WO2016188695A1 - Getriebevorrichtung mit einer getriebeeingangswelle, mit einer getriebeausgangswelle und mit drei planetenradsätzen - Google Patents

Getriebevorrichtung mit einer getriebeeingangswelle, mit einer getriebeausgangswelle und mit drei planetenradsätzen Download PDF

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WO2016188695A1
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planetary gear
gear set
shaft
transmission device
transmission
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PCT/EP2016/059335
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French (fr)
Inventor
Stefan Beck
Martin Brehmer
Matthias Horn
Johannes Kaltenbach
Julian KING
Bernd Knöpke
Jens Moraw
Eckehard MÜNCH
Gerhard Niederbrucker
Juri Pawlakowitsch
Stephan Scharr
Viktor Warth
Michael Wechs
Peter Ziemer
Uwe Griesmeier
Raffael Kuberczyk
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the invention relates to a transmission device with a transmission input shaft, with a transmission output shaft and with three planetary gear sets according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • the four planetary gear sets comprise a total of six so-called connection shafts and represent eight ratios during which the transmission input shaft and transmission output shaft rotate in the same or different rotational direction and so-called translations for forward travel, at least partially in the range of Planetenradsatzwellen, i. Ring gears, sun gears and webs, with each other in operative connection, are at least partially connectable to each other via five switching elements and coupled in the range of Planetenradsatzwellen with the connection shafts.
  • the known transmission concept of the transmission device can be adapted to different requirements only with great design effort, but this is a manufacturing cost-reducing modular modular principle precludes.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a transmission device available, which is characterized in operation by low component loads and low power losses during operation and is adaptable to different requirement profiles with little design effort. According to the invention, this object is achieved with a transmission device having the features of patent claim 1.
  • the transmission device comprises a transmission input shaft, a transmission output shaft and three planetary gear sets with a total of seven connection shafts.
  • the planetary gear sets are representative of at least six ratios during which the transmission input shaft and the transmission output shaft rotate in the same or different rotational direction and preferably represent so-called forward gear ratios when using the transmission device in a motor vehicle, at least partially in the range of planetary gear set shafts, i. Ring gears, sun gears and webs, in operative connection with each other, are at least partially connectable to each other via switching elements and coupled in the range of Planetenradsatzwelle with the connection shafts.
  • the transmission device according to the invention further has the configuration listed below to load components of the transmission device in operation only to a small extent and at the same time to generate low power losses during operation, the latter advantage is achieved by means of good Vernierungs Fischsgrade.
  • the first connecting shaft of the planetary gear sets is rotatably connected to a first Planetenradsatzwelle of the first planetary gear set and a housing-fixed component of the transmission device, while the second connecting shaft is connected to the transmission input shaft and the second Planetenradsatzwelle of the first planetary gear set.
  • third connecting shaft is connected to the transmission output shaft and to a second planetary gear set shaft of the third planetary gear set.
  • the fourth connecting shaft is connected to the third planetary gear set shaft of the first planetary gear set and connectable via one of the switching elements with the seventh connecting shaft
  • the fifth connecting shaft is connected to the third Planetenradsatzwelle of the second planetary gear set and with the first Planetenradsatzwelle of the third planetary gear set and via one of Switching elements with a housing-fixed component is connectable.
  • the sixth connecting shaft is connected to the third planetary gear set shaft of the third planetary gear set and to the second planetary gear set shaft of the second planetary gear set and connectable via one of the switching elements with the transmission input shaft
  • the seventh connection shaft is connected to the first planetary gear set shaft of the second planetary gear set and via one of the switching elements a housing-fixed component and a further switching element with the transmission input shaft is connectable.
  • the transmission structure of the transmission device according to the invention is characterized by a structurally simple construction with only three planetary gear sets, which also allows a manufacturing costs reducing modular design.
  • the transmission device by means of only one further switching element, preferably a frictional or form-locking brake with structurally little effort so expandable that in the transmission device two further translations, during which the transmission input shaft and the transmission output shaft rotate with different or the same direction and at a Application of a transmission device in the field of a vehicle so-called translations for reverse drive represent available.
  • the sixth connection shaft is connectable via a further switching element with a housing-fixed component in order to represent two translations for reversing can.
  • the transmission input shaft is connected to a shaft of a drive unit or connectable thereto via a clutch, whereby mechanical power of the drive unit of the transmission input shaft can be fed.
  • the drive unit can both as an internal combustion engine and as an electric machine or be designed as a combination thereof.
  • the transmission output shaft serves as an interface for transmitting mechanical power to drive wheels of the motor vehicle.
  • a Planetenradsatzwelle and a connecting shaft is below not exclusively an example cylindrical, rotatably mounted machine element for transmitting torque to understand, but this is also general fasteners to understand that connect individual components or elements together, in particular fasteners, the more Non-rotatably connect elements.
  • a planetary gear set includes a sun gear, a land and a ring gear. Rotatably mounted on the web are planet gears, which mesh with the toothing of the sun gear and / or with the toothing of the ring gear.
  • a planetary gearset a planetary gear set with a web on which the planet gears are rotatably mounted, with a sun gear and a ring gear, wherein the teeth of at least one of the planetary gears meshing with both the teeth of the sun gear and with the teeth of the ring gear, whereby the The ring gear and the sun gear rotate in opposite directions of rotation when the sun gear is rotating with the web stationary.
  • Both sun gear and ring gear of a planetary gear set can also be divided into several segments.
  • the planet gears mesh with two sun gears, which are not connected to each other.
  • the speed ratios are of course identical on both segments of the sun gear, as if they were connected together.
  • a plus planetary gear set differs from the minus planetary gear set just described in that the plus planetary gear set has inner and outer planet gears rotatably supported on the bridge.
  • the toothing of the inner planet gears meshes on the one hand with the teeth of the sun gear and on the other hand with the teeth of the outer planetary gears.
  • the toothing of the outer planet gears also meshes with the toothing of the Hohlra- As a result, when the bridge is stationary, the ring gear and the sun gear rotate in the same direction of rotation.
  • the stationary gear ratio defines the speed ratio between the sun gear and ring gear of a planetary gear set with non-rotatable web. Since the direction of rotation between the sun gear and the ring gear reverses in the case of a minus planetary gearset when the web is non-rotatable, the stationary gear ratio always assumes a negative value for a negative planetary gearset.
  • a relative movement between two components allowed or made a connection for transmitting a torque between the two components.
  • a relative movement for example, to understand a rotation of two components, wherein the rotational speed of the first component and the rotational speed of the second component differ from each other.
  • the rotation of only one of the two components is conceivable while the other component is stationary or rotating in the opposite direction.
  • Two elements are referred to as connected or coupled to one another in particular when there is a fixed, in particular rotationally fixed connection between the elements.
  • Such coupled or coupled elements rotate at the same speed.
  • the various components and elements of said invention can be connected to one another via a shaft or via a closed switching element or a connecting element, but also directly, for example by means of a welding, pressing or other connection.
  • Two elements are hereinafter referred to as connectable if there is a releasable rotationally fixed connection between these elements. If the connection is made, such elements rotate at the same speed.
  • An electric machine consists at least of a non-rotatable stator and a rotatably mounted rotor and is arranged in a motor operation to electrical energy into mechanical energy in the form of speed and torque to convert mechanical energy into electrical energy in the form of current and voltage in a generatohschen operation.
  • a Radsatzebene is understood in this context, a plane in which the elements ring gear, land and sun gear of one or more planetary gear sets are arranged. The elements need not be arranged mirror-symmetrically along this plane.
  • the term Radsatzebene is rather interpreted as a space level through which the location of one or more planetary gear sets is characterized in the transmission.
  • the transmission device according to the invention is designed as a hybrid transmission, in which the electric machine is connected to the power flow of the transmission device via a so-called internal transmission ratio. This offers the advantage that the electrical machine with small external dimensions and cost-executable.
  • a vehicle can also be operated in the reverse direction via the electric machine if a drive machine coupled to the transmission input shaft, preferably an internal combustion engine, can be decoupled from the transmission input shaft in the region of a separating clutch.
  • a drive machine coupled to the transmission input shaft preferably an internal combustion engine
  • the sixth connection shaft can be connected via a further switching element to a housing-fixed component, while the fourth connection shaft is connected to an electrical machine.
  • the transmission device according to the invention is designed both as a hybrid transmission and in addition to the six translations for forward drive and two mechanical translations for reversing can be displayed.
  • sun gears form the first planetary gearset shafts of the planetary gear sets, webs the second planetary gearset shafts of the planetary gear sets and ring gears the third planetary gear sets. netenradsatzwellen the planetary gear sets in order to provide the transmission device according to the invention with low transmission losses, high Vernierungs fürsgraden, a good translation series and low component loads available.
  • the first planetary gear set shafts of the planetary gear sets are sun gears in planetary gear sets formed as plus planetary gear sets, the second planetary gear set gears each ring gears and the third Planetenradsatzwellen the planetary gear sets webs to operate the transmission device according to the invention with good Veryakungs fürsgraden and resulting low transmission losses while low component loads to be able to and to form a good translation series.
  • the transmission input shaft in the power flow upstream of the switching elements, via which the transmission input shaft is connectable to the sixth connection shaft and the seventh connection shaft, separable via an additional switching element is in a structurally simple manner coupled to the transmission input shaft drive machine of a vehicle drive train, for example, as an internal combustion engine Trained engine, decoupled in different operating areas of a vehicle.
  • switching elements at least partially, preferably all switching elements designed as frictional switching elements, gear ratio between the translations for forward and reverse are at least partially without further design measures as Buchkraftunterbrechungspick circuits representable or starting operations of a running with the transmission device of the invention without additional starting element, such as a friction clutch or a hydrodynamic torque converter, feasible.
  • the transmission device according to the invention in the axial direction is characterized by a small space requirement.
  • the second planetary gear is arranged at a marked in the radial direction by a small space requirement development of the transmission device according to the invention in the axial direction in a Radsatzebene between the Radsatzebene the first planetary gear set and the Radsatzebene the third planetary gear set.
  • the switching elements are at least partially designed as positive and / or frictional switching elements, wherein frictional switching elements are advantageous as starting elements and / or for performing so-called zugkraftunterbrechungsokoer load circuits between individual translations of the transmission device according to the invention.
  • frictional switching elements are advantageous as starting elements and / or for performing so-called zugkraftunterbrechungsokoer load circuits between individual translations of the transmission device according to the invention.
  • As a form-fitting switching elements such as jaw switching elements, running clutches and / or brakes are characterized in comparison to friction-locking switching elements in the open operating state by lower power losses.
  • the transmission device is in each case to the desired extent in a structurally simple manner in a longitudinal arrangement or in front-transverse arrangement mounted in a vehicle when the switching elements at least partially in the axial direction between see the Radsatzebenen the first planetary gear set and the second planetary gear set are arranged.
  • the transmission device may preferably be part of a hybrid drive train of a motor vehicle.
  • the hybrid drive train also has a drive machine embodied as an internal combustion engine, which can be connected either directly or via a clutch to the transmission input shaft of the transmission device or can be connected thereto.
  • the motor vehicle can be driven both by the internal combustion engine and by the electric machine of the transmission device.
  • the transmission device has for this purpose a further electric machine which is set up to deliver a torque to the transmission input shaft via its rotor and thus to start the internal combustion engine. This has the advantage that the internal combustion engine can be started by means of the further electric machine without having to influence a simultaneous electric driving operation, during which the motor vehicle is driven solely by the electric machine of the transmission device.
  • the electric machine is connected to a converter, via which the electric machine is connected to an energy store.
  • an energy store for this purpose, any form of energy storage is suitable, in particular electrochemical, electrostatic, hydraulic and mechanical energy storage.
  • the transmission device according to the invention in a drive train of an electric vehicle.
  • Such an electric vehicle can be driven, for example, by means of one or more electrical machines and accordingly has no internal combustion engine.
  • a so-called traction electric machine is connected in such use. Due to the various gear ratios of the transmission device, the traction electric machine is operable in each operating range with high efficiency, whereby the energy efficiency of the entire electric vehicle is improved.
  • Figure 1 is a gear diagram of a first embodiment of the transmission device according to the invention with three planetary gear sets, which are arranged side by side in the axial direction.
  • FIG. 2 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a second embodiment of the transmission device according to the invention with two planetary gear sets arranged radially one inside the other;
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the transmission device according to FIG. 1 or FIG. 2; FIG.
  • FIG. 4 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a third embodiment of the transmission device according to the invention.
  • FIG. 5 shows an illustration, corresponding essentially to FIG. 2, of a fourth embodiment of the transmission device according to the invention
  • FIG. 6 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a fifth embodiment of the transmission device according to the invention with a separating switching element arranged in the region of the transmission input shaft; 7 shows a representation corresponding to FIG. 6 of a sixth embodiment of the transmission device according to the invention;
  • Fig. 8 is a representation corresponding to Fig. 6 of a seventh embodiment of the transmission device with two nested planetary gear sets;
  • FIG. 9 shows an eighth embodiment of the transmission device according to the invention in a representation corresponding to FIG. 8 with two planetary gear sets arranged radially one inside the other;
  • FIG. 10 shows a gear diagram of a ninth embodiment of the transmission device according to the invention with an electric machine with only five shifting elements and a disconnecting switching element in the region of the transmission device;
  • Fig. 1 1 is a representation corresponding to Fig. 10 of a tenth embodiment of the transmission device according to the invention with radially arranged planetary gear sets;
  • FIG. 12 a representation corresponding to FIG. 10 of an eleventh embodiment of the transmission device according to the invention.
  • FIG. 13 shows a representation corresponding to FIG. 12 of a twelfth embodiment of the transmission device according to the invention with two planetary gear sets arranged radially one inside the other;
  • FIG. 14 is a circuit diagram of the embodiments of the transmission device according to the invention according to FIG. 10 to FIG. 13.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a transmission device 1 with a transmission input shaft 2, with a transmission output shaft 3 and with three planetary gear sets P1 to P3 with a total of seven connection shafts W1 to W7.
  • the planetary gear sets P1 to P3 represent at least six translations.
  • the second embodiment of the transmission device 1 shown in FIG. 2 differs essentially only from the transmission device 1 according to FIG. 1 in that the third planetary gear set P3 is arranged radially inside the first planetary gear set and positions the two planetary gear sets P2 and P3 in the same wheel set plane are.
  • the transmission device 1 according to FIG. 2 has a smaller space requirement in the axial direction than the transmission device 1 according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of the transmission device 1 according to FIG. 1 and FIG. 2 as well as the embodiments of the transmission device 1 shown in FIG. 4 to 9, wherein in the circuit diagram shown in FIG. 3 in each case the one for representing a defined operating state of FIG Transmission device 1 in the closed state operating switching elements B1 to K3 are marked by the letter X.
  • the switching elements B1 to K3 are all formed as frictional switching elements.
  • six translations 1VM to 6VM for forward drive between the transmission input shaft 2 and the transmission output shaft 3 can be represented, during which the transmission input shaft 2 and the transmission output shaft 3 rotate with the same or different rotational direction.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of the transmission device 1 according to FIG. 1 and FIG. 2 as well as the embodiments of the transmission device 1 shown in FIG. 4 to 9, wherein in the circuit diagram shown in FIG. 3 in each case the one for representing a defined operating state of FIG Transmission device 1 in the closed state operating switching elements B1 to K3 are marked by the letter X.
  • a first forward gear 1VM between the transmission input shaft 2 and transmission output shaft 3 is obtained by closing the switching element B1 designed as a brake and the further switching element K2 designed as a clutch.
  • a second forward gear 2VM is engaged in the transmission device 1 when the shifting element B1 and at the same time the shifting element K3 designed as a clutch are closed.
  • the third forward gear 3VM is then engaged in the transmission device when the switching element B1 and the other designed as a clutch switching element K1 are closed. If, in the transmission device 1, the switching element K1 and the switching element K3 are simultaneously transferred to the closed operating state, the fourth forward gear 4VM is shown in the transmission device 1.
  • the switching element K1 and the switching element K2 are to be transferred to the closed operating state.
  • the sixth forward gear 6VM is in turn inserted in the transmission device 1, when the switching elements B2 and K1 are present in the closed operating state.
  • the further exemplary embodiments of the transmission device 1 according to FIGS. 10 to 13 are configured without the frictionally engaged brake B 3, which is why in the transmission devices 1 according to FIGS. 10 to 13 the two transmissions R1 VM and R2VM for reversing can not be represented and therefore in FIG the applicable for these transmission devices 1 circuit diagram of FIG. 14 are not listed. Otherwise, the shift pattern according to FIG. 14 for the gear ratios 1VM to 6 VM for forward travel corresponds to the shift pattern shown in FIG. 3, and therefore for the representation of the individual ratios 1VM to 6VM in the transmission devices 1 according to FIGS. 10 to 13 in the above Description is referenced.
  • the embodiments of the transmission device 1 shown in the drawing have the gear structure described in more detail below and distinguish in each case by the fact that some of the embodiments of the transmission device 1 are designed with an additional electric machine or the wheelsets in the axial direction in a different arrangement side by side or partially radially arranged or nested are installed.
  • the first connection shaft W1 in each case rotatably connected to the first Planetenradsatzwelle S1 of the first planetary gear set P1 and a housing-fixed component 4, while the second connection shaft W2 is connected to the transmission input shaft 2 and the second Planetenradsatzwelle ST1 of the first planetary P1 ,
  • the third connection shaft W3 is connected to the transmission output shaft 3 and to the second planetary gear set shaft ST3 of the third planetary gear set P3, respectively.
  • the fourth connection shaft W4 is connected to the fourth Planetenradsatzwelle HR1 of the first planetary gear set P1 and connected via the switching element K3 with the seventh connecting shaft W7.
  • the fifth connecting shaft W5 is in turn connected to the third Planetenradsatzwelle HR2 of the second planetary gear set P1 and the first Planetenradsatzwelle S3 of the third planetary gear set P3 and connected via the switching element P1 with the housing-fixed component 4.
  • the sixth connection shaft W6 is connected to the third Planetenradsatzwelle HR3 of the third planetary gear set P3 and the second Planetenradsatzwelle ST2 of the second planetary gear set P2 and connectable via the switching element K1 with the transmission input shaft 2, while the seventh connecting shaft W7 with the first Planetenradsatzwelle S2 of the second planetary gear set P2 is connected and can be connected via the switching element B2 with the housing-fixed component 4 via the switching element K2 with the transmission input shaft 2.
  • the Planetenrad accounts P1 to P3 of all transmission devices 1 shown in the drawing are presently designed as minus planetary gear sets, which is why the first Planetenradsatzwelle the planetary P1 to P3 are each formed as sun gear S1 to S3, while the second Planetenradsatzwellen each as webs ST1 to ST3 and the third Planetenradsatzwellen are designed as ring gears HR1 to HR3.
  • the first Planetenradsatzwellen the planetary gear sets are each designed as sun gears, the second Planetenradsatzwellen as ring gears and the third Planetenradsatzwellen as webs when the Planetenradsatzwellen are formed as plus planetary gear sets.
  • the two switching elements K1 and K2 are arranged on the input side of the transmission.
  • the Radsatzebene of the first planetary gear set P1 connects to the two switching elements K1 and K2 in the axial direction.
  • the Radsatzebene of the second planetary gear set P2 between the Radsatzebene of the first planetary gear P1 and the Radsatzebene the third planetary gear P3 is arranged, the third planetary gear set P3 is positioned gear output side.
  • the switching elements B1 to B3 and the switching element K3 are provided in the axial direction between the Radsatzebene the first planetary gear set P1 and the Radsatzebene the second planetary gear P2, which in a structurally simple way a coaxial arrangement of the transmission input shaft 2 and the transmission output shaft 3 is possible.
  • the second planetary gear set 2 and the third planetary gear set P3 are arranged in a common Radsatzebene, wherein the second planetary gear set P2 is mounted radially within the third planetary gear set P3.
  • the transmission output shaft 3 is arranged coaxially to the transmission input shaft 2 in the transmission device 1 according to FIG. 2, whereby the transmission devices 1 according to FIG. 1 and FIG. 2 preferably for a longitudinal arrangement in a motor vehicle are provided.
  • the transmission output is provided laterally, which is why these embodiments are preferably usable in the transmission device 1 in a so-called front transverse arrangement in a vehicle.
  • the switching element K1 is positioned on the ebeeingangs nurse, while the switching elements B1 to B3 and the switching elements K1 and K3 between the planetary gear sets P1, which is provided on the transmission output side, and the second planetary P2 or in the nested arrangement of the two planetary gear sets P2 and P3 shown in Fig. 5 between the first planetary gear set P1 and the two planetary gear sets P2 and P3 are arranged.
  • the further exemplary embodiments of the gear device illustrated in FIGS. 6 to 9 each additionally include an electric machine 5 whose stator 6 is connected to the housing-fixed component 4 and whose rotor 7 is connected to the fourth connection shaft W4.
  • the transmission devices 1 according to FIG. 6 to FIG. 9 are so-called hybrid transmissions, in which the electric machine 5 or its rotor 7 is connected to the power flow of the transmission device 1 via a transmission-internal pretranslation in the region of the first planetary gear set P1. Due to the connection of the electric machine 5 via the transmission internal pre-translation, the electric machine 5 is smaller compared to a directly connected to the power flow or the transmission input shaft 2 electric machine and thus cheaper to produce.
  • a further switching element KO or a separating switching element is provided, which is designed as a frictional clutch.
  • a drive machine operatively connected to the transmission input shaft 2 for example an internal combustion engine, can be decoupled from the transmission input of the transmission device 1 according to FIGS.
  • the transmission structure of the transmission device 1 according to FIG. 6 corresponds to the transmission structure of the transmission device 1 according to FIG. 1 and the transmission structure of the transmission device 1 according to FIG. 7 to the transmission structure of the transmission device 1 according to FIG. 4.
  • the transmission device 1 according to FIG the above-described connection of the electric machine 5 to the fourth connecting shaft W4 the same structure as the transmission device 1 of FIG. 2.
  • the transmission device 1 according to FIG. 9 has the above-described construction of the transmission device 1 according to FIG. 5, which is why reference is made to the above description of FIGS. 1 to 5 with regard to the further mode of operation of the transmission device 1 according to FIGS. 6 to 9 ,
  • the further exemplary embodiments of the transmission device 1 according to FIGS. 10 to 13 are in turn designed in each case with the electric machine 5 to the same extent as the transmission device 1 according to FIGS. 1 to 9.
  • the direction of rotation of the electric machine 5 is correspondingly provided and the transmission output shaft 3 is operated with a direction of rotation required for displaying a reverse drive operation.
  • the transmission device 1 according to FIG. 10 again has a transmission structure corresponding to the transmission structure of the transmission device 1 according to FIG. 1, while the transmission structures of the transmission devices 1 according to FIG. 11, according to FIG. 12 and FIG. 13, respectively, the transmission structures of the transmission device 1 according to FIG. 2, according to FIG. 4 or according to FIG. 5, which is why, with respect to the further mode of operation of the transmission devices 1 according to FIGS. 10 to 13, reference is made to the above description to FIGS. 1 and 2 or FIG. 4 and Fig. 5 is referenced. reference numeral

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Abstract

Es wird eine Getriebevorrichtung (1) mit einer Getriebeeingangswelle (2), mit einer Getriebeausgangswelle (3) und mit drei Planetenradsätzen (P1 bis P3) mit insgesamt sieben Anschlusswellen (W1 bis W7) beschrieben. Die Planetenradsätze (P1 bis P3) stehen zur Darstellung von wenigstens sechs Übersetzungen zumindest teilweise im Bereich von Planetenradsatzwellen (S1 bis HR3) miteinander in Wirkverbindung, sind über Schaltelement (B1 bis K3) zumindest teilweise miteinander verbindbar und sind im Bereich der Planetenradsatzwellen (S1 bis HR3) mit den Anschlusswellen (W1 bis W7) gekoppelt.

Description

Getriebevorrichtung mit einer Getriebeeinqanqswelle, mit einer
Getriebeausgangswelle und mit drei Planetenradsätzen
Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit einer Getriebeeingangswelle, mit einer Getriebeausgangswelle und mit drei Planetenradsätzen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
Aus der DE 10 2005 014 592 A1 ist eine als 8-Gang-Getriebe ausgebildete Getriebevorrichtung mit einer Getriebeeingangswelle und mit einer Getriebeausgangswelle sowie mit vier Planetenradsätzen bekannt. Die vier Planetenradsätze umfassen insgesamt sechs sogenannte Anschlusswellen und stehen zur Darstellung von acht Übersetzungen, während welchen die Getriebeeingangswelle und Getriebeausgangswelle mit gleicher oder unterschiedlicher Drehrichtung umlaufen und sogenannte Übersetzungen für Vorwärtsfahrt darstellen, zumindest teilweise im Bereich von Planetenradsatzwellen, d.h. Hohlrädern, Sonnenrädern und Stegen, miteinander in Wirkverbindung, sind über fünf Schaltelemente zumindest teilweise miteinander verbindbar und im Bereich der Planetenradsatzwellen mit den Anschlusswellen gekoppelt.
Nachteil hafterweise ist das bekannte Getriebekonzept der Getriebevorrichtung nur mit hohem konstruktivem Aufwand an verschiedene Anforderungen anpassbar, was jedoch einem Herstell kosten reduzierenden modularen Baukastenprinzip entgegensteht.
Des Weiteren treten im Bereich der bekannten Getriebevorrichtung während ungünstiger Zustandsverläufe hohe Bauteilbelastungen und einen Wirkungsgrad beeinträchtigende Verlustleistungen auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die im Betrieb durch geringe Bauteilbelastungen und niedrige Verlustleistungen im Betrieb gekennzeichnet ist und mit geringem konstruktiven Aufwand an verschiedene Anforderungsprofile anpassbar ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung umfasst eine Getriebeeingangswelle, eine Getriebeausgangswelle und drei Planetenradsätze mit insgesamt sieben Anschlusswellen. Die Planetenradsätze stehen zur Darstellung von wenigstens sechs Übersetzungen, während welchen die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle mit gleicher oder unterschiedlicher Drehrichtung umlaufen und bei Verwendung der Getriebevorrichtung in einem Kraftfahrzeug vorzugsweise sogenannte Übersetzungen für Vorwärtsfahrt darstellen, zumindest teilweise im Bereich von Pla- netenradsatzwellen, d.h. Hohlrädern, Sonnenrädern und Stegen, miteinander in Wirkverbindung, sind über Schaltelemente zumindest teilweise miteinander verbindbar und im Bereich der Planetenradsatzwelle mit den Anschlusswellen gekoppelt.
Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung weist des Weiteren die nachfolgend aufgeführte Konfiguration auf, um Bauteile der Getriebevorrichtung im Betrieb lediglich im geringen Umfang zu belasten und gleichzeitig niedrige Verlustleistungen im Betrieb zu erzeugen, wobei letztgenannter Vorteil mittels guter Verzahnungswirkungsgrade erreicht wird.
Hierfür ist die erste Anschlusswelle der Planetenradsätze mit einer ersten Planetenradsatzwelle des ersten Planetenradsatzes und mit einem gehäusefesten Bauteil der Getriebevorrichtung drehfest verbunden, während die zweite Anschlusswelle mit der Getriebeeingangswelle und mit der zweiten Planetenradsatzwelle des ersten Planetenradsatzes verbunden ist. Zusätzlich ist dritte Anschlusswelle mit der Getriebeausgangswelle und mit einer zweiten Planetenradsatzwelle des dritten Planetenradsatzes verbunden. Darüber hinaus ist die vierte Anschlusswelle mit der dritten Planetenradsatzwelle des ersten Planetenradsatzes verbunden und über eines der Schaltelemente mit der siebten Anschlusswelle verbindbar, während die fünfte Anschlusswelle mit der dritten Planetenradsatzwelle des zweiten Planetenradsatzes und mit der ersten Planetenradsatzwelle des dritten Planetenradsatzes verbunden ist und über eines der Schaltelemente mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar ist. Des Weiteren ist die sechste Anschlusswelle mit der dritten Planetenradsatzwelle des dritten Planetenradsatzes und mit der zweiten Planetenradsatzwelle des zweiten Planetenradsatzes verbunden sowie über eines der Schaltelemente mit der Getriebeeingangswelle verbindbar, während die siebte Anschlusswelle mit der ersten Planetenradsatzwelle des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist und über eines der Schaltelemente mit einem gehäusefesten Bauteil und über ein weiteres Schaltelement mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist.
Die erfindungsgemäße Getriebestruktur der Getriebevorrichtung ist durch einen konstruktiv einfachen Aufbau mit lediglich drei Planetenradsätzen gekennzeichnet, die zudem eine Herstellkosten reduzierende modulare Bauweise ermöglicht. So ist die Getriebevorrichtung mittels lediglich eines weiteren Schaltelementes, vorzugsweise einer reib- oder formschlüssig ausgebildeten Bremse mit konstruktiv geringem Aufwand derart erweiterbar, dass im Bereich der Getriebevorrichtung zwei weitere Übersetzungen, während welchen die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle mit unterschiedlicher oder gleicher Drehrichtung umlaufen und bei einer Anwendung einer Getriebevorrichtung im Bereich eines Fahrzeuges sogenannte Übersetzungen für Rückwärtsfahrt darstellen, zur Verfügung stellbar. Des Weiteren besteht auch auf konstruktiv einfache Art und Weise die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung als Hybridgetriebe auszuführen, wobei eine dafür erforderliche elektrische Maschine lediglich im Bereich einer der Anschlusswellen der Planetenradsätze anzubinden ist.
Bei einer konstruktiv einfach erweiterten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist die sechste Anschlusswelle über ein weiteres Schaltelement mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar, um zwei Übersetzungen für Rückwärtsfahrt darstellen zu können.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung in einem Kraftfahrzeug ist die Getriebeeingangswelle mit einer Welle eines Antriebsaggregates verbunden oder über eine Kupplung damit verbindbar, womit mechanische Leistung des Antriebsaggregates der Getriebeeingangswelle zuführbar ist. Das Antriebsaggregat kann sowohl als Verbrennungskraftmaschine als auch als elektrische Maschine oder als eine Kombination hieraus ausgebildet sein. Die Getriebeausgangswelle dient als Schnittstelle zur Übertragung mechanischer Leistung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs.
Unter einer Welle, einer Planetenradsatzwelle und einer Anschlusswelle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomente zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Nachfolgend beschreibt ein Minusplanetenradsatz einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert.
Sowohl Sonnenrad als auch Hohlrad eines Planetenradsatzes können auch in mehrere Segmente aufgeteilt sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Planetenräder mit zwei Sonnenrädern kämmen, welche nicht miteinander verbunden sind. Die Drehzahlverhältnisse sind selbstverständlich an beiden Segmenten des Sonnenrads identisch, so als ob sie miteinander verbunden wären.
Ein Plusplanetenradsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus- Planetenradsatz dahingehend, dass der Plusplanetenradsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlra- des. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
Die Standgetriebeübersetzung definiert das Drehzahlverhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad eines Planetenradsatzes bei drehfestem Steg. Da sich bei einem Minusplanetenradsatz die Drehrichtung zwischen Sonnenrad und Hohlrad bei drehfestem Steg umkehrt, nimmt die Standgetriebeübersetzung bei einem Minusplanetenradsatz stets einen negativen Wert an.
Durch Schaltelemente wird, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zugelassen oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den zwei Bauteilen hergestellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
Zwei Elemente werden insbesondere dann als miteinander verbunden oder miteinander gekoppelt bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung besteht. Derart verbundene bzw. miteinander gekoppelte Elemente drehen mit der gleichen Drehzahl. Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle beziehungsweise über ein geschlossenes Schaltelement oder ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung, miteinander verbunden sein.
Zwei Elemente werden im Weiteren als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare drehfeste Verbindung besteht. Wenn die Verbindung besteht, so drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl.
Eine elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatohschen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.
Unter einer Radsatzebene wird in diesem Zusammenhang eine Ebene verstanden, in der die Elemente Hohlrad, Steg und Sonnenrad eines oder mehrerer Planetenradsätze angeordnet sind. Die Elemente müssen dabei nicht spiegelsymmetrisch entlang dieser Ebene angeordnet sein. Der Begriff Radsatzebene ist vielmehr als eine Bauraum-Ebene auszulegen, durch die die Lage eines oder mehrerer Planetenradsätze im Getriebe gekennzeichnet ist.
Ist die vierte Anschlusswelle mit einer elektrischen Maschine verbunden, ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung als Hybridgetriebe ausgebildet, bei welchem die elektrische Maschine über eine sogenannte getriebeinterne Vorübersetzung an den Kraftfluss der Getriebevorrichtung angebunden ist. Dies bietet den Vorteil, dass die elektrische Maschine mit geringen äußeren Abmessungen und kostengünstig ausführbar ist.
Zusätzlich ist über die elektrische Maschine ein Fahrzeug auch in Rückwärtsfahrtrichtung betreibbar, wenn eine mit der Getriebeeingangswelle gekoppelte Antriebsmaschine, vorzugsweise eine Brennkraftmaschine, im Bereich einer Trennkupplung von der Getriebeeingangswelle abkoppelbar ist.
Bei einer weiteren durch eine hohe Funktionsdichte gekennzeichnet Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist die sechste Anschlusswelle über ein weiteres Schaltelement mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar, während die vierte Anschlusswelle mit einer elektrischen Maschine verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung sowohl als Hybridgetriebe ausgebildet und zusätzlich sind neben den sechs Übersetzungen für Vorwärtsfahrt auch zwei mechanische Übersetzungen für Rückwärtsfahrt darstellbar.
Sind die Planetenradsätze als Minusplanetenradsätze ausgeführt, bilden jeweils Sonnenräder die ersten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze, Stege die zweiten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze und Hohlräder die dritten Pla- netenradsatzwellen der Planetenradsätze, um die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung mit geringen Getriebeverlusten, hohen Verzahnungswirkungsgraden, einer guten Übersetzungsreihe sowie geringen Bauteilbelastungen zur Verfügungen stellen zu können.
Im Unterschied hierzu sind die ersten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze bei als Plusplanetenradsätzen ausgebildeten Planetenradsätzen jeweils Sonnenräder, die zweiten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze jeweils Hohlräder und die dritten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze jeweils Stege, um die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung mit guten Verzahnungswirkungsgraden und daraus resultierenden geringen Getriebeverlusten bei gleichzeitig niedrigen Bauteilbelastungen betreiben zu können und eine gute Übersetzungsreihe bilden zu können.
Ist das die fünfte Anschlusswelle mit dem gehäusefesten Bauteil verbindende
Schaltelement und/oder das die sechste Anschlusswelle mit dem gehäusefesten Bauteil verbindende Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, sind Verlustleistungen im Bereich der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung im Vergleich für eine Ausführung dieser Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente weiter reduzierbar. Dies resultiert aus der Tatsache, dass im Bereich von in geöffnetem Betriebszustand vorliegenden reibschlüssigen Schaltelementen unerwünscht hohe Schleppverluste auftreten, die einen Gesamtwirkungsgrad beeinträchtigen.
Ist die Getriebeeingangswelle im Kraftfluss stromauf der Schaltelemente, über die die Getriebeeingangswelle mit der sechsten Anschlusswelle und der siebten Anschlusswelle verbindbar ist, über ein zusätzliches Schaltelement trennbar, ist auf konstruktiv einfache Art und Weise eine mit der Getriebeeingangswelle gekoppelte Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges, beispielsweise eine als Brennkraftmaschine ausgebildete Antriebsmaschine, in verschiedenen Betriebsbereichen eines Fahrzeuges abkoppelbar. Damit ist beispielsweise ein Segelbetrieb eines Fahrzeuges bei gleichzeitig abgeschalteter Antriebsmaschine mit hohem Wirkungsgrad durchführbar. Sind die Schaltelemente zumindest teilweise, vorzugsweise alle Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet, sind Übersetzungswechsel zwischen den einzelnen Übersetzungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt zumindest teilweise ohne weitere konstruktive Maßnahmen als Zugkraftunterbrechungsfreie Schaltungen darstellbar oder Anfahrvorgänge eines mit der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausgeführten Fahrzeuges ohne zusätzliches Anfahrelement, wie eine reibschlüssige Kupplung oder einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, durchführbar.
Sind der zweite Planetenradsatz und der dritte Planetenradsatz in einer Radsatzebene und der zweite Planetenradsatz radial innerhalb des dritten Planetenradsatzes angeordnet, ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung in axialer Richtung durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet.
Der zweite Planetenradsatz ist bei einer in radialer Richtung durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichneten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung in axialer Richtung in einer Radsatzebene zwischen der Radsatzebene des ersten Planetenradsatzes und der Radsatzebene des dritten Planetenradsatzes angeordnet.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung sind die Schaltelemente zumindest teilweise als form- und/oder reibschlüssige Schaltelemente ausgeführt, wobei reibschlüssige Schaltelemente als Anfahrelemente und/oder zur Durchführung sogenannter zugkraftunterbrechungsfreier Lastschaltungen zwischen einzelnen Übersetzungen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung vorteilhaft sind. Als formschlüssige Schaltelemente, wie Klauenschaltelemente, ausgeführte Kupplungen und/oder Bremsen sind im Vergleich zu reibschlüssigen Schaltelementen in geöffnetem Betriebszustand durch geringere Verlustleistungen gekennzeichnet.
Die Getriebevorrichtung ist jeweils im gewünschten Umfang auf konstruktiv einfache Art und Weise in Längsanordnung oder in Front-Quer-Anordnung in einem Fahrzeug montierbar, wenn die Schaltelemente zumindest teilweise in axialer Richtung zwi- sehen den Radsatzebenen des ersten Planetenradsatzes und des zweiten Planetenradsatzes angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung kann vorzugsweise Bestandteil eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben der Getriebevorrichtung auch eine als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Antriebsmaschine auf, die entweder direkt oder über eine Kupplung mit der Getriebeeingangswelle der Getriebevorrichtung verbunden sein kann bzw. mit dieser verbindbar ist. Das Kraftfahrzeug kann dabei sowohl durch die Verbrennungskraftmaschine als auch durch die elektrische Maschine der Getriebevorrichtung angetrieben werden. Optional weist die Getriebevorrichtung dazu eine weitere elektrische Maschine auf, die dazu eingerichtet ist, über ihren Rotor ein Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle abzugeben und derart die Verbrennungskraftmaschine zu starten. Dies hat den Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine mittels der weiteren elektrischen Maschine gestartet werden kann, ohne Einfluss auf einen zeitgleichen elektrischen Fahrbetrieb zu nehmen, während dem das Kraftfahrzeug allein durch die elektrische Maschine der Getriebevorrichtung angetrieben wird.
Die elektrische Maschine ist dabei mit einem Umformer verbunden, über den die elektrische Maschine mit einem Energiespeicher verbunden ist. Dazu ist jede Form von Energiespeicher geeignet, insbesondere elektrochemische, elektrostatische, hydraulische und mechanische Energiespeicher.
Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs zu verwenden. Ein solches Elektro- fahrzeug ist beispielsweise mittels einer oder mehrerer elektrischer Maschinen antreibbar und weist dementsprechend keine Brennkraftmaschine auf. Im Bereich der Getriebeeingangswelle ist bei einer solchen Verwendung eine sogenannte Traktions- Elektromaschine angebunden. Durch die verschiedenen Übersetzungsstufen der Getriebevorrichtung ist die Traktions-Elektromaschine jeweils in Betriebsbereichen mit hohem Wirkungsgrad betreibbar, wodurch die Energieeffizienz des gesamten Elektrofahrzeugs verbessert wird. Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Räderschema einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit drei Planetenradsätzen, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind;
Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit zwei radial ineinander angeordneten Planetenradsätzen;
Fig. 3 ein Schaltschema der Getriebevorrichtung gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2;
Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
Fig. 5 eine im Wesentlichen Fig. 2 entsprechende Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
Fig. 6 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit einem im Bereich der Getriebeeingangswelle angeordneten Trennschaltelement; Fig. 7 eine Fig. 6 entsprechende Darstellung einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
Fig. 8 eine Fig. 6 entsprechende Darstellung einer siebten Ausführungsform der Getriebevorrichtung mit zwei geschachtelten Planetenradsätzen;
Fig. 9 eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung in einer Fig. 8 entsprechenden Darstellung mit zwei radial ineinander angeordneten Planetenradsätzen;
Fig. 10 ein Räderschema einer neunten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit einer elektrischen Maschine mit lediglich fünf Schaltelementen und einem Trennschaltelement im Bereich der Getriebeeinrichtung;
Fig. 1 1 eine Fig. 10 entsprechende Darstellung einer zehnten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit radial ineinander angeordneten Planetenradsätzen;
Fig. 12 eine Fig. 10 entsprechende Darstellung einer elften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
Fig. 13 eine Fig. 12 entsprechende Darstellung einer zwölften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung mit zwei radial ineinander angeordneten Planetenradsätzen; und
Fig. 14 ein Schaltschema der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung gemäß Fig. 10 bis Fig. 13.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Getriebevorrichtung 1 mit einer Getriebeeingangswelle 2, mit einer Getriebeausgangswelle 3 und mit drei Planetenradsätzen P1 bis P3 mit insgesamt sieben Anschlusswellen W1 bis W7. Die Planetenradsätze P1 bis P3 stehen zur Darstellung von wenigstens sechs Übersetzun- gen 1VM bis 6VM, während welchen die Getriebeeingangswelle 2 und die Getriebeausgangswelle 3 mit gleicher oder unterschiedlicher Drehrichtung umlaufen und die bei einer Verwendung der Getriebevorrichtung 1 in einem Fahrzeug sogenannte Übersetzungen für Vorwärtsfahrt darstellen, zumindest teilweise im Bereich von Pla- netenradsatzwellen S1 , ST1 , HR1 , S2, ST2, HR2, S3, ST3 und HR3 der Planetenradsätze P1 bis P3 miteinander in Wirkverbindung, sind über Schaltelemente K1 , K2, K3, B1 , B2 und B3 zumindest teilweise miteinander verbindbar und im Bereich der Planetenradsatzwellen S1 bis HR3 mit den Anschlusswellen W1 bis W7 gekoppelt.
Die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Getriebevorrichtung 1 unterscheidet sich im Wesentlichen lediglich dadurch von der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 , dass der dritte Planetenradsatz P3 radial innerhalb des ersten Planetenradsatzes angeordnet ist und die beiden Planetenradsätze P2 und P3 in der gleichen Radsatzebene positioniert sind. Dadurch weist die Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 2 in axialer Richtung einen geringeren Bauraumbedarf auf als die Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 auf.
Fig. 3 zeigt ein Schaltschema der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 sowie der in Fig. 4 bis Fig. 9 gezeigten Ausführungsformen der Getriebevorrichtung 1 , wobei in dem in Fig. 3 gezeigten Schaltschema jeweils die zur Darstellung eines definierten Betriebszustandes der Getriebevorrichtung 1 im geschlossenen Betriebszustand vorliegenden Schaltelemente B1 bis K3 durch den Buchstaben X gekennzeichnet sind. Die Schaltelemente B1 bis K3 sind alle als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet. In allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Getriebevorrichtung 1 sind jeweils sechs Übersetzungen 1VM bis 6VM für Vorwärtsfahrt zwischen der Getriebeeingangswelle 2 und der Getriebeausgangswelle 3 darstellbar, während welchen die Getriebeeingangswelle 2 und die Getriebeausgangswelle 3 mit gleicher oder unterschiedlicher Drehrichtung umlaufen. Zusätzlich sind bei den mit dem als Bremse ausgeführten Schaltelement B3 ausgebildete Ausführungsbeispielen der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 4 bis Fig. 9 zusätzlich die beiden Übersetzungen R1VM und R2VM für Rückwärtsfahrt darstellbar. Ein erster Vorwärtsgang 1VM zwischen der Getriebeeingangswelle 2 und Getriebeausgangswelle 3 ergibt sich durch Schließen des als Bremse ausgeführten Schaltelementes B1 und des als Kupplung ausgebildeten weiteren Schaltelementes K2. Ein zweiter Vorwärtsgang 2VM ist in der Getriebevorrichtung 1 eingelegt, wenn das Schaltelement B1 und gleichzeitig das als Kupplung ausgeführte Schaltelement K3 geschlossen sind. Der dritte Vorwärtsgang 3VM ist dann in der Getriebevorrichtung eingelegt, wenn das Schaltelement B1 und das weitere als Kupplung ausgebildete Schaltelement K1 geschlossen sind. Sind in der Getriebevorrichtung 1 das Schaltelement K1 und das Schaltelement K3 gleichzeitig in geschlossenen Betriebszustand überführt, wird in der Getriebevorrichtung 1 der vierte Vorwärtsgang 4VM dargestellt. Liegt eine entsprechende Anforderung zum Einlegen des fünften Vorwärtsganges 5VM vor, sind das Schaltelement K1 und das Schaltelement K2 in geschlossenen Betriebszustand zu überführen. Der sechste Vorwärtsgang 6VM ist wiederum in der Getriebevorrichtung 1 eingelegt, wenn die Schaltelemente B2 und K1 gleichzeitig im geschlossenen Betriebszustand vorliegen.
Soll ein mit der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 , Fig. 2 oder Fig. 4 bis Fig. 9 in Rückwärtsfahrtrichtung bewegt werden, sind entweder die Schaltelemente B3 und K2 oder die Schaltelemente B3 und K3 gleichzeitig im geschlossenen Betriebszustand zu halten oder in diesen zu überführen.
Die weiteren Ausführungsbeispiele der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 10 bis Fig. 13 sind ohne die reibschlüssige Bremse B3 ausgebildet, weshalb in den Getriebevorrichtungen 1 gemäß Fig. 10 bis Fig. 13 die beiden Übersetzungen R1 VM und R2VM für Rückwärtsfahrt nicht darstellbar sind und daher in dem für diese Getriebevorrichtungen 1 geltenden Schaltschema gemäß Fig. 14 nicht aufgeführt sind. Ansonsten entspricht das Schaltschema gemäß Fig. 14 für die Übersetzungen 1VM bis 6 VM für Vorwärtsfahrt dem in Fig. 3 gezeigten Schaltschema, weshalb bezüglich der Darstellung der einzelnen Übersetzungen 1VM bis 6VM in den Getriebevorrichtungen 1 gemäß Fig. 10 bis Fig. 13 auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Getriebevorrichtung 1 weisen die nachfolgend näher beschriebene Getriebestruktur auf und unterscheiden sich jeweils dadurch, dass einige der Ausführungsbeispiele der Getriebevorrichtung 1 mit einer zusätzlichen elektrischen Maschine ausgeführt sind oder das die Radsätze in axialer Richtung in unterschiedlicher Anordnung nebeneinander oder teilweise radial ineinander angeordnet bzw. geschachtelt verbaut sind.
So ist bei allen Getriebevorrichtungen 1 die erste Anschlusswelle W1 jeweils mit der ersten Planetenradsatzwelle S1 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit einem gehäusefesten Bauteil 4 drehfest verbunden, während die zweite Anschlusswelle W2 mit der Getriebeeingangswelle 2 und mit der zweiten Planetenradsatzwelle ST1 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden ist. Die dritte Anschlusswelle W3 ist jeweils mit der Getriebeausgangswelle 3 und mit der zweiten Planetenradsatzwelle ST3 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden. Zusätzlich ist die vierte Anschlusswelle W4 mit der vierten Planetenradsatzwelle HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden und über das Schaltelement K3 mit der siebten Anschlusswelle W7 verbindbar. Die fünfte Anschlusswelle W5 ist wiederum mit der dritten Planetenradsatzwelle HR2 des zweiten Planetenradsatzes P1 und mit der ersten Planetenradsatzwelle S3 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden sowie über das Schaltelement P1 mit dem gehäusefesten Bauteil 4 verbindbar. Zusätzlich ist die sechste Anschlusswelle W6 mit der dritten Planetenradsatzwelle HR3 des dritten Planetenradsatzes P3 und mit der zweiten Planetenradsatzwelle ST2 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und über das Schaltelement K1 mit der Getriebeeingangswelle 2 verbindbar, während die siebte Anschlusswelle W7 mit der ersten Planetenradsatzwelle S2 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist und über das Schaltelement B2 mit dem gehäusefesten Bauteil 4 über das Schaltelement K2 mit der Getriebeeingangswelle 2 verbindbar ist.
Die Planetenradsätze P1 bis P3 aller in der Zeichnung dargestellten Getriebevorrichtungen 1 sind vorliegend als Minusplanetenradsätze ausgebildet, weshalb die erste Planetenradsatzwelle der Planetenradsätze P1 bis P3 jeweils als Sonnenrad S1 bis S3 ausgebildet sind, während die zweiten Planetenradsatzwellen jeweils als Stege ST1 bis ST3 und die dritten Planetenradsatzwellen als Hohlräder HR1 bis HR3 ausgeführt sind. Im Unterschied hierzu sind die ersten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze jeweils als Sonnenräder, die zweiten Planetenradsatzwellen als Hohlräder und die dritten Planetenradsatzwellen als Stege ausgeführt, wenn die Planetenradsatzwellen als Plusplanetenradsätze ausgebildet sind.
Bei den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsformen der Getriebevorrichtung 1 sind die beiden Schaltelemente K1 und K2 getriebeeingangsseitig angeordnet. An die beiden Schaltelemente K1 und K2 schließt sich in axialer Richtung die Radsatzebene des ersten Planetenradsatzes P1 an. Bei der Ausführung des Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 ist die Radsatzebene des zweiten Planetenradsatzes P2 zwischen der Radsatzebene des ersten Planetenradsatzes P1 und der Radsatzebene des dritten Planetenradsatzes P3 angeordnet, wobei der dritte Planetenradsatz P3 getriebeausgangsseitig positioniert ist. Zusätzlich sind die Schaltelemente B1 bis B3 und das Schaltelement K3 in axialer Richtung zwischen der Radsatzebene des ersten Planetenradsatzes P1 und der Radsatzebene des zweiten Planetenradsatzes P2 vorgesehen, womit auf konstruktiv einfache Art und Weise eine koaxiale Anordnung der Getriebeeingangswelle 2 und der Getriebeausgangswelle 3 möglich ist.
Im Unterschied zu der Ausführung der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 sind der zweiten Planetenradsatz 2 und der dritte Planetenradsatz P3 in einer gemeinsamen Radsatzebene angeordnet, wobei der zweite Planetenradsatz P2 radial innerhalb des dritten Planetenradsatzes P3 montiert ist. Unabhängig von der Anordnung des zweiten Planetenradsatzes P2 und des dritten Planetenradsatzes P3 ist auch bei der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 2 die Getriebeausgangswelle 3 koaxial zu der Getriebeeingangswelle 2 angeordnet, womit die Getriebevorrichtungen 1 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 bevorzugt für eine Längsanordnung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sind.
Bei den Ausführungsformen der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 4 und Fig. 5 ist der Getriebeausgang seitlich vorgesehen, weshalb diese Ausführungsformen in der Getriebevorrichtung 1 bevorzugter Weise in einer sogenannten Front-Queranordnung in einem Fahrzeug verwendbar sind. Bei den Getriebevorrichtungen 1 gemäß Fig. 4 und Fig. 5 ist lediglich das Schaltelement K1 get ebeeingangsseitig positioniert, während die Schaltelemente B1 bis B3 und die Schaltelemente K1 und K3 zwischen den Planetenradsätzen P1 , der jeweils getriebeausgangsseitig vorgesehenen ist, und dem zweiten Planetenradsatz P2 oder bei der in Fig. 5 dargestellten geschachtelten Anordnung der beiden Planetenradsätze P2 und P3 zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und den beiden Planetenradsätzen P2 und P3 angeordnet sind.
Die in Fig. 6 bis Fig. 9 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiele der Getriebevorrichtung umfassen jeweils zusätzlich eine elektrische Maschine 5, dessen Stator 6 mit dem gehäusefesten Bauteil 4 und dessen Rotor 7 mit der vierten Anschlusswelle W4 verbunden ist. Damit stellen die Getriebevorrichtungen 1 gemäß Fig. 6 bis Fig. 9 sogenannte Hybridgetriebe dar, bei welchen die elektrische Maschine 5 bzw. dessen Rotor 7 jeweils über eine getriebeinterne Vorübersetzung im Bereich des ersten Planetenradsatzes P1 an den Kraftfluss der Getriebevorrichtung 1 angebunden ist. Aufgrund der Anbindung der elektrischen Maschine 5 über die getriebeinterne Vorübersetzung ist die elektrische Maschine 5 im Vergleich zu einer direkt an den Kraftfluss bzw. die Getriebeeingangswelle 2 angebundenen elektrischen Maschine kleiner und damit kostengünstiger herstellbar.
Zusätzlich ist im Bereich der Getriebeeingangswelle 2 ein weiteres Schaltelement KO bzw. ein Trennschaltelement vorgesehen, das als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist. Im Bereich des Trennschaltelementes KO ist eine mit der Getriebeeingangswelle 2 wirkverbundene Antriebsmaschine, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, vom Getriebeeingang der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 6 bis Fig. 9 abkoppelbar, um beispielsweise einen rein elektrischen Fahrbetrieb während eines motorischen Betriebes der elektrischen Maschine 5 abkoppeln zu können. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, eine solche Antriebsmaschine im Bereich des Trennschaltelementes KO abzukoppeln und ein im Bereich der Getriebeausgangswelle 3 anliegendes Drehmoment vollständig für einen Antrieb der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine 5 zu nutzen und im Bereich der elektrischen Maschine 5 dann elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad erzeugen zu können. Ansonsten entspricht die Getriebestruktur der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 6 der Getriebestruktur der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 und die Getriebestruktur der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 7 der Getriebestruktur der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 4. Zusätzlich weist die Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 8 außer der vorbeschriebenen Anbindung der elektrischen Maschine 5 an die vierte Anschlusswelle W4 denselben Aufbau wie die Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 2 auf. Zudem hat die Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 9 den vorbeschriebenen Aufbau der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 5, weshalb bezüglich der weiteren Funktionsweise der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 6 bis Fig. 9 auf die vorstehende Beschreibung zu Fig. 1 bis Fig. 5 verwiesen wird.
Die weiteren Ausführungsbeispiele der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 10 bis Fig. 13 sind wiederum jeweils mit der elektrischen Maschine 5 im gleichen Umfang wie die Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 bis Fig. 9 ausgeführt. Um ein mit der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 10 bis Fig. 13 ausgeführtes Fahrzeug dennoch in Rückwärtsfahrtrichtung betreiben zu können, wird die Drehrichtung der elektrischen Maschine 5 entsprechend vorgesehen und die Getriebeausgangswelle 3 mit einer für die Darstellung eines Rückwärtsfahrbetriebes erforderlichen Drehrichtung betrieben.
Ansonsten weist die Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 10 wiederum eine der Getriebestruktur der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 1 entsprechende Getriebestruktur auf, während die Getriebestrukturen der Getriebevorrichtungen 1 gemäß Fig. 1 1 , gemäß Fig. 12 und gemäß Fig. 13 jeweils den Getriebestrukturen der Getriebevorrichtung 1 gemäß Fig. 2, gemäß Fig. 4 bzw. gemäß Fig. 5 entsprechen, weshalb bezüglich der weiteren Funktionsweise der Getriebevorrichtungen 1 gemäß Fig. 10 bis Fig. 13 auf die vorstehende Beschreibung zu Fig. 1 und Fig. 2 bzw. Fig. 4 und Fig. 5 verwiesen wird. Bezugszeichen
1 Get ebevorrichtung
2 Getriebeeingangswelle
3 Getriebeausgangswelle
4 gehäusefestes Bauteil
5 elektrische Maschine
6 Stator
7 Rotor
B1 - B3 Schaltelement
HR1 - HR3 Planetenradsatzwelle, Hohlrad
K0 - K3 Schaltelement
P1 - P3 Planetenradsatz
ST1 - ST3 Planetenradsatzwelle, Steg
S1 - S3 Planetenradsatzwelle, Sonnenrad
W1 - W7 Anschlusswelle

Claims

Patentansprüche
1 . Getriebevorrichtung (1 ), mit einer Getriebeeingangswelle (2), mit einer Getriebeausgangswelle (3) und mit drei Planetenradsätzen (P1 bis P3) mit insgesamt sieben Anschlusswellen (W1 bis W7), wobei die Planetenradsätze (P1 bis P3) zur Darstellung von wenigstens sechs Übersetzungen (1VM bis 6VM, R1VM, R2VM), während welchen die Getriebeeingangswelle (2) und die Getriebeausgangswelle (3) mit gleicher oder unterschiedlicher Drehrichtung umlaufen, zumindest teilweise im Bereich von Planetenradsatzwellen (S1 bis HR3) miteinander in Wirkverbindung stehen, über Schaltelemente (B1 , B2, K1 bis K3; B1 bis B3, K1 bis K3) zumindest teilweise miteinander verbindbar sind und im Bereich der Planetenradsatzwellen (S1 bis HR3) mit den Anschlusswellen (W1 bis W7) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Anschlusswelle (W1 ) mit der ersten Planetenradsatzwelle (S1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und mit einem gehäusefesten Bauteil (4) drehfest verbunden ist,
- die zweite Anschlusswelle (W2) mit der Getriebeeingangswelle (2) und mit der zweiten Planetenradsatzwelle (ST1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) verbunden ist,
- die dritte Anschlusswelle (W3) mit der Getriebeausgangswelle (3) und mit der zweiten Planetenradsatzwelle (ST3) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden ist,
- die vierte Anschlusswelle (W4) mit der dritten Planetenradsatzwelle (HR1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) verbunden und über eines der Schaltelemente (K3) mit der siebten Anschlusswelle (W7) verbindbar ist,
- die fünfte Anschlusswelle (W5) mit der dritten Planetenradsatzwelle (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und mit der ersten Planetenradsatzwelle (S3) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbunden und über eines der Schaltelemente (B1 ) mit einem gehäusefesten Bauteil (4) verbindbar ist,
- die sechste Anschlusswelle (W6) mit der dritten Planetenradsatzwelle (HR3) des dritten Planetenradsatzes (P3) und mit der zweiten Planetenradsatzwelle (ST2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist und über eines der Schaltelemente (K1 ) mit der Getriebeeingangswelle (2) verbindbar ist, während
- die siebte Anschlusswelle (W7) mit der ersten Planetenradsatzwelle (S2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist und über eines der Schaltelemente (B2) mit einem gehäusefesten Bauteil (4) und über ein weiteres Schaltelement (K2) mit der Getriebeeingangswelle (2) verbindbar ist.
2. Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die sechste Anschlusswelle (W6) über ein weiteres Schaltelement (B3) mit einem gehäusefesten Bauteil (4) verbindbar ist.
3. Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Anschlusswelle (W4) mit einer elektrischen Maschine (5) verbunden ist.
4. Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei als Minusplanetenradsätzen ausgebildeten Planetenradsätzen (P1 bis P3) die ersten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze (P1 bis P3) jeweils als ein Sonnenrad (S1 bis S3), die zweiten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze (P1 bis P3) jeweils als ein Steg (ST1 bis ST3) und die dritten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze (P1 bis P3) jeweils als ein Hohlrad (HR1 bis HR3) ausgeführt sind.
5. Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei als Plusplanetenradsätzen ausgebildeten Planetenradsätzen (P1 bis P3) die ersten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze (P1 bis P3) jeweils als ein Sonnenrad (S1 bis S3), die zweiten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze (P1 bis P3) jeweils als ein Hohlrad (HR1 bis HR3) und die dritten Planetenradsatzwellen der Planetenradsätze (P1 bis P3) jeweils als ein Steg (ST1 bis ST3) ausgeführt sind.
6. Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die fünfte Anschlusswelle (W5) mit dem gehäusefesten Bauteil (4) verbindende Schaltelement und/oder das die sechste Anschlusswelle (W6) mit dem gehäusefesten Bauteil (4) verbindende Schaltelement als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind.
7. Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (2) im Kraftfluss stromauf der Schaltelemente (K1 , K2), über die die Getriebeeingangswelle (2) mit der sechsten Anschlusswel- le (W6) und mit der siebten Anschlusswelle (W7) verbindbar ist, über ein zusätzliches Schaltelement (KO) trennbar ist.
8. Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (B1 bis B3, KO bis K3) zumindest teilweise, vorzugsweise alle Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
9. Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenradsatz (P2) und der dritte Planetenradsatz (P3) in einer Radsatzebene und der zweite Planetenradsatz (P2) radial innerhalb des dritten Planetenradsatzes (P3) angeordnet sind.
10. Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenradsatz (P2) in axialer Richtung in einer Radsatzebene zwischen der Radsatzebene des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und der Radsatzebene des dritten Planetenradsatzes (P3) angeordnet ist.
1 1 . Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (B1 bis B3, KO bis K3) zumindest teilweise in axialer Richtung zwischen den Radsatzebenen des ersten Planetenradsatzes (P1 ) und des zweiten Planetenradsatzes (P2) angeordnet sind.
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