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Einsatzbereich
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Diese Erfindung betrifft eine Antriebsgruppe für ein Kraftfahrzeug.
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Die Antriebsgruppe, um die es geht, ist dazu bestimmt, in Kraftfahrzeugen und insbesondere Fahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb zum Vorteil eingesetzt zu werden. Zum Beispiel kann die genannte Erfindung in Fahrzeugen wie Automobilen, Geländewagen, Fahrzeugen für den Güterkraftverkehr (wie Lastwagen, Lastzügen) usw. eingesetzt werden.
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Die betreffende Antriebsgruppe ist vorteilhafterweise in der Lage, ein von dem elektrischen Antriebsmotor übertragenes Eingangsdrehmoment in ein an das Differential des Fahrzeugs entsprechend bestimmten Umwandlungsverhältnissen, die normalerweise die Antriebsgeschwindigkeit verringern und das erzeugte Drehmoment vervielfachen, zu übertragendes Ausgangsdrehmoment zu verwandeln.
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Die Erfindung ist daher im Bereich der Kraftfahrzeugproduktion anzusiedeln und insbesondere im Bereich der Automobilindustrie.
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Stand der Technik
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Bereits seit geraumer Zeit finden Fahrzeuge mit Elektro- oder Hybridantrieb Verbreitung auf dem Markt, bei denen die Fortbewegung des Fahrzeugs vollständig oder teilweise von einem elektrischen Antriebsmotor gesteuert wird.
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Im Allgemeinen ist die Abtriebswelle des elektrischen Antriebsmotors mittels einer Antriebsgruppe mit einem an die Antriebsräder des Fahrzeugs angeschlossenen Differential verbunden, um die von dem elektrischen Antriebsmotor erzeugte Antriebsleistung an diese Räder zu übertragen.
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Genauer gesagt, ist die Antriebsgruppe im Eingang mittels einer eigenen Hauptwelle mit der Abtriebswelle des elektrischen Antriebsmotors und im Ausgang über eine eigene Nebenwelle mit dem Differential verbunden.
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Die Antriebsgruppe ist in der Lage, das von dem elektrischen Antriebsmotor übertragene Antriebsdrehmoment in ein entsprechend eines bestimmten Umwandlungsverhältnisses an das Differential zu übertragendes Ausgangsdrehmoment zu verwandeln. Normalerweise handelt es sich bei dem Übersetzungsverhältnis um eine Untersetzung, so dass die Nebenwelle im Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit und dem Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors eine geringere Geschwindigkeit aufweist und im Verhältnis zum elektrischen Antriebsmotor ein größeres Drehmoment erzeugt.
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Üblicherweise weisen Elektrofahrzeuge Antriebsgruppen mit einem Gang auf, und sind daher in der Lage, nur ein Übersetzungsverhältnis zwischen elektrischem Antriebsmotor und Differential festzulegen. Diese Antriebsgruppen mit nur einem Gang sind jedoch bei den unterschiedlichen Fahr- und Drehzahlbedingungen des Fahrzeugs nicht in der Lage, ein angemessenes Drehmoment an die Antriebsräder zu übertragen und gleichzeitig einen angemessenen Betrieb des elektrischen Antriebsmotors zu garantieren.
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Um diesem Problem wenigstens teilweise abzuhelfen, wurden auf dem Markt Elektrofahrzeuge mit Antriebsgruppen mit zwei wahlweise einzulegenden Gängen eingeführt, um das Übersetzungsverhältnis zwischen elektrischem Antriebsmotor und Differential abhängig von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs zu variieren.
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Diese letzteren Antriebsgruppen bekannten Typs mit zwei Gängen umfassen eine oder zwei Kupplungen, die geeignet sind, das Verhältnis des ersten Gangs zu entkuppeln und das Verhältnis des zweiten Gangs kontinuierlich einzukuppeln und umgekehrt.
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Einige Beispiele von mit mehrgängigen Antriebsgruppen des oben behandelten Typs ausgestatteten Elektro- oder Hybridfahrzeugen sind in den Patenten
WO 2008/092353 und
US 6,740,002 beschrieben.
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Der Einsatz von Antriebsgruppen mit Kupplungen zum Ein- und Ausrücken der Gänge hat sich dennoch in der Praxis nicht als frei von Problemen erweisen.
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Insbesondere macht der Einsatz einer oder mehrerer Kupplungen die Antriebsgruppe baulich komplex und kostenaufwendig sowie relativ platzraubend und schwer.
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Außerdem sind die Kupplungen Verschleiß ausgesetzt, da sie Wartungseingriffe erfordern, um die korrekte Funktionsweise des Fahrzeugs zu garantieren.
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Präsentation der Erfindung
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In dieser Situation liegt daher das dieser Erfindung zugrunde liegende Problem darin, die von den oben genannten Lösungen bekannten Typs gezeigten Schwierigkeiten zu beseitigen und eine Antriebsgruppe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, die sowohl von einfacher Bauart als auch wirtschaftlich herzustellen ist.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Antriebsgruppe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, die einen vollkommen zuverlässigen Einsatz garantiert.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Antriebsgruppe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, die auf wirksame Art und Weise auf einer breiten Auswahl an Fahrzeugen Einsatz finden kann.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Antriebsgruppe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, deren Gewicht und Abmessungen gering sind.
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Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Antriebsgruppe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, die einen vollkommen zuverlässigen Einsatz garantiert und insbesondere in der Lage ist, eine automatisierte Schaltart zu gestatten, bei der die Unterbrechung des Antriebsdrehmoments nicht wahrgenommen wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die technischen Charakteristika der Erfindung sind nach den oben ausgeführten Zielen klar aus dem Inhalt der unten aufgeführten Patentansprüche erkennbar und die Vorteile derselben werden aus der detaillierten Beschreibung im Anschluss noch deutlicher hervorgehen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in der Anlage erfolgt, die ein bloßes und nicht einschränkendes Beispiel der Maschine darstellen, bei dem:
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1 eine perspektivische Ansicht der Antriebsgruppe, die Gegenstand dieser Erfindung ist, zeigt;
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2 eine in 1 dargestellte Antriebsgruppe, bei der das Schutzgehäuse entfernt wurde, um die inneren Bauteile der Antriebsgruppe besser hervorzuheben, zeigt;
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3 eine weitere perspektivische Ansicht der in 2 abgebildeten Antriebsgruppe zeigt;
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4 eine seitliche Ansicht der in 2 abgebildeten Antriebsgruppe zeigt;
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5 ein Einzelteil der betreffenden Antriebsgruppe in Bezug auf eine Hauptwelle, eine Nebenwelle und die entsprechenden Übertragungselemente zeigt;
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6 eine perspektivische Ansicht der in 5 abgebildeten Nebenwelle der Antriebsgruppe zeigt;
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7 eine seitliche Ansicht der in 6 abgebildeten Nebenwelle zeigt;
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8 ein Einzelteil der betreffenden Antriebsgruppe in Bezug auf einen drehbaren Nocken der Übertragungselemente zeigt.
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Detaillierte Beschreibung eines Beispiels der bevorzugten Auslegung
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Mit Bezug auf die Zeichnungen in der Anlage wurde eine Antriebsgruppe für ein Kraftfahrzeug, die Gegenstand dieser Erfindung ist, in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet.
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Mit dem Begriff Fahrzeug soll im Anschluss ein beliebiges mit Rädern ausgestattetes Fahrzeug bezeichnet werden, das in der Lage ist, sich auf der Straße für den Transport von Personen oder Sachen fortzubewegen, wie ein Lieferwagen, ein Lastwagen oder ähnliche Fahrzeuge.
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Insbesondere die Antriebsgruppe 1, um die es geht, ist dazu bestimmt, in Kraftfahrzeugen und insbesondere Fahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb zum Vorteil eingesetzt zu werden.
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Die betreffende Antriebsgruppe 1 ist vorteilhafterweise geeignet, ein von einem elektrischen Antriebsmotor übertragenes Antriebsdrehmoment in ein nach bestimmten Übersetzungsverhältnissen und insbesondere Untersetzungsverhältnissen an ein Differential des Fahrzeugs zu übertragendes Ausgangsdrehmoment zu verwandeln.
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Mit Bezug auf die in den Figuren in der Anlage dargestellte Ausführungsform umfasst die Antriebsgruppe 1 vorteilhafterweise ein Schutzgehäuse 2, das vorzugsweise aus mehreren zum Beispiel mit Verbindungsschrauben 3 aneinander befestigten Metallschalen 2’ erzielt wird.
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Die Antriebsgruppe 1 nach dieser Erfindung umfasst einen elektrischen, vorteilhafterweise mit einer angetriebenen Welle (nicht in den Figuren in der Anlage abgebildet) versehenen Antriebsmotor 4, über die das Antriebsdrehmoment zum Bewegen des Fahrzeugs übertragen wird.
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Insbesondere handelt es sich bei dem elektrischen Antriebsmotor 4 um den Typ mit Wechselstrom, der vorzugsweise am Schutzgehäuse 2 der Antriebsgruppe 1 angebracht ist.
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Mit Bezug auf die 2–4 umfasst die Antriebsgruppe 1 außerdem eine mit dem elektrischen Antriebsmotor 4 verbundene Hauptwelle 5, um von Letzterem angetrieben zu werden und zum Beispiel bei einer Drehgeschwindigkeit von ca. 12.000 Umd/Minute zu drehen.
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Insbesondere verläuft die Hauptwelle 5 entlang einer ersten eigenen X-Achse und ist vorteilhafterweise an die angetriebene Welle des elektrischen Antriebsmotors 4 angeschlossen, um um eine erste X-Achse desselben in Drehung versetzt zu werden und das oben genannte Antriebsdrehmoment zu erhalten.
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Vorteilhafterweise ist die Hauptwelle 5 im Inneren des Schutzgehäuses 2 angeordnet und wird drehbar von diesem gelagert, insbesondere mit Hilfe erster Lager 6.
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Die Antriebsgruppe 1 umfasst mindestens eine Nebenwelle 7, die dazu bestimmt ist, mit einem mechanisch mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbundenes Differential 8 verbunden zu werden, und geeignet ist, ein bestimmtes Ausgangsdrehmoment an das Differential 8 zu übertragen, um die Antriebsräder anzutreiben.
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Die betreffende Antriebsgruppe 1 umfasst darüber hinaus Übertragungselemente 9 als Verbindung zwischen der Hauptwelle 5 und der Nebenwelle 7, um die Drehbewegung von der Hauptwelle an die Nebenwelle mit einem ausgewählten Übersetzungsverhältnis zu übertragen und so das Antriebsdrehmoment (von dem elektrischen Antriebsmotor 4 an die Hauptwelle 5) in das von der Nebenwelle 7 an das Differential 8 übertragene Ausgangsdrehmoment umzuwandeln.
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Insbesondere ist das oben genannte Übersetzungsverhältnis zwischen Hauptwelle 5 und Nebenwelle 7 ein Untersetzungsverhältnis, so dass im Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit und dem Antriebsdrehmoment, die vom elektrischen Antriebsmotor 4 auf der Hauptwelle 5 erzeugt werden, die Nebenwelle 7 jeweils eine geringere Drehgeschwindigkeit aufweist und im Vergleich zum elektrischen Antriebsmotor 4 ein höheres Ausgangsdrehmoment erzeugt.
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Im Einklang mit der in den Figuren in der Anlage dargestellten Ausführungsform sind die Hauptwelle 5, die Nebenwelle 7, die Übertragungselemente 9 (und vorzugsweise das Differential) im Inneren des Schutzgehäuses 2 der Antriebsgruppe 1 untergebracht.
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Vorteilhafterweise verläuft die Nebenwelle 7 entlang einer eigenen zweiten Y-Achse vorzugsweise parallel zur ersten X-Achse der Hautwelle 5.
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Die Nebenwelle 7 ist in der Lage, um ihre eigene zweite Y-Achse von den Übertragungselementen 9 in Drehung versetzt zu werden, die ihrerseits von der Hauptwelle 5 angetrieben werden.
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Vorteilhafterweise ist die Nebenwelle 7 im Inneren des Schutzgehäuses 2 angeordnet und wird drehbar von diesem gelagert, insbesondere mit Hilfe zweiter Lager 10.
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Vorzugsweise ist die Nebenwelle 7 dazu bestimmt, mit dem Differential 8 mit Hilfe eines Getriebes 11 verbunden zu werden, das zum Beispiel ein koaxial an der Nebenwelle 7 angebrachtes Antriebsritzel 12 und ein Antriebszahnrad 13 des Differentials 8 umfasst, das sich mit dem genannten Antriebsritzel 12 im Eingriff befindet.
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Nach dieser Erfindung umfassen die Übertragungselemente 9 zwischen Hauptwelle 5 und Nebenwelle 7 ein erstes Übertragungsorgan 14, das im Leerlauf auf der Nebenwelle 7 montiert und mechanisch mit der Hauptwelle 5 verbunden ist, um die Bewegung der Nebenwelle 7 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis R1 zu übertragen, das zum Beispiel einem ersten Vorwärtsgang des Fahrzeugs entspricht.
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Außerdem umfassen die Übertragungselemente 9 ein zweites Übertragungsorgan 15, das im Leerlauf auf der Nebenwelle 7 montiert und mechanisch mit der Hauptwelle 5 verbunden ist, um die Bewegung der Nebenwelle 7 mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis R2 zu übertragen, das zum Beispiel einem zweiten Vorwärtsgang des Fahrzeugs entspricht.
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Insbesondere ist das erste Übertragungsorgan 14 mit Bezug auf die 6 und 7 mit einer ersten Eingriffsfläche 16 versehen, die vorzugsweise erste Eingriffszähne 17 aufweist, und das zweite Übertragungsorgan 15 ist mit einer zweiten Eingriffsfläche 18 ausgestattet, die vorzugsweise zweite Eingriffszähne 19 aufweist.
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Vorteilhafterweise ist die Antriebsgruppe 1 mit mehreren Nebenwellen 7 ausgestattet, von denen jede über ein entsprechendes erstes und zweites Übertragungsorgan 14 und 15 verfügt, um mehr als zwei Vorwärtsgänge für das Fahrzeug zur Verfügung zu stellen. Im Einklang mit der in den Figuren in der Anlage dargestellten Ausführungsform ist die Antriebsgruppe 1 mit zwei Nebenwellen 7 ausgestattet, auf denen jeweils zwei entsprechende Übertragungsorgane 14, 15 mit entsprechenden Übersetzungsverhältnissen montiert sind.
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Zum Beispiel ist eine der Nebenwellen 7 geeignet, das Fahrzeug mit einem ersten Gang und einem zweiten Gang fortzubewegen und die andere der Nebenwellen 7 ist geeignet, das Fahrzeug mit einem dritten Gang und vierten Ganz fortzubewegen.
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Nach dieser Erfindung umfassen die Übertragungselemente 9 außerdem ein Kupplungsorgan 20 vorzugsweise mit vorderen Zähnen, das gleitend auf der Nebenwelle 7 montiert und drehbar fest mit Letzterer verbunden ist, so dass das Kupplungsorgan 20 zwangsweise gemeinsam mit der Nebenwelle 7 dreht und gleichzeitig an dieser entlang gleiten kann.
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Die Übertragungselemente 9 umfassen mechanisch mit dem Kupplungsorgan 20 verbundene Bewegungselemente 21, die geeignet sind, dieses entlang der Nebenwelle 7 zwischen einer ersten Kupplungsposition und einer zweiten Kupplungsposition gleiten zu lassen. Genauer gesagt, befindet sich in der ersten Kupplungsposition das Kupplungsorgan 20 mechanisch mit der ersten Eingriffsfläche 16 des ersten Übertragungsorgans 14 im Eingriff, um die Bewegung von der Hauptwelle 5 an die Nebenwelle 7 mit dem oben genannten ersten Übersetzungsverhältnis R1 zu übertragen (zum Beispiel um das Fahrzeug im ersten Gang fortzubewegen). In der zweiten Kupplungsposition befindet sich das Kupplungsorgan 20 mechanisch mit der zweiten Eingriffsfläche 18 des zweiten Übertragungsorgans 15 im Eingriff, um die Bewegung von der Hauptwelle 5 an die Nebenwelle 7 mit dem oben genannten zweiten Übersetzungsverhältnis R2 zu übertragen (zum Beispiel um das Fahrzeug im zweiten Gang fortzubewegen).
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Vorteilhafterweise umfasst mit Bezug auf die in den Figuren in der Anlage dargestellte Ausführungsform das erste Übertragungsorgan 14 ein erstes Zahnrad 14’ und das zweite Übertragungsorgan 15 umfasst ein zweites Zahnrad 15’, wobei dieses erste und zweite Zahnrad 14’, 15’ im Leerlauf auf der Nebenwelle 7 koaxial zur zweiten Y-Achse der Letzteren montiert sind, insbesondere mittels dritter und vierter Lager.
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Vorzugsweise umfassen die Übertragungselemente 9 ein erstes, koaxial an der Hauptwelle 5 befestigtes und mit dem ersten Zahnrad 14' im Eingriff stehendes Ritzel 42, um mit diesem ein erstes Getriebe mit dem oben genannten ersten Übersetzungsverhältnis R1 zu bilden.
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Außerdem umfassen die Übertragungselemente 9 ein zweites, koaxial an der Hauptwelle 5 befestigtes und mit dem zweiten Zahnrad 15' im Eingriff stehendes Ritzel 43, um mit diesem ein zweites Getriebe mit dem oben genannten zweiten Übersetzungsverhältnis R2 zu bilden.
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In den Figuren in der Anlage sind zur einfacheren Darstellung die Zahnräder und die Ritzel ohne die entsprechenden Radialverzahnungen abgebildet.
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Vorteilhafterweise ist das Kupplungsorgan 20 mit Bezug auf die in den Figuren in der Anlage dargestellte Ausführungsform zwischen der ersten Eingriffsfläche 16 des ersten Übertragungsorgans 14 und der zweiten Eingriffsfläche 18 des zweiten Übertragungsorgans 15 angeordnet und kann von Bewegungselementen 21 so betätigt werden, dass es sich in entgegengesetzten Richtungen entlang der Nebenwelle 7 verschiebt, um sich mit dem einem oder anderen der Übertragungsorgane 14, 15 im Eingriff zu befinden.
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Vorzugsweise ist das Kupplungsorgan 20 mit einer ersten, mit ersten Kupplungszähnen 23 ausgestatteten Kupplungsfläche 22 ausgestattet, die in der Lage sind, in die ersten Eingriffszähne 17 des ersten Übertragungsorgans 14 einzugreifen, wenn das Kupplungsorgan 20 sich in der ersten Kupplungsposition befindet, so dass das Kupplungsorgan 20 (das drehbar mit der Nebenwelle 7 verbunden ist) das erste Übertragungsorgan 14 an der Nebenwelle 7 hält und die Bewegungsübertragung von der Hauptwelle 5 an die Nebenwelle 7 mit dem oben genannten ersten Übersetzungsverhältnis R1 gestattet.
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Außerdem ist das Kupplungsorgan 20 mit einer zweiten, mit zweiten Kupplungszähnen 25 ausgestatteten Kupplungsfläche 24 ausgestattet, die in der Lage sind, in die zweiten Eingriffszähne 19 des zweiten Übertragungsorgans 15 einzugreifen, wenn das Kupplungsorgan 20 sich in seiner zweiten Kupplungsposition befindet, so dass das Kupplungsorgan 20 das zweite Übertragungsorgan 15 an der Nebenwelle 7 hält und die Bewegungsübertragung von der Hauptwelle 5 an die Nebenwelle 7 mit dem oben genannten zweiten Übersetzungsverhältnis R2 gestattet.
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Vorteilhafterweise ist das Kupplungsorgan 20 im Wesentlichen ringförmig und ist mit einem durchgehenden Kanal ausgestattet, der zwischen der ersten Kupplungsfläche 22 und der zweiten Kupplungsfläche 24 des Kupplungsorgans 20 verläuft. In dem durchgehenden Kanal ist die Nebenwelle 7 gleitend eingefügt, so dass diese das Kupplungsorgan 20 lagert und damit die Verschiebung entlang der Nebenwelle 7 desselben gestattet.
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Vorzugsweise ist das Kupplungsorgan 20 mit drehgesicherten Vorrichtungen ausgestattet, die geeignet sind, das Kupplungsorgan 20 zwangsweise zusammen mit der Nebenwelle 7 zum Drehen zu bringen und so gleichzeitig das Gleiten des Kupplungsorgans entlang der Nebenwelle 7 zu gestatten. Zum Beispiel umfassen diese drehgesicherten Vorrichtungen einen oder mehrere radiale, am Kupplungsorgan (insbesondere in einem Stück) befestigte Stifte, die vorstehend in dem durchgehenden Kanal des Letzteren verlaufen und gleitend in die entsprechenden Längsnuten auf der Nebenwelle 7 und parallel zur zweiten Y-Achse derselben eingesetzt sind.
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Insbesondere ist das Kupplungsorgan 20 mit einer inneren Umfangsfläche, die den durchgehenden Kanal begrenzt, in den die Nebenwelle 7 eingesetzt ist und mit einer äußeren Umfangsfläche 44, die sich vorzugsweise mit den Bewegungselementen 21 im Eingriff befindet, ausgestattet, um das Kupplungsorgan 20 entlang der Nebenwelle 7 zu verschieben, wie im Anschluss im Einzelnen beschrieben wird.
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Vorteilhafterweise umfassen die Bewegungselemente 21 einen drehbaren Nocken 26 und einen Nockenstößel 27, der sich mit dem drehbaren Nocken 26 im Eingriff befindet, mit dem Kupplungsorgan 20 verbunden ist und von dem drehbaren Nocken 26 betätigt werden kann, um das Kupplungsorgan 20 zwischen der ersten Kupplungsposition und der zweiten Kupplungsposition zu verschieben.
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Insbesondere kann der drehbare Nocken 26 um eine Drehachse Z parallel zu der ersten X-Achse der Hauptwelle 5 in Drehung versetzt werden und ist vorzugsweise im Inneren des Schutzgehäuses 2 angeordnet und drehbar von diesem gelagert, zum Beispiel durch fünfte Lager 28.
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Vorteilhafterweise umfasst der drehbare Nocken 26 mit Bezug auf die 8 eine Drehtrommel 26' mit mit der Drehachse Z des drehbaren Nockens 26 ausgerichteter Längsachse und weist vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Form auf.
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Genauer gesagt ist die Drehtrommel 26' mit einer Außenfläche 29 ausgestattet, die um die Drehachse Z verläuft und auf der sich mindestens eine profilierte Bahn 30 befindet, mit der der Nockenstößel 27 sich gleitend im Eingriff befindet.
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Vorzugsweise verläuft die profilierte Bahn 30 einem geschlossenen Kreis mit einem veränderlichen Verlauf entlang der Drehachse Z folgend um die Drehachse Z, so dass im Anschluss an die Drehung der Drehtrommel 26' der Nockenstößel 27 entlang der zweiten Y-Achse der Nebenwelle 7 verschoben wird (parallel zur Drehachse Z), um das Kupplungsorgan 20 entlang der Nebenwelle 7 zwischen der ersten und der zweiten Kupplungsposition zu verschieben.
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In Einklang mit der in den Figuren in der Anlage dargestellten Ausführungsform wird die profilierte Bahn durch eine auf der Außenfläche 29 der Drehtrommel 26' angebrachte Nut erzielt.
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Vorteilhafterweise kann der Nockenstößel 27 der Bewegungselemente 21 entlang einer Verschiebungsrichtung W parallel zur zweiten Y-Achse der Nebenwelle 7 bewegt werden und wird vorzugsweise gleitend von dem Schutzgehäuse 2 gelagert.
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Insbesondere umfasst die Antriebsgruppe 1 mit Bezug auf die 6 und 7 eine zur Nebenwelle 7 parallele Trägerstange 31, auf der der Nockenstößel 27 gleitend montiert ist.
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Genauer gesagt ist die Trägerstange 31 vorzugsweise parallel zur Verschiebungsrichtung W des Nockenstößels 27 angeordnet und vorzugsweise im Inneren des Schutzgehäuses 2 befestigt.
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Entsprechend umfasst der Nockenstößel 27 mit Bezug auf die 5–7 einen gleitend auf der Trägerstange 31 montierten und vorzugsweise mit einem Verbindungskanal, in den die Trägerstange 31 eingesetzt ist, ausgestatteten Trägerabschnitt 32.
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Vorteilhafterweise umfasst der Nockenstößel 27 eine gleitend in die profilierte Bahn 30 der Drehtrommel 26' des drehbaren Nockens 26 eingesetzte Gleitbacke 33, die in der Lage ist, im Inneren dieser profilierten Bahn 30 im Anschluss an die Drehung der Drehtrommel 26' zu gleiten.
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Vorzugsweise ist die Gleitbacke 33 des Nockenstößels 27 an dem Trägerabschnitt 32 des Letzteren befestigt und verläuft vorstehend zur Außenseite dieses Trägerabschnitts 32, insbesondere in radialer Richtung im Verhältnis zur Gleitrichtung W des Nockenstößels 27.
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Entsprechend umfasst die Gleitbacke 33 des Nockenstößels 27 einen länglichen Körper 33', der vorzugsweise in einem Stück an dem Trägerabschnitt 32 befestigt und mit einem seiner freien Enden in die profilierte Bahn 30 der Drehtrommel 26' des drehbaren Nockens 26 eingesetzt ist.
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Vorteilhafterweise ist der Nockenstößel 27 mechanisch mit dem Kupplungsorgan 20 in der Verschiebungsrichtung W (parallel zur Nebenwelle 7) des Nockenstößels 27 verbunden, so dass er das Verschieben des Kupplungsorgans 20 entlang der Nebenwelle 7 zwischen der ersten und der zweiten Kupplungsposition bewirken kann.
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Außerdem ist das Kupplungsorgan 20 drehbar im Leerlauf mit dem Nockenstößel 27 so verbunden, dass das Kupplungsorgan 20 zusammen mit der Nebenwelle 7 drehen kann, ohne in seiner Drehbewegung von dem Nockenstößel 27 behindert zu werden.
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Zu diesem Zweck ist das Kupplungsorgan 20 vorteilhafterweise mit einer ringförmigen Nut 34 ausgestattet, die um die zweite Y-Achse der Nebenwelle 7 verläuft, und der Nockenstößel 27 ist mit einem Eingriffsabschnitt 35 ausgestattet, der in diese ringförmige Nut 34 eingesetzt ist und die Drehung des Kupplungsorgans 20 im Verhältnis zum Nockenstößel 27 gestattet.
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Insbesondere befindet sich die ringförmige Nut 34 des Kupplungsorgans 20 auf der äußeren Umfangsfläche 44 des Letzteren und wird von zwei Seitenteilen 36 begrenzt, zwischen denen der Eingriffsabschnitt 35 des Nockenstößels 27 eingesetzt ist.
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Entsprechend ist der Eingriffsabschnitt 35 des Nockenstößels 27 mit Bezug auf die Figuren in der Anlage vorzugsweise in einem Stück an dem Trägerabschnitt 32 des Nockenstößels 27 befestigt und verläuft insbesondere vorspringend zur Außenseite dieses Trägerabschnitts 32.
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Vorteilhafterweise ist der Eingriffsabschnitt 35 des Nockenstößels im Wesentlichen gabelförmig und mit zwei Armen 37 ausgestattet, zwischen denen das Kupplungsorgan 20 im Leerlauf angeordnet ist.
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Insbesondere sind die Arme 27 des Eingriffsabschnitts 35 in das Innere der ringförmigen Nut 34 des Kupplungsorgans 20 zwischen den beiden Seitenteilen 36 eingesetzt, die die ringförmige Nut 34 begrenzen.
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Genauer gesagt definieren die Arme 37 des Eingriffsabschnitts 35 zwischen sich einen gebogenen Rand, insbesondere in Form eines Kreisbogens, des Eingriffsabschnitts 35, und dieser gebogene Rand ist im Inneren der ringförmigen Nut 34 des Kupplungsorgans 20 angeordnet und verläuft um einen Teil der äußeren Umfangsfläche 44 des Kupplungsorgans 20.
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Mit Bezug auf die in den Figuren in der Anlage dargestellte Ausführungsform, bei der die Antriebsgruppe 1 mehrere Nebenwellen 7 (zum Beispiel zwei) umfasst, ist die Drehtrommel 26' des drehbaren Nockens 26 mit mehreren entsprechenden profilierten Bahnen 30 ausgestattet und die Bewegungselemente 21 umfassen mehrere entsprechende Nockenstößel 27, von denen sich jeder mit der entsprechenden profilierten Bahn 30 im Eingriff befindet und mechanisch mit dem Kupplungsorgan 20 der entsprechenden Nebenwelle 7 verbunden ist
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Vorteilhafterweise umfassen die Bewegungselemente 21 einen elektrischen Stellantrieb 38, vorzugsweise mit Gleichstrom, der mechanisch mit dem drehbaren Nocken 26 verbunden ist und betätigt werden kann, um Letzteren um seine Drehachse Z in Drehung zu versetzen, so den Nockenstößel 27 zu betätigen und das Kupplungsorgan 20 zu verschieben.
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Insbesondere ist der elektrische Stellantrieb im Inneren des Schutzgehäuses angeordnet und wird vorzugsweise von diesem gelagert.
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Vorteilhafterweise umfasst der elektrische Stellantrieb 38 eine Abtriebswelle 39, die um eine eigene (mit der Abtriebswelle 39 gefluchtete und zu dieser parallele) Umdrehungsachse K in Drehung versetzt werden kann und mechanisch mit dem drehbaren Nocken 26 verbunden ist, um diesen in Drehung zu versetzen.
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Genauer gesagt ist die Abtriebswelle 39 des elektrischen Stellantriebs vorzugsweise parallel zur Hauptwelle 5 und zur Nebenwelle 7 angeordnet und insbesondere parallel zur Drehachse Z des drehbaren Nockens 26.
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Entsprechend umfasst der elektrische Stellantrieb 38 einen Schutzkörper 40, aus dem vorstehend ein Kupplungsabschnitt der Abtriebswelle 39 austritt.
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Vorteilhafterweise umfassen die Bewegungselemente 21 eine kinematische Kette 41 als Verbindung zwischen der Abtriebswelle 39 des elektrischen Stellantriebs 38 und dem drehbaren Nocken 26, um die Umdrehungsbewegung der Abtriebswelle 39 an den drehbaren Nocken 26 zu übertragen.
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Vorzugsweise umfasst die oben genannte kinematische Kette 41 eine Reihe von zylindrischen Zahnrädern mit zur Umdrehungsachse K der Abtriebswelle 39 des elektrischen Stellantriebs 38 parallelen Achsen, die insbesondere ein erstes, vorzugsweises gezahntes Verbindungsrad 41' umfassen, das in den Kupplungsabschnitt der Abtriebswelle 39 des elektrischen Stellantriebs 38 eingreift, und ein letztes, koaxial an der Drehtrommel 26' des drehbaren Nockens befestigtes Verbindungsrad 41''.
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Vorteilhafterweise umfasst der elektrische Stellantrieb 38 ein zum Beispiel aus einer Platine bestehendes Steuermodul, das zur Steuerung der Aktivierung des elektrischen Stellantriebs 38 und damit der Verschiebung des Kupplungsorgans 20 programmiert ist, um abhängig von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs den gewünschten Vorwärtsgang desselben einzulegen.
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Insbesondere ist das Steuermodul des elektrischen Stellantriebs 38 auf dem Schutzkörper 40 des elektrischen Stellantriebs 38 angeordnet und zum Beispiel an diesem Schutzkörper 40 befestigt.
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In Einklang mit einer anderen Ausführungsform ist das Steuermodul des elektrischen Stellantriebs 38 in das Steuergerät des Fahrzeugs integriert.
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Vorteilhafterweise umfasst die betreffende Antriebsgruppe 1 ein für die Steuerung seines Betriebs operativ mit dem elektrischen Antriebsmotor 4 und vorzugsweise mit dem Steuermodul des elektrischen Stellantriebs 38 verbundenes Steuergerät, um den Betrieb desselben zu überwachen.
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Das Steuergerät umfasst zum Beispiel einen elektronischen Verarbeitungsprozessor und ist zum Beispiel im Inneren eines Steuergeräts zur Regelung der Antriebsfunktionen des Fahrzeugs untergebracht.
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Das Steuergerät ist so angeordnet, dass es, wenn das Kupplungsorgan 20 sich in der ersten Kupplungsposition oder in der zweiten Kupplungsposition befindet, den elektrischen Antriebsmotor 4 so steuert, dass dieser ein im Wesentlichen bei null liegendes Antriebsdrehmoment bei einer bestimmten ersten Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle 5 an die Hauptwelle 5 überträgt.
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Auf diese Weise liegt auch das Drehmoment, das die Hauptwelle 5 über die Übertragungselemente 9 an die Nebenwelle 7 überträgt, im Wesentlichen bei null.
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Unter diesen Bedingungen unterliegt die Nebenwelle 7 einem Restdrehmoment, das sich im Wesentlichen aus der Straßenlast ergibt und daher einen sehr niedrigen Wert aufweist.
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Folglich ist das Restdrehmoment unter diesen Bedingungen sehr niedrig und die zwischen den Flächen der ersten Eingriffszähne 17 des ersten Übertragungsorgans 14 und den ersten Eingriffszähnen 23 des Kupplungsorgans 20 wirkenden Reibungskräfte (sollte Letzteres sich in der ersten Kupplungsposition befinden) bzw. die zwischen den Flächen der zweiten Eingriffszähne 19 des zweiten Übertragungsorgans 15 und den zweiten Eingriffszähnen des Kupplungsorgans 20 wirkenden Reibungskräfte (sollte Letztes sich in der zweiten Kupplungsposition befinden) sind unbedeutend. Daher ist der drehbare Nocken 26 im Anschluss an die Aktivierung des elektrischen Stellantriebs 38 in der Lage, den Nockenstößel 27 so zu steuern, dass dieser auf das Kupplungsorgan 20 eine so starke Translationskraft (parallel zur zweiten Y-Achse der Nebenwelle 7) ausübt, dass die genannten Reibungskräfte überwunden werden und das Kupplungsorgan 20 vom Übertragungsorgan 14, 15 lösen.
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Insbesondere sind die Bewegungselemente 21 unter den oben genannten Bedingungen bei im Wesentlichen bei null liegendem Antriebsdrehmoment in der Lage, das Kupplungsorgan 20 zwischen der ersten Kupplungsposition und der zweiten Kupplungsposition über mindestens eine Leerlaufposition zu verschieben, in der das Kupplungsorgan 20 sowohl von dem ersten Übertragungsorgan 14 als auch von dem zweiten Übertragungsorgan 15 getrennt ist.
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Vorteilhafterweise ist das Steuergerät, wenn das Kupplungsorgan 20 in der oben genannten Leerlaufposition angeordnet ist, darauf ausgelegt, den elektrischen Antriebsmotor 4 so zu steuern, dass dieser die Hauptwelle 5 bei einer zweiten, zur ersten gemäß einem Proportionalitätskoeffizienten, der von dem ersten Übersetzungsverhältnis R1 des ersten Übertragungsorgans 14 und dem zweiten Übersetzungsverhältnis R2 des zweiten Übertragungsorgans 15 abhängt, proportionalen Drehgeschwindigkeit in Drehung versetzt.
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Insbesondere ergibt sich dieser Proportionalitätskoeffizient aus dem Verhältnis zwischen dem ersten Übersetzungsverhältnis R1 und dem zweiten Übersetzungsverhältnis R2.
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Dies gestattet es, wie im Anschluss genauer beschrieben, die Drehgeschwindigkeit des elektrischen Antriebsmotors 4 und damit die der Hauptwelle 5 an das Übersetzungsverhältnis des einzulegenden Gangs anzugleichen, ohne dass es im Moment des Einkuppelns des mit diesem Gang verbundenen Übertragungsorgans 14, 15 zu starken unmittelbaren Änderungen der Drehzahl der Nebenwelle 7 kommt.
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Funktionell werden zum Beispiel Fahrbedingungen des Fahrzeugs mit eingelegtem ersten Gang berücksichtigt, bei denen der elektrische Antriebsmotor 4 auf die Hauptwelle 5 ein bestimmtes Antriebsdrehmoment anwendet (insbesondere abhängig von den Steuerungen des Fahrers über das Gaspedal) und so die Hauptwelle 5 bei der ersten Drehgeschwindigkeit in Drehung versetzt und bei denen das Kupplungsorgan 20 sich in seiner ersten Kupplungsposition befindet, so dass die Hauptwelle 5 mit der Nebenwelle 7 mittels des ersten Übertragungsorgans 14 bei dem oben genannten ersten Übersetzungsverhältnis R1 gekuppelt ist.
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Sollten die Fahrbedingungen des Fahrzeugs ein Umschalten erfordern (zum Beispiel beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl des elektrischen Antriebsmotors 4), steuert das Steuergerät der Antriebsgruppe 1 den elektrischen Antriebsmotor 4 so, dass das an die Hauptwelle 5 übertragene Antriebsdrehmoment im Wesentlichen bei null liegt, um die Last auf der Nebenwelle 7 zu verringern, wie vorstehend erklärt.
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Daher steuert das Steuergerät die Bewegungselemente 21 so, dass das Kupplungsorgan 20 aus der ersten Kupplungsposition in die Leerlaufposition versetzt wird und daher das Kupplungsorgan 20 vom ersten Übertragungsorgan 14 trennt.
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Genauer gesagt, steuert das Steuergerät den elektrischen Stellantrieb 38 über das Steuermodul des Letzteren so, dass dieser den drehbaren Nocken 26 in Drehung versetzt, der seinerseits die Bewegung des Nockenstößels 27 entlang seiner Verschiebungsrichtung W steuert, um das Kupplungsorgan 20 zu verschieben.
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Insbesondere ist das Steuergerät darauf ausgelegt, das Kupplungsorgan 20 in einem bestimmten Zeitintervall in der Leerlaufposition zu halten, das zum Beispiel zwischen 50 und 200 Millisekunden liegt.
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In diesem Zeitintervall steuert das Steuergerät den elektrischen Antriebsmotor 4 so, dass das Antriebsdrehmoment im Wesentlichen bei null gehalten und die Hauptwelle 5 bei der zweiten Drehgeschwindigkeit gedreht wird, die, wie bereits zuvor gesagt, gemäß dem Proportionalitätskoeffizienten, abhängig von den mit dem ersten und dem zweiten Übertragungsorgan 14, 15 verbundenen Übersetzungsverhältnissen R1, R2, proportional zu der ersten Drehgeschwindigkeit ist.
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Zum Beispiel ergibt sich der Proportionalitätskoeffizient aus dem zweiten Übersetzungsverhältnis geteilt durch das erste Übersetzungsverhältnis (R2/R1). Die zweite Drehgeschwindigkeit entspricht, da sie sich durch den Proportionalitätskoeffizienten multipliziert mit der ersten Drehgeschwindigkeit ergibt, dem zweiten Übersetzungsverhältnis geteilt durch das erste Übersetzungsverhältnis und multipliziert mit der ersten Drehgeschwindigkeit, und zwar nach der folgenden Formel: V2 = (R2/R1) × V1.
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Anschließend steuert das Steuergerät die Bewegungselemente 21 so, dass das Kupplungsorgan 20 aus der Leerlaufposition in die zweite Kupplungsposition gebracht wird, so dass die Hauptwelle 5 mit der Nebenwelle 7 mittels des zweiten Übertragungsorgans 15 verbunden wird.
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Da, wie oben ausgeführt, die zweite Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle 5 im Verhältnis zu dem zweiten, mit dem zweiten Übertragungsorgan 15 verbundenen Übersetzungsverhältnis R2 steht, unterliegt in dem Moment, in dem das Kupplungsorgan 20 sich mit Letzterem im Eingriff befindet, die Nebenwelle 7 keinen merklichen unmittelbaren Drehzahländerungen.
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Anschließend steuert das Steuergerät den elektrischen Antriebsmotor 4 so, dass dieser erneut das nicht bei null liegende Antriebsdrehmoment an die Hauptwelle 5 überträgt, insbesondere abhängig von den vom Fahrer über das Gaspedal erfolgten Steuerungen. Die so konzipierte Erfindung erreicht daher die gesetzten Ziele.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/092353 [0012]
- US 6740002 [0012]
