichtung umfasst außerdem ein Planetengetriebe, welches einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz aufweist. Der erste Planetenradsatz weist ein erstes Sonnenrad auf, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Außerdem umfasst der erste Planetenradsatz einen auch als erster Steg bezeichneten, ersten Planetenträger sowie ein erstes Hohlrad. Das erste Sonnenrad, der erste Planetenträger und das erste Hohlrad sind erste Getriebeelemente des ersten Planetenradsatzes. Der zweite Planetenradsatz weist ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad auf, wobei der zweite Planetenträger als zweiter Steg bezeichnet wird. Das zweite Sonnenrad, der zweiten Planetenträger und das zweite Hohlrad werden auch als zweite Getriebeelemente des zweiten Planetenradsatzes bezeichnet. Beispielsweise umfasst die elektrische Antriebsvorrichtung ein Gehäuse, in welchem beispielsweise die Planetenradsätze beziehungsweise die Getriebeelemente angeordnet sein können. Insbesondere dann, wenn das jeweilige Getriebeelement nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist und angetrieben wird, insbesondere dadurch, dass das jeweiligen Antriebsdrehmoment oder ein jeweiliges, aus dem jeweiligen Antriebsdrehmoment resultierendes Drehmoment auf das jeweiligen Drehmoment ausgeübt wird, ist das jeweilige Getriebeelement insbesondere um eine Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar. Insbesondere ist es denkbar, dass die ersten Getriebeelemente koaxial zueinander angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich sind beispielsweise die zweiten Getriebeelemente koaxial zueinander angeordnet.The electric drive device also includes a planetary gear set, which has a first planetary gear set and a second planetary gear set. The first planetary gear set has a first sun gear which is, in particular permanently, non-rotatably connected to the rotor. In addition, the first planetary gear set includes a first planet carrier, also referred to as a first carrier, and a first ring gear. The first sun gear, the first planet carrier and the first ring gear are first transmission elements of the first planetary gear set. The second planetary gear set includes a second sun gear, a second planet carrier, and a second ring gear, with the second planet carrier being referred to as the second carrier. The second sun gear, the second planet carrier and the second ring gear are also referred to as the second transmission elements of the second planetary gear set. For example, the electric drive device includes a housing in which, for example, the planetary gear sets or the transmission elements can be arranged. In particular, when the respective transmission element is not connected to the housing in a rotationally fixed manner and is driven, in particular because the respective drive torque or a respective torque resulting from the respective drive torque is exerted on the respective torque, the respective transmission element is in particular about a transmission element axis of rotation rotatable relative to the housing. In particular, it is conceivable that the first transmission elements are arranged coaxially with one another. Alternatively or additionally, for example, the second transmission elements are arranged coaxially with one another.
Die elektrische Antriebsvorrichtung weist außerdem wenigstens zwei Schaltelemente zur Schaltung von wenigstens zwei Getriebegängen der elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere des Planetengetriebes, auf. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist mit einer drehfesten Verbindung zweier drehbarer oder drehbar gelagerter Elemente gemeint, dass diese beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet und derart miteinander verbunden sind, dass sie sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, insbesondere um eine Elementendrehachse und/oder relativ zu dem Gehäuse drehen, insbesondere wenn eines der Elemente und somit das andere Element angetrieben wird. Insbesondere kann es sich bei dem jeweiligen Element um das jeweilige Getriebeelement handeln. Vorzugsweise ist der Rotor koaxial zu den auch als Planetensätze bezeichneten Planetenradsätzen angeordnet.The electric drive device also has at least two shifting elements for shifting at least two gears of the electric drive device, in particular the planetary gear. In the context of the present disclosure, a non-rotatable connection of two rotatable or rotatably mounted elements means that these two elements are arranged coaxially to one another and are connected to one another in such a way that they rotate at the same angular velocity, in particular about an element axis of rotation and/or relative to the housing rotate, especially when one of the elements and thus the other element is driven. In particular, the respective element can be the respective transmission element. The rotor is preferably arranged coaxially with the planetary gear sets, which are also referred to as planetary gear sets.
Insbesondere ist unter dem Merkmal, dass Elemente permanent drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt sind, zu verstehen, dass nicht etwa ein Schaltelement vorgesehen ist, welches zwischen einem die Elemente drehfest miteinander verbindenden oder koppelnden Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem die Elemente voneinander entkoppelt und relativ zueinander drehbar sind, sodass keine Drehmomente zwischen den Elementen übertragen werden können, sondern die Elemente sind stets beziehungsweise immer, mithin permanent, drehfest miteinander verbunden oder gekoppelt.In particular, the feature that elements are permanently connected or coupled to one another in a rotationally fixed manner means that a switching element is not provided which can be switched between a coupling state that connects or couples the elements to one another in a rotationally fixed manner and a decoupling state in which the elements are decoupled from one another and are rotatable relative to each other, so that no torque can be transmitted between the elements, but the elements are always or always, therefore permanently, non-rotatably connected or coupled to one another.
Die elektrische Antriebsvorrichtung umfasst außerdem ein Differentialgetriebe, welches beispielsweise der zuvor genannten Achse und somit beispielsweise den Fahrzeugrädern zugeordnet ist, die mittels der elektrischen Maschine über den Rotor antreibbar sind. Wie bereits hinlänglich bekannt ist, weist das Differentialgetriebe beispielsweise eine solche Funktion auf, dass das Differentialgetriebe bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs unterschiedliche Drehzahlen der Fahrzeugräder zulässt, derart, dass sich das kurvenäußere Rad mit einer größeren Drehzahl dreht als das kurveninnere Rad, insbesondere während die Räder über das Differentialgetriebe von dem Rotor und somit von der elektrischen Maschine antreibbar sind oder angetrieben werden.The electric drive device also includes a differential gear, which is assigned, for example, to the aforementioned axle and thus, for example, to the vehicle wheels, which can be driven by the electric machine via the rotor. As is already well known, the differential gear has, for example, such a function that the differential gear allows different speeds of the vehicle wheels when the motor vehicle is cornering, such that the wheel on the outside of the curve rotates at a higher speed than the wheel on the inside of the curve, in particular while the wheels are turning can be driven or are driven by the rotor and thus by the electric machine via the differential gear.
Das Differentialgetriebe weist eine Differentialeingangswelle auf, über welche das jeweilige Antriebsdrehmoment beziehungsweise ein jeweiliges, aus dem Antriebsdrehmoment resultierendes Drehmoment in das Differentialgetriebe einleitbar ist, wodurch das Differentialgetriebe und über dieses die Räder antreibbar sind. Des Weiteren umfasst das Differentialgetriebe zwei Abtriebswellen, welche von der Differentialeingangswelle antreibbar sind. Insbesondere sind die Fahrzeugräder von den Abtriebswellen antreibbar, insbesondere derart, dass ein erstes der Räder von einer ersten der Abtriebswellen und das zweite Rad von der zweiten Abtriebswelle antreibbar ist. Dabei ist es vorgesehen, dass die Differentialeingangswelle, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Planetenträger verbunden ist.The differential gear has a differential input shaft, via which the respective drive torque or a respective torque resulting from the drive torque can be introduced into the differential gear, as a result of which the differential gear and via this the wheels can be driven. Furthermore, the differential gear comprises two output shafts, which can be driven by the differential input shaft. In particular, the vehicle wheels can be driven by the output shafts, in particular in such a way that a first of the wheels can be driven by a first of the output shafts and the second wheel can be driven by the second output shaft. Provision is made here for the differential input shaft to be connected to the second planet carrier in a torque-proof manner, in particular permanently.
Um nun eine besonders verlustarme und kompakte Bauweise der elektrischen Antriebsvorrichtung realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Sonnenrad, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist. Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Hohlrad, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Hohlrad verbunden ist.In order to be able to realize a particularly low-loss and compact design of the electric drive device, it is provided according to the invention that the first sun wheel is connected to the second sun wheel in a torque-proof manner, in particular permanently. In addition, it is provided according to the invention that the first ring gear is connected, in particular permanently, in a rotationally fixed manner to the second ring gear.
Beispielsweise ist das jeweilige, erste Getriebeelement dann, wenn es nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, um eine erste Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar, wobei die erste Getriebeelementdrehachse auch als erste Planetenradsatzdrehachse bezeichnet wird. Es ist denkbar, dass das jeweilige, zweite Getriebeelement insbesondere dann, wenn es nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, um eine zweite Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist, wobei die zweite Getriebeelementdrehachse auch als zweite Planetenradsatzdrehachse bezeichnet wird. Da vorzugsweise die Planetenradsätze koaxial zueinander angeordnet sind, fallen die Planetenradsatzdrehachsen beziehungsweise die Getriebeelementdrehachsen zusammen. Wenn im Folgenden somit die Rede von der Getriebeelementdrehachse ist, so sind darunter die Getriebeelementdrehachsen und die Planetenradsatzdrehachsen zu verstehen, falls nichts anderes angegeben ist.For example, when the respective first transmission element is not rotationally fixedly connected to the housing, it can rotate about a first transmission element axis of rotation relative to the housing, the first transmission element axis of rotation also being referred to as the first planetary gear set axis of rotation. It is conceivable that the respective, second transmission element is rotatable about a second transmission element axis of rotation relative to the housing, particularly when it is not connected in a rotationally fixed manner to the housing, with the second transmission element axis of rotation also being referred to as the second planetary gear set axis of rotation. Since the planetary gear sets are preferably arranged coaxially to one another, the planetary gear set rotation axes or the transmission element rotation axes coincide. When the transmission element axis of rotation is referred to below, this is to be understood as meaning the transmission element axis of rotation and the planetary gear set axis of rotation, unless otherwise stated.
Um eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit auf kompakte und verlustarme Weise realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das erste Schaltelement dazu ausgebildet ist, den ersten Planetenträger drehfest mit dem Gehäuse der elektrischen Antriebsvorrichtung zu verbinden. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das erste Schaltelement zwischen einem ersten Koppelzustand und einem ersten Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem ersten Koppelzustand ist mittels des ersten Schaltelements der erste Planetenträger drehfest mit dem Gehäuse verbunden, mithin drehfest an dem Gehäuse festgelegt. Somit kann sich der ersten Planetenträger insbesondere auch dann nicht um die Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehen, wenn der erste Planetenträger angetrieben wird. In dem ersten Entkoppelzustand gibt das erste Schaltelement den ersten Planetenträger für eine relativ zu dem Gehäuse um die Getriebeelementdrehachse frei, sodass der erste Planetenträger insbesondere dann um die Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist oder gedreht wird, wenn der erste Planetenträger angetrieben wird.In order to be able to achieve a particularly advantageous drivability in a compact and low-loss manner, one embodiment of the invention provides that the first switching element is designed to connect the first planet carrier to the housing of the electric drive device in a rotationally fixed manner. This means in particular that the first switching element can be switched over between a first coupling state and a first decoupling state. In the first coupling state, the first planet carrier is connected to the housing in a rotationally fixed manner by means of the first switching element, and is therefore fixed in a rotationally fixed manner to the housing. Thus, in particular, the first planetary carrier cannot rotate about the transmission element axis of rotation relative to the housing when the first planetary carrier is being driven. In the first decoupling state, the first shifting element releases the first planetary carrier for rotation relative to the housing about the transmission element axis of rotation, so that the first planetary carrier can be rotated or is rotated relative to the housing about the transmission element axis of rotation when the first planetary carrier is being driven.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Schaltelement dazu ausgebildet ist, das zweite Hohlrad drehfest mit einem Gehäuse zu verbinden. Beispielsweise ist das zweite Schaltelement zwischen einem zweiten Koppelzustand und einem zweiten Entkoppelzustand umschaltbar. In dem zweiten Koppelzustand ist mittels des zweiten Schaltelements das zweite Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden, sodass sich das zweite Hohlrad insbesondere auch dann nicht um die Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehen kann, wenn das zweite Hohlrad angetrieben wird. In dem zweiten Entkoppelzustand gibt das zweite Schaltelement das zweite Hohlrad für einen relativ zu dem Gehäuse um die Getriebeelementdrehachse erfolgende Drehung frei, sodass das zweite Hohlrad insbesondere dann um die Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist oder gedreht wird, wenn das zweite Hohlrad angetrieben wird.A further embodiment is characterized in that the second switching element is designed to connect the second ring gear to a housing in a rotationally fixed manner. For example, the second switching element can be switched over between a second coupling state and a second decoupling state. In the second coupling state, the second ring gear is non-rotatably connected to the housing by means of the second switching element, so that the second ring gear in particular cannot rotate about the transmission element axis of rotation relative to the housing when the second ring gear is being driven. In the second decoupling state, the second switching element releases the second ring gear for rotation relative to the housing about the axis of rotation of the transmission element, so that the second ring gear can be rotated or rotated relative to the housing about the axis of rotation of the transmission element when the second ring gear is being driven.
Beispielsweise ist das erste Schaltelement, insbesondere relativ zu dem Gehäuse und/oder translatorisch, zwischen wenigstens einer den ersten Koppelzustand bewirkenden, ersten Koppelstellung und wenigstens einer den ersten Entkoppelzustand bewirkenden, ersten Entkoppelstellung bewegbar. Ferner ist es denkbar, dass das zweite Schaltelement, insbesondere translatorisch und/oder relativ zu dem Gehäuse, zwischen wenigstens einer den ersten Koppelzustand bewirkenden, zweiten Koppelzustand und wenigstens einer den zweiten Entkoppelzustand bewirkenden, zweiten Entkoppelstellung bewegbar ist.For example, the first switching element can be moved, in particular relative to the housing and/or translationally, between at least one first coupling position causing the first coupling state and at least one first uncoupling position causing the first uncoupling state. It is also conceivable that the second switching element can be moved, in particular translationally and/or relative to the housing, between at least one second coupling state causing the first coupling state and at least one second uncoupling position causing the second uncoupling state.
Um auf besonders verlustarme und bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Antriebsvorrichtung ein Parksperrenrad aufweist, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Planetenträger verbunden ist. Das Parksperrenrad ist beispielsweise Bestandteil einer Parksperre, welche aktivierbar und deaktivierbar ist. Ist die Parksperre aktiviert, so werden das Parksperrenrad und über dieses der zweite Planetenträger an einer relativ zu dem Gehäuse um die Getriebeelementdrehachse erfolgende Drehung gehindert, wodurch beispielsweise ein unerwünschtes Wegrollen des Kraftfahrzeugs vermeidbar ist beziehungsweise vermieden wird, insbesondere dann, wenn das Kraftfahrzeug an einem Gefälle abgestellt ist. Ist die Parksperre deaktiviert, so können sich das Parksperrenrad und somit der zweite Planetenträger drehen, sodass beispielsweise das Kraftfahrzeug ein Gefälle hinabrollen kann.In order to be able to realize a particularly advantageous drivability of the motor vehicle in a particularly low-loss and space-saving manner, it is provided in a further embodiment of the invention that the electric drive device has a parking lock wheel which is non-rotatably connected, in particular permanently, to the second planet carrier. The parking lock wheel is part of a parking lock, for example, which can be activated and deactivated. If the parking lock is activated, the parking lock gear and, via this, the second planet carrier are prevented from rotating relative to the housing about the axis of rotation of the transmission element, which means that, for example, an undesired rolling away of the motor vehicle can be avoided or is avoided, especially when the motor vehicle is on a slope is turned off. If the parking lock is deactivated, the parking lock wheel and thus the second planet carrier can rotate, so that the motor vehicle can roll down a slope, for example.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das erste Schaltelement einen Freilauf aufweist. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass mittels des ersten Schaltelements eines der Getriebeelemente, insbesondere der ersten Planetenträger, in eine um die Getriebeelementdrehachse verlaufende, erste Drehrichtung drehfest mit dem Gehäuse verbindbar ist, wobei der Freilauf Relativdrehungen zwischen dem Getriebeelement, insbesondere dem ersten Planetenträger, und dem Gehäuse in eine um die Getriebeelementdrehachse verlaufende und der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung zulässt. Hierdurch kann auf besonders gewichts-, kosten- und bauraumgünstige Weise ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden.It has proven to be particularly advantageous if the first switching element has a freewheel. This makes it possible, for example, for one of the transmission elements, in particular the first planetary carrier, to be non-rotatably connected to the housing by means of the first shifting element in a first direction of rotation running around the transmission element's axis of rotation, with the freewheel relative rotations between the transmission element, in particular the first planetary carrier, and the housing in a second direction of rotation running around the axis of rotation of the transmission element and opposite to the first direction of rotation. In this way, particularly advantageous operation can be implemented in a manner that is particularly favorable in terms of weight, cost and installation space.
Um Verluste besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das erste Schaltelement eine Klauenkupplung aufweist. Mittels der Klauenkupplung kann wenigstens eines der Getriebeelemente wie beispielsweise der erste Planetenträger formschlüssig und somit besonders verlustarm drehfest mit einem weiteren der Getriebeelemente oder mit dem Gehäuse drehfest verbunden werden.In order to be able to keep losses particularly low, it is provided in a further embodiment of the invention that the first shifting element has a dog clutch. By means of the claw coupling, at least one of the transmission elements, such as the first planetary carrier, can be connected in a form-fitting manner and thus in a rotationally fixed manner with a particularly low loss to another of the transmission elements or to the housing.
Insbesondere ist es denkbar, dass zumindest eines der Schaltelemente wie beispielsweise das erste Schaltelement als ein formschlüssiges Schaltelement wie beispielsweise einer Klauenkupplung ausgebildet ist oder ein formschlüssiges Schaltelement wie beispielsweise eine Klauenkupplung aufweist. Ferner ist es denkbar, dass zumindest eines der Schaltelemente wie beispielsweise das zweite Schaltelement als ein kraft- beziehungsweise reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist oder ein solches kraft- beziehungsweise reibschlüssiges Schaltelement aufweist, mittels welchem beispielsweise eines der Getriebeelemente mit einem weiteren der Getriebeelemente oder mit dem Gehäuse kraft- beziehungsweise reibschlüssig drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, verbunden werden kann. Das reibschlüssige Schaltelement wird auch als reibschlüssige Kupplung bezeichnet und kann beispielsweise als Lamellenkupplung ausgebildet sein. Das formschlüssige Schaltelement wird auch als formschlüssige Kupplung bezeichnet und kann beispielsweise als Klauenkupplung ausgebildet sein. Das formschlüssige Schaltelement ist insbesondere dazu ausgebildet, zwei der Getriebeelemente oder eines der Getriebeelemente und das Gehäuse durch wenigstens einen Formschluss drehfest miteinander zu verbinden, welcher beispielsweise dadurch gebildet wird, dass wenigstens zwei Festkörper sich in wenigstens eine oder beide, um die Getriebeelementdrehachse verlaufende Drehrichtungen gegenseitig überlappen. Dem gegenüber kann das reibschlüssige Schaltelement zwei der Getriebeelemente oder eines der Getriebeelemente und das Gehäuse, insbesondere ausschließlich, durch Reibung beziehungsweise Reibkräfte drehfest verbinden, indem beispielsweise wenigstens zwei Reibpartner drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, beispielsweise ohne jedoch dass sich die Reibpartner um die Getriebeelementdrehachse gegenseitig überlappen.In particular, it is conceivable that at least one of the shifting elements such as the first shifting element is designed as a positive shifting element such as a dog clutch or has a positive shifting element such as a dog clutch. It is also conceivable that at least one of the shifting elements, such as the second shifting element, is designed as a non-positive or frictional shifting element or has such a non-positive or frictional shifting element, by means of which, for example, one of the transmission elements is force-connected to another of the transmission elements or to the housing - Or frictionally torque-transmitting, in particular non-rotatably, can be connected. The frictional shifting element is also referred to as a frictional clutch and can be designed, for example, as a multi-plate clutch. The form-locking shifting element is also referred to as a form-locking clutch and can be designed, for example, as a claw clutch. The positive-locking shifting element is designed in particular to connect two of the transmission elements or one of the transmission elements and the housing to one another in a rotationally fixed manner by at least one form-locking connection, which is formed, for example, by at least two solid bodies mutually rotating in at least one or both directions of rotation running around the axis of rotation of the transmission element overlap. In contrast, the frictional shifting element can connect two of the transmission elements or one of the transmission elements and the housing, in particular exclusively, in a rotationally fixed manner by friction or frictional forces, for example by connecting at least two friction partners to one another in a torque-transmitting manner, for example without the friction partners overlapping one another about the transmission element axis of rotation.
Um auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs darstellen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Antriebsvorrichtung ein auch als Verblockungsschaltelement bezeichnetes, drittes Schaltelement zum Verblocken des Planetengetriebes aufweist. Mit anderen Worten kann das Planetengetriebe mittels des Verblocken des Schaltelements verblockt werden. Hierzu kann beispielsweise mittels des Verblockungsschaltelements das erste Sonnenrad drehfest mit dem ersten Planetenträger verbunden werden. Allgemein ausgedrückt können mittels des Verblockungsschaltelements zwei der Getriebeelemente, die nicht bereits. Insbesondere permanent, drehfest miteinander gekoppelt sind, drehfest miteinander verbunden werden, wodurch das, insbesondere ganze, Planetengetriebe verblockt wird, insbesondere dadurch, dass bei dem Planetengetriebe ohnehin schon wenigstens zwei der Getriebeelemente drehfest miteinander verbunden sind, insbesondere in Form des ersten Sonnenrads und des zweiten Sonnenrads beziehungsweise des ersten Hohlrads und des zweiten Hohlrads.In order to be able to present a particularly advantageous drivability of the motor vehicle in a particularly space-saving manner, it is provided in a further embodiment of the invention that the electric drive device has a third shift, also referred to as a blocking shift element has element for blocking the planetary gear. In other words, the planetary gear can be locked by locking the shifting element. For this purpose, the first sun gear can be connected to the first planet carrier in a rotationally fixed manner, for example by means of the blocking shift element. Generally speaking, by means of the blocking shifting element, two of the transmission elements that are not already. In particular, are permanently, non-rotatably coupled to one another, are non-rotatably connected to one another, as a result of which the, in particular entire, planetary gear is blocked, in particular because at least two of the gear elements in the planetary gear are already non-rotatably connected to one another, in particular in the form of the first sun gear and the second Sun gear or the first ring gear and the second ring gear.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens oder genau eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung aufweist und, insbesondere rein, elektrisch mittels der Antriebsvorrichtung antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to a motor vehicle, preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, which has at least or exactly one electric drive device according to the invention and can be driven, in particular purely electrically, by means of the drive device. Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
Insbesondere können durch die Erfindung die Folgenden Vorteile realisiert werden:
- - geringe Relativdrehzahlen in den offen laufenden Schaltelementen
- - Die Schaltelemente können sehr gut zugänglich sein, insbesondere dann, wenn zumindest eines der Schaltelemente, zumindest zwei der Schaltelemente oder die drei Schaltelemente als halbschlüssige Schaltelemente wie beispielsweise Bremsen ausgebildet sind.
- - guter Verzahnungswirkungsgrad, insbesondere im zweiten Getriebegang
- - Die Drehzahlen der elektrischen Maschine, das heißt des Rotors können bei hoher Geschwindigkeit besonders gering gehalten werden, insbesondere durch eine Mehrgängigkeit des Planetengetriebes, wobei die Mehrgängigkeit durch die wenigstens zwei Getriebegänge realisiert ist
- - low relative speeds in the open-running switching elements
- - The switching elements can be easily accessible, especially when at least one of the switching elements, at least two of the switching elements or the three switching elements are designed as semi-closed switching elements such as brakes.
- - Good gearing efficiency, especially in the second gear
- - The speeds of the electrical machine, ie the rotor can be kept particularly low at high speed, in particular by a multiple gear of the planetary gear, the multiple gear is realized by the at least two gears
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Antriebsvorrichtung; -
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung; und -
3 eine Schalttabelle zur Veranschaulichung von schaltbaren, das heißt einlegbaren und auslegbaren Gängen.
-
1 a schematic representation of a first embodiment of an electric drive device; -
2 a schematic representation of a second embodiment of the drive device; and -
3 a shift table to illustrate shiftable, i.e. insertable and disengageable, gears.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Die Antriebsvorrichtung 10 weist eine elektrische Maschine 12 auf, welche einen Stator 14 und einen Rotor 16 aufweist. Der Rotor 16 ist mittels des Stators 14 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 18 relativ zu dem Stator 14 drehbar. Über den Rotor 16 kann die elektrische Maschine 12 Antriebsdrehmomente zum Antreiben der Räder der Achse bereitstellen, der die elektrische Maschine 12 zugeordnet ist. Die mittels der elektrischen Maschine 12 über deren Rotor 16 antreibbaren Räder werden auch als Antriebsräder bezeichnet. Die Antriebsvorrichtung 10 weist auch ein in
Die Antriebsvorrichtung 10 weist ein Planetengetriebe 22 auf, welches einen ersten Planetenradsatz 24 und zweiten Planetenradsatz 26 umfasst. Vorzugsweise sind die Planetenradsätze 24 und 26 jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als der Hälfte oder aber vollständig, in dem Gehäuse 20 angeordnet. Bei der in
Der zweite Planetenradsatz 26 weist ein zweites Sonnenrad 34, einen zweiten Planetenträger 36 und ein zweiten Hohlrad 38 auf. Das Sonnenrad 34, der Planetenträger 36 und das Hohlrad 38 werden auch als zweite Getriebeelemente des zweiten Planetenradsatzes 26 bezeichnet. Insbesondere dann, wenn das jeweilige, zweite Getriebeelement nicht drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, ist das jeweilige, zweite Getriebeelement um eine zweite Getriebeelementdrehachse relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar. Da bei der ersten Ausführungsform die Planetenradsätze 24, 26 koaxial zueinander angeordnet sind, fallen die Getriebeelementdrehachsen zusammen, und da der Rotor 16 koaxial zu den Planetenradsätzen 24, 26 angeordnet ist, fallen die Getriebeelementdrehachsen mit der Maschinendrehachse 18 zusammen.The second planetary gear set 26 has a
Der Planetenradsatz 24 weist außerdem wenigstens ein oder mehrere, erste Planetenräder 39 auf. Das jeweilige, erste Planetenrad 39 ist drehbar an dem Planetenträger 30 gelagert und kämmt beispielsweise jeweils direkt mit dem Sonnenrad 28 und dem Hohlrad 32. Der Planetenradsatz 26 weist wenigstens ein oder mehrere, zweite Planetenräder 40 auf, wobei das jeweilige, zweite Planetenrad 40 drehbar an dem Planetenträger 36 gelagert ist. Das jeweilige Planetenrad 40 kämmt jeweils direkt und gleichzeitig mit dem Sonnenrad 34 und dem Hohlrad 38.The planetary gear set 24 also has at least one or more first
Die Antriebsvorrichtung 10, insbesondere das Planetengetriebe 22 weist ein erstes Schaltelement S1 und zweites Schaltelement S2 auf, wobei die Schaltelemente S1 und S2 dazu ausgebildet sind, wenigstens oder genau zwei Getriebegänge der Antriebsvorrichtung 10, insbesondere des Planetengetriebes 22 zu schalten. Dies bedeutet, dass mittels der Schaltelemente S1 und S2 die zwei Getriebegänge eingelegt und ausgelegt werden können. Insbesondere unterscheiden sich die Getriebegänge hinsichtlich ihrer jeweiligen Übersetzungen voneinander, insbesondere derart, dass ein erster der Getriebegänge eine erste Übersetzung und der zweite Getriebegang eine zweite Übersetzung aufweist, Insbesondere ist die zweite Übersetzung geringer als die erste Übersetzung.The
Die Antriebsvorrichtung 10 weist außerdem ein Differenzialgetriebe 42 auf, welches beispielsweise als Kegelraddifferenzial ausgebildet sein kann. Das Differenzialgetriebe weist eine Differenzialeingangswelle 44 auf, über welche das jeweilige Antriebsdrehmoment oder ein jeweiliges, aus dem jeweiligen Antriebsdrehmoment resultierendes Drehmoment in das Differenzialgetriebe 42 einleitbar ist. Hierdurch werden die einfach auch als Eingangswelle bezeichnete Differenzialeingangswelle und somit das Differenzialgetriebe 42 angetrieben. Des Weiteren umfasst das Differenzialgetriebe 42 zwei Abtriebswellen 46 und 48, welche von der Eingangswelle antreibbar sind. Hierdurch können die Abtriebswellen 46 und 48 ein jeweiliges, in
Um nun eine besonders verlustarme und kompakte Bauweise der Antriebsvorrichtung 10 realisieren zu können, ist das erste Sonnenrad 28 auch, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 34 verbunden. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass das erste Hohlrad 32, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Hohlrad 38 verbunden ist.In order to be able to realize a particularly low-loss and compact design of the
Mittels des ersten Schaltelements S1 ist der erste Planetenträger 30 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Mittels des zweiten Schaltelements S2 sind das zweite Hohlrad 38 und somit das erste Hohlrad 32 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Des Weiteren ist ein Parksperrenrad 56 einer Parksperre 58 vorgesehen, wobei das Parksperrenrad 56, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Planetenträger 36 und somit mit der Differentialeingangswelle 44 verbunden ist. Hierdurch werden der zweite Planetenträger 36 und die Differentialeingangswelle 44 und über letztere die Abtriebswellen 46 und 48 und somit die Antriebsräder dann, wenn die Parksperre 58 aktiviert ist, wodurch das Parksperrenrad 56 insbesondere formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, gegen eine relativ zu dem Gehäuse 20 erfolgende Rotation gehindert, wodurch das Kraftfahrzeug insbesondere dann gegen ein unerwünschtes Wegrollen gesichert wird, wenn das Kraftfahrzeug an einem Gefälle abgestellt und insbesondere geparkt ist.The first
Bei der ersten Ausführungsform ist oder umfasst das Schaltelement S1 ein formschlüssiges Schaltelement, mittels welchem der Planetenträger 30 in wenigstens eine um die Getriebeelementdrehachse beziehungsweise die Maschinendrehachse 18 verlaufende, erste Drehrichtung und/oder in formschlüssig mit dem Gehäuse 20 verbindbar ist. Es ist denkbar, dass mittels des Schaltelements S1 beziehungsweise mittels des formschlüssigen Schaltelements der Planetenträger 30 auch in eine um die Maschinendrehachse verlaufende und der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar ist. Beispielsweise weist das Schaltelement S1 als das formschlüssige Schaltelement eine Klauenkupplung K auf, mittels welcher der Planetenträger 30 in die erste Drehrichtung formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar ist. Bei der ersten Ausführungsform weist das Schaltelement S1 auch einen Freilauf F auf, welcher beispielsweise eine in die zweite Drehrichtung um die Maschinendrehachse 18 relativ zu dem Gehäuse 20 erfolgende Drehung des Planetenträgers 30 zulässt, insbesondere während der Planetenträger 30 mittels des Schaltelements S1, insbesondere mittels der Klauenkupplung K, in die erste Drehrichtung, insbesondere formschlüssig, drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist. Somit verhindert beispielsweise das Schaltelement S1, insbesondere die Klauenkupplung K, in die erste Drehrichtung um die Maschinendrehachse 18 relativ zu dem Gehäuse 20 erfolgende Drehungen des Planetenträgers 30, insbesondere formschlüssig, und das Schaltelement S1, insbesondere der Freilauf F, lässt um die Maschinendrehachse 18 in die zweite Drehrichtung erfolgende Relativdrehung und zwischen dem Planetenträger 30 und dem Gehäuse 20 zu. Dabei ist vorzugsweise auch der Freilauf F formschlüssig. Die Klauenkupplung K ist nur ein Beispiel für eine formschlüssige Kupplung beziehungsweise für ein formschlüssiges Schaltelement, sodass auch andere, formschlüssige Schaltelemente verwendet werden können.In the first embodiment, shifting element S1 is or comprises a positive-locking shifting element, by means of which
Das zweite Schaltelement S2 kann, insbesondere ebenfalls, ein formschlüssiges Schaltelement sein oder aufweisen, sodass mittels des Schaltelements S2 beispielsweise das Hohlrad 38 formschlüssig drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar ist. Sinnvollerweise ist jedoch das zweite Schaltelement S2 ein reibschlüssiges Schaltelement, da dann zumindest weitgehend eine Lastschaltbarkeit insbesondere mit einer gewissen Zugkraftreduktion, jedoch ohne eine Zugkraftunterbrechung, darstellbar ist, insbesondere bei einem Wechsel oder Umschalten von dem ersten Gang zu dem zweiten Gang und von dem zweiten Gang zu dem ersten Gang.The second shifting element S2 can, in particular also, be or have a positive-locking shifting element, so that by means of the shifting element S2, for example, the
Insbesondere im Hinblick auf eine kinematische Äquivalenz, welche vorliegend als mitumfasst oder mitoffenbart anzusehen ist, kann vorgesehen sein, dass in einem Planetenradsatz wie beispielsweise dem jeweiligen Planetenradsatz 24 beziehungsweise 26 ein Einfachplanetenträger, wie beispielsweise der jeweilige Planetenträger 30 beziehungsweise 36 durch einen Doppelplanetenträger ersetzt werden kann, insbesondere wenn gleichzeitig jeweilige Anbindungen der jeweils beiden anderen Getriebeelemente dieses Planetenradsatzes getauscht werden. In einem Planetenradsatz kann ein insbesondere als Bremsschaltelement ausgebildetes Schaltelement zur Gehäusefestanbindung, das heißt zur drehfesten Verbindung eines der Getriebeelemente mit dem Gehäuse 20 beispielsweise durch eine permanente Gehäusefestanbindung ersetzt werden, insbesondere wenn zugleich eine Festanbindung der beiden jeweiligen anderen Getriebeelemente dieses Planetenradsatzes durch ein Schaltelement ersetzt wird, mittels welchem die jeweils beiden anderen Getriebeelemente drehfest mit dem Gehäuse 20 verbindbar sind.In particular with regard to a kinematic equivalence, which is to be regarded as included or disclosed here, it can be provided that in a planetary gear set, such as the respective planetary gear set 24 or 26, a single planetary carrier, such as the respective
Beispielsweise kann der Freilauf F entfallen, sodass das Schaltelement S1 frei von einem Freilauf ist, wobei das Schaltelement S1 ein formschlüssiges Schaltelement oder ein reibschlüssiges Schaltelement sein kann. Ferner ist es denkbar, dass das Schaltelement S1 nur den Freilauf F aufweist und somit frei von einer beziehungsweise der Klauenkupplung K ist. Demgegenüber sind jedoch bei der in
Um beispielsweise den ersten Getriebegang zu aktivieren, das heißt einzulegen, insbesondere während der zweite Getriebegang deaktiviert, das heißt ausgelegt, ist, ist das erste Schaltelement S1 geschlossen, während das zweite Schaltelement S2 geöffnet ist. Somit ist der Planetenträger 30 mittels des Schaltelements S1 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden, während das Schaltelement S2 um die Maschinendrehachse erfolgende Relativdrehungen zwischen dem Hohlrad 38 und dem Gehäuse 20 zulässt. Um beispielsweise den zweiten Getriebegang einzulegen, während der erste Getriebegang ausgelegt ist, ist das zweite Schaltelement S2 geschlossen, während das erste Schaltelement S1 geöffnet ist, sodass mittels des Schaltelements S2 die Hohlräder 32 und 38 drehfest mit dem Gehäuse 20 verbunden sind, während das Schaltelement S1 und die Maschinendrehachse 18 erfolgende Relativdrehungen zwischen dem Planetenträger 30 und dem Gehäuse 20 zulässt. Das Schaltelement S2 ist bei der in
Ein großer Vorteil der in
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- Antriebsvorrichtungdrive device
- 1212
- elektrische Maschineelectric machine
- 1414
- Statorstator
- 1616
- Rotorrotor
- 1818
- Maschinendrehachsemachine axis of rotation
- 2020
- GehäuseHousing
- 2222
- Planetengetriebeplanetary gear
- 2424
- erster Planetenradsatzfirst planetary gear set
- 2626
- zweiter Planetenradsatzsecond planetary gear set
- 2828
- erstes Hohlradfirst ring gear
- 3030
- erster Planetenträgerfirst planet carrier
- 3232
- erstes Hohlradfirst ring gear
- 3434
- zweites Sonnenradsecond sun wheel
- 3636
- zweiter Planetenträgersecond planet carrier
- 3838
- zweites Hohlradsecond ring gear
- 3939
- Planetenradplanet wheel
- 4040
- Planetenradplanet wheel
- 4242
- Differentialgetriebedifferential gear
- 4444
- Differentialeingangswelledifferential input shaft
- 4646
- Abtriebswelleoutput shaft
- 4848
- Abtriebswelleoutput shaft
- 5050
- PfeilArrow
- 5252
- Ausgleichsradbalance wheel
- 5454
- Abtriebsradoutput gear
- 5656
- Parksperrenradparking lock wheel
- 5858
- Parksperreparking lock
- Ff
- Freilauffreewheel
- KK
- Klauenkupplungclaw clutch
- S1S1
- erstes Schaltelementfirst switching element
- S2S2
- zweites Schaltelementsecond switching element
- S3S3
- drittes Schaltelementthird switching element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102013225519 A1 [0002]DE 102013225519 A1 [0002]
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021005017A1 true DE102021005017A1 (en) | 2023-04-13 |
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Citations (2)
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DE102013225519A1 (en) | 2013-12-11 | 2015-06-11 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Planetary gear and drive unit, especially for electric vehicles |
WO2018102498A1 (en) | 2016-11-30 | 2018-06-07 | Dana Limited | Electric axle transmission for electric and hybrid electric vehicles |
-
2021
- 2021-10-07 DE DE102021005017.7A patent/DE102021005017A1/en active Pending
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Legal Events
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