DE102017220168B4 - Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse (HA) eines zweispurigen Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (3) aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine verbindbar ist und ausgangsseitig über beidseitig angeordnete Flanschwellen (5, 7) mit Fahrzeugrädern (9) der Fahrzeugachse (HA) verbindbar ist, wobei der Fahrzeugachse (HA) eine zusätzliche Antriebsmaschine (26) und ein schaltbares Überlagerungsgetriebe (25) zugeordnet ist, das in eine Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) schaltbar ist, in der ein von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) erzeugtes Antriebsmoment erzeugt wird, in Abhängigkeit von dessen Größe und Drehrichtung eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder (9) änderbar ist, und in einem Hybrid-Modus schaltbar ist, in dem das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelbar ist, wobei das Überlagerungsgetriebe (25) genau drei miteinander gekoppelte Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) aufweist, und bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem alle drei Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) eingebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer geschalteten zweiten Hybrid-Gangstufe (H2) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem lediglich genau eines (PG1) der Planetengetriebe eingebunden ist, und dass bei einer geschalteten ersten Hybrid-Gangstufe (H1) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem alle drei Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) eingebunden sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse, eines zweispurigen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Aus der
DE 10 2014 015 793 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse bekannt, die ein Achsdifferenzial aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine (zum Beispiel Brennkraftmaschine) verbindbar ist und ausgangsseitig mit beidseitig angeordneten Flanschwellen mit Fahrzeugrädern der Fahrzeugachse verbindbar ist. Der Fahrzeugachse sind eine zusätzliche Antriebsmaschine (insbesondere Elektromaschine) sowie ein schaltbares Überlagerungsgetriebe zugeordnet. Das Überlagerungsgetriebe kann in eine Momentenverteilungs-Gangstufe schaltbar sein, in der ein von der zusätzlichen Antriebsmaschine erzeugtes Antriebsmoment erzeugt wird, in Abhängigkeit von dessen Größe und Drehrichtung eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder änderbar ist. Alternativ dazu ist das Überlagerungsgetriebe in einen Hybrid-Modus schaltbar, in dem das von der zusätzlichen Antriebsmaschine generierte Antriebsmoment in einer schaltbaren Hybrid-Gangstufe über das Achsdifferenzial gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen der Fahrzeugräder einkoppelbar ist. Bei bestimmten Fahrsituationen, zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt, kann durch eingelegter Momentenverteilungs-Gangstufe das Fahrverhalten durch eine Drehmoment-Umverteilung (Torque-Vectoring oder Quersperrenfunktion) unterstützt werden. So kann bei einer Kurvenfahrt am Kurveneingang ein Antriebsmoment zum kurvenäußeren Fahrzeugrad verlagert werden (Torque-Vectoring). Alternativ/zusätzlich kann bei der Kurvenfahrt am Kurvenausgang das Antriebsmoment zum kurveninneren Fahrzeugrad verlagert werden (Quersperrenfunktion). Demgegenüber kann bei aktiviertem Hybrid-Modus zum Beispiel eine Boost-Funktion erfolgen. - In der obigen
DE 10 2014 015 793 A1 weist das Überlagerungsgetriebe insgesamt drei Planetengetriebe auf, die über zwei Bremsen schaltbar sind, um den Hybrid-Modus oder den Momentenverteilungs-Modus bereitzustellen, wodurch sich insgesamt eine bauraumintensive Anordnung ergibt. - Aus der
DE 10 2013 202 381 A1 ist eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt. Aus derDE 10 2015 221 190 A1 ist eine Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug bekannt. Aus derDE 10 2010 036 240 A1 ist eine weitere Antriebsvorrichtung bekannt. - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik bauraumreduzierter aufgebaut ist, und bei der mit einfachen Mitteln eine Funktionserweiterung/-reduzierung ermöglicht ist, und zwar bei geringerem Bauraumbedarf sowie bei gesteigerter Fahrdynamik.
- Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
- Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 sind die drei Planetengetriebe im Überlagerungsgetriebe so miteinander gekoppelt, dass bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe oder bei einer geschalteten ersten Hybrid-Gangstufe ein Lastpfad mit Leistungsverzweigung gebildet ist, in dem alle drei Planetengetriebe integriert sind. Demgegenüber wird bei einer geschalteten zweiten Hybrid-Gangstufe ein Lastpfad ohne Leistungsverzweigung gebildet, in dem lediglich genau eines der Planetengetriebe integriert ist. Auf diese Weise können in der ersten Hybrid-Gangstufe und in der zweiten Hybrid-Gangstufe in einfacher Weise unterschiedliche Übersetzungen realisiert werden.
- In einer technischen Umsetzung können die drei Planetengetriebe in der Reihe hintereinander koaxial zur Flanschwelle angeordnet sein. Das eingangsseitige, erste Planetengetriebe kann mit seinem Eingangselement, insbesondere einem Sonnenrad, mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine angetriebenen Getriebeeingangswelle drehfest verbunden sein. Zudem kann das eingangsseitige, erste Planetengetriebe mit seinem Ausgangselement, insbesondere einen, Planetenräder tragenden Planetenradträger, mit einer Getriebeausgangswelle drehfest verbunden sein, die mit der Antriebsseite des Achsdifferenzials trieblich gekoppelt ist (für einen Differenzial-Antrieb). Das Reaktionselement des eingangsseitigen, ersten Planetengetriebes, insbesondere ein mit den Planetenrädern kämmendes radial äußeres Hohlrad, kann über ein Schaltelement
SE2 am Getriebegehäuse festbremsbar oder davon lösbar sein, und zwar je nach Schaltstellung des SchaltelementsSE2 . - In diesem Fall kann in der zweiten Hybrid-Gangstufe
H2 das Hohlrad über das SchaltelementSE2 am Getriebegehäuse festgebremst sein, so dass sich ein Antriebsmomentenfluss bzw. Lastpfad ohne Leistungsverzweigung von der zusätzlichen Antriebsmaschine (Elektromaschine) über das eingangsseitige, erste Planetengetriebe bis zur Antriebsseite des Achsdifferenzials ergibt, während zweite und dritte Planetengetriebe vom Lastpfad entkoppelt sind. - Im Hinblick auf eine Drehmomentwandlung ist es bevorzugt, wenn die zusätzliche Antriebsmaschine über eine Vorgelegestufe mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt ist. Die zusätzliche Antriebsmaschine kann aus Bauraumgründen bevorzugt achsparallel zur Flanschwelle angeordnet sein, wobei die Vorgelegestufe beispielhaft eine einstufige Stirnradstufe sein kann.
- Im Hinblick auf eine weitere Packageoptimierung ist es bevorzugt, wenn die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und die getriebeseitige Flanschwelle zueinander koaxial und ineinander verschachtelt angeordnet sind. In diesem Fall ist es im Hinblick auf einfache Verschaltung bevorzugt, wenn die Getriebeeingangswelle als Außenhohlwelle realisiert ist, in der die Getriebeausgangswelle als eine Innenhohlwelle angeordnet ist, durch die sich die getriebeseitige Flanschwelle als Vollwelle erstreckt.
- In einer konkreten Ausführungsvariante können das Hohlrad des eingangsseitigen ersten Planetengetriebes und ein Hohlrad des dritten Planetengetriebes auf einer gemeinsamen, radial äußeren Hohlradwelle drehfest sitzen. Die radial äußere Hohlradwelle kann über das bereits erwähnte Schaltelement
SE2 am Getriebegehäuse festbremsbar sein. - Das Hohlrad des dritten Planetengetriebes kann mit Planetenrädern kämmen, die auf einem Planetenradträger drehgelagert sind und die wiederum mit einem radial inneren Sonnenrad kämmen, das als ein Reaktionselement drehfest am Getriebegehäuse festgelegt ist.
- Zudem können das dritte Planetengetriebe und das mittlere zweite Planetengetriebe über eine Zwischenwelle miteinander trieblich gekoppelt sein. Die Zwischenwelle kann sowohl ein Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes als auch einen Verbindungsflansch drehfest tragen, der am Planetenradträger des dritten Planetengetriebes angebunden ist. Im zweiten Planetengetriebe kann das auf der Zwischenwelle drehfest angeordnete Sonnenrad mit Planetenrädern kämmen, die auf einem Planetenradträger drehgelagert sind und wiederum mit einem radial äußeren Hohlrad kämmen. Bevorzugt kann das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes über eine radial innere Hohlradwelle mit dem Planetenradträger des ersten Planetengetriebes gekoppelt sein. Zudem kann der Planetenradträger des zweiten Planetengetriebes, insbesondere über eine zweite Innenhohlwelle, mittels eines Schaltelementes
SE1 geschaltet werden, und zwar entweder von seiner NeutralstellungN in die erste Hybrid-GangstufeH1 oder von seiner NeutralstellungN in die Momentenverteilungs-GangstufeTV . - In der Großserienproduktion werden häufig unterschiedliche Fahrzeug-Varianten eines Fahrzeugtyps hergestellt, die unterschiedliche Anforderungen an die Antriebsvorrichtung erfüllen sollen. Entsprechend ist es fertigungstechnisch von Vorteil, wenn das Überlagerungsgetriebe im Hinblick auf eine Funktionserweiterung/-reduzierung konstruktiv einfach auf die jeweilige Fahrzeug-Variante anpassbar ist. Entsprechend ist es fertigungstechnisch von Vorteil, wenn das Überlagerungsgetriebe eine solche Getriebestruktur aufweist, bei der in konstruktiv einfacher Weise einzelne Baugruppen modulartig weggelassen, hinzugefügt oder abgeändert werden können. Dies wird erfindungsgemäß wie folgt realisiert: so kann die zusätzliche Antriebsmaschine mitsamt Vorgelegestufe, die ersten und dritten Planetengetriebe, das Schaltelement
SE2 und das SchaltelementSE1 in dieser Reihenfolge von fahrzeuginnen in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen als Baumodule hintereinander angeordnet sein. Unter Weglassung, Hinzufügung oder Abwandlung eines oder mehrerer dieser Baumodule kann das Überlagerungsgetriebe in einfacher Weise an unterschiedliche Fahrzeug-Varianten angepasst werden. - In einer nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsform (
10 ) können - im Gegensatz zur obigen ersten Ausführungsform - in der zweiten Hybrid-GangstufeH2 genau zwei PlanetengetriebePG3 ,PG1 eingebunden sein. - In der nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsform kann die Getriebeeingangswelle nicht mehr an der fahrzeuginneren Seite des Überlagerungsgetriebes positioniert sein, sondern an dessen fahrzeugäußeren Seite, und zwar zusammen mit den Schaltelementen
SE1 ,SE2 . Entsprechend kann das Sonnenrad des fahrzeuginneren, ersten PlanetengetriebesPG1 nicht mehr trieblich an der zusätzlichen Antriebsmaschine angekoppelt sein, sondern vielmehr gehäusefest angeordnet sein. Demgegenüber kann das dritte PlanetengetriebePG3 mit seinem Sonnenrad drehfest mit der von der zusätzlichen Antriebsmaschine angetriebenen Getriebeeingangswelle verbunden sein. Die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle können in der zweiten Ausführungsform nicht mehr ineinander koaxial verschachtelt positioniert sein, sondern als Hohlwellen in axialer Flucht nebeneinander angeordnet. Zudem kann bei geschalteter Hybrid-GangstufeH2 der Planetenradträger des dritten PlanetengetriebesPG3 mittels des SchaltelementesSE2 an dem Getriebegehäuse festbremsbar oder davon lösbar sein. - In der obigen, nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsform ergibt sich bei eingelegter erster Hybrid-Gangstufe
H1 der folgende Lastpfad: Demnach ist der Planetenradträger des zweiten PlanetengetriebesPG2 über die Innenhohlwelle drehfest am Getriebegehäuse angekoppelt. Dadurch wird das von der zusätzlichen Antriebsmaschine erzeugte Antriebsmoment über einen Lastpfad in das Sonnenrad des dritten PlanetengetriebesPG3 eingeleitet. Am Planetenradträger des dritten PlanetengetriebesPG3 erfolgt eine Leistungsverzweigung in einen ersten Teilpfad und in einen zweiten Teilpfad. Der erste Teilpfad führt vom Planetenradträger über den Verbindungsflansch sowie die Zwischenwelle in das zweite PlanetengetriebePG2 und vor dort über die innere Hohlradwelle zum Abtriebsflansch und weiter über die Getriebeausgangswelle zum Differenzialgehäuse. Der zweite Teilpfad führt vom Planetenradträger über die Planetenräder und das Hohlrad des dritten PlanetengetriebesPG3 sowie über die Hohlradwelle zum ersten PlanetengetriebePG1 . In dessen Planetenradträger erfolgt eine Leistungsaddition, in der der zweite Lastpfad dem ersten Lastpfad aufaddiert wird. - Bei eingelegter zweiter Hybrid-Gangstufe
H2 ergibt sich der folgende Lastpfad: Demnach ist der Planetenradträger des dritten PlanetengetriebesPG3 mittels des zweiten SchaltelementsSE2 gehäusefest geschaltet. Dadurch wird der Lastpfad von der zusätzlichen Antriebsmaschine zunächst in das Sonnenrad des dritten PlanetengetriebesPG3 eingeleitet und dann ohne Leitungsverzweigung komplett über die Planetenräder, das Hohlrad, die Hohlradwelle zum ersten PlanetengetriebePG1 geführt. Von dessen Planetenradträger wird der Lastpfad über die Getriebeausgangswelle zum Differenzialgehäuse weitergeleitet. - Bei eingelegter Momentenverteilungs-Gangstufe
TV ist der Planetenradträger des mittleren, zweiten PlanetengetriebesPG2 über die zweite Innenhohlwelle sowie über das geschlossene erste SchaltelementSE1 mit dem Antriebsflansch der getriebeseitigen Flanschwelle trieblich gekoppelt. Der Drehsinn und der Betrag des von der zusätzlichen Antriebsmaschine ist so ausgelegt, dass von der getriebeseitigen Flanschwelle ein Moment entnommen wird und über die zweite Innenhohlwelle zum Planetenradträger des zweiten PlanetengetriebesPG2 geleitet wird. Dort erfolgt eine Leistungsverzweigung in einen ersten Teilpfad und in einen zweiten Teilpfad. Der erste Teilpfad führt über die Planetenräder sowie das Hohlrad des zweiten PlanetengetriebesPG2 und über die radial innere Hohlradwelle in den Abtriebsflansch. Der zweite Teilpfad führt vom Planetenradträger des zweiten PlanetengetriebesPG2 über dessen Sonnenrad und die Zwischenwelle in das dritte PlanetengetriebePG3 (Eingangselement ist der Planetenradträger des dritten PlanetengetriebesPG3 ) und über dessen Hohlrad (Ausgangselement) in das erste PlanetengetriebePG1 . Von dort führt der zweite Lastpfad über den Planetenradträger des ersten PlanetengetriebesPG1 in den Abtriebsflansch. Im Abtriebsflansch erfolgt eine Leistungsaddition, in der die beiden Teilpfade aufaddiert werden. - Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
- Es zeigen:
-
1 in einer schematischen Darstellung eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse eines zweispurigen Fahrzeugs in einer Grundausstattung; -
2 ,3 und4 jeweils Ansichten entsprechend der1 mit hervorgehobenem Antriebsmomentenfluss bei geschalteter erster Hybrid-Gangstufe, bei geschalteter zweiter Hybrid-Gangstufe und bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe; und -
5 bis9 jeweils Ansichten der Antriebsvorrichtung für weitere Fahrzeug-Varianten mit im Vergleich zu1 reduzierter Funktionsausstattung. -
10 eine Ansicht entsprechend der1 gemäß einer nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsform. - In der
1 ist grob schematisch eine Getriebestruktur einer Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse HA eines zweispurigen Fahrzeugs gezeigt. Die in der1 angedeutete Antriebsvorrichtung kann Bestandteil eines Allradantriebes sein, bei dem eine nicht dargestellte frontseitige Brennkraftmaschine als Primär-Antriebsmaschine über ein Getriebe sowie ein Mittendifferenzial und ein Vorderachsdifferenzial auf die Vorderräder des Fahrzeugs abtreibt. Das Mittendifferenzial kann über eine Kardanwelle1 mit der Eingangsseite eines Hinterachsdifferenzials3 verbunden sein. Das Hinterachsdifferenzial3 ist ausgangsseitig über beidseitig angeordnete Flanschwellen5 ,7 mit den Fahrzeughinterrädern9 der Fahrzeughinterachse HA trieblich gekoppelt. In der1 ist das Hinterachsdifferenzial3 ein gängiges Kegelraddifferenzial, das ein antriebsseitiges Differenzialgehäuse11 , an dem zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende Ausgleichskegelräder13 (von denen in der1 nur ein Ausgleichskegelrad13 gezeigt ist) drehgelagert sind, sowie erste und zweite Abtriebskegelräder15 ,17 aufweist, die rechtwinklig zu den Ausgleichskegelrädern13 sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils in Zahneingriff mit den beiden Ausgleichskegelrädern13 sind. Das erste Abtriebskegelrad15 sitzt drehfest auf der in der1 linken Flanschwelle5 , während das zweite Abtriebskegelrad17 drehfest auf der in der1 rechten Flanschwelle7 sitzt. - In der
1 ist die Kardanwelle1 über einen Kegeltrieb19 mit dem Differenzialgehäuse11 trieblich koppelbar, der ein auf der Kardanwelle1 sitzendes Kegelrad21 aufweist, das mit einem Tellerrad23 kämmt. Zwischen dem Kegeltrieb19 und dem Differenzialgehäuse11 ist ein Schaltelement SE geschaltet, mit dem die Hinterachse HA trieblich von der Kardanwelle1 abkoppelbar ist. - Wie aus der
1 weiter hervorgeht, weist die HinterachseHA ein Überlagerungsgetriebe25 sowie eine Elektromaschine26 auf. Das Überlagerungsgetriebe25 ist in einem Hybrid-Modus oder in einem Momentenverteilungs-Modus (das heißt elektronisches Torque-Vectoring oder Quersperrenfunktion) betreibbar, wie es später beschrieben wird. Im Hybrid-Modus wird ein von der Elektromaschine26 generiertes AntriebsmomentM über das Überlagerungsgetriebe25 sowie über das Hinterachsdifferenzial3 gleichmäßig verteilt auf die beiden Flanschwellen5 ,7 eingekoppelt. Der Hybrid-Modus ist rein elektromotorisch durchführbar oder in Kombination der Elektromaschine26 mit der Brennkraftmaschine (zum Beispiel für eine Boost-Funktion). - Im Momentenverteilungs-Modus wird das von der Elektromaschine
26 generierte Antriebsmoment nicht nur zur Antriebsseite (das heißt Differenzialgehäuse11 ) des Achsdifferenzials3 geleitet, sondern auch über das Überlagerungsgetriebe25 direkt in die getriebeseitige Flanschwelle7 eingekoppelt, um eine Momentenverteilung auf die beiden Hinterräder9 zu ändern. Die Einleitung in die getriebeseitige Flanschwelle7 erfolgt über einen auf der getriebeseitigen Flanschwelle7 sitzenden Momentenverteilungs-Abtriebsflansch40 . In Abhängigkeit vom Betrag sowie der Drehrichtung des von der Elektromaschine26 generierten AntriebsmomentesM erfolgt die Momentenverteilung zwischen den Fahrzeugrädern9 . - Nachfolgend wird die Getriebestruktur des Überlagerungsgetriebes
25 anhand der1 erläutert: Demzufolge weist das Überlagerungsgetriebe25 ein erstes PlanetengetriebePG1 , ein zweites PlanetengetriebePG2 und ein drittes PlanetengetriebePG3 , die in der Fahrzeugquerrichtung y unmittelbar nebeneinander sowie zueinander koaxial ausgerichtet auf der getriebeseitigen Flanschwelle7 angeordnet sind. Das fahrzeuginnere, erste PlanetengetriebePG1 ist mit seinem Sonnenrad27 mit einer von der Elektromaschine26 angetriebenen Getriebeeingangswelle29 drehfest verbunden. Als Ausgangselement weist das fahrzeuginnere PlanetengetriebePG1 einen, Planetenräder33 tragenden Planetenradträger35 auf, der über einen Abtriebsflansch38 an einer Getriebeausgangswelle41 angebunden ist. Diese ist wiederum drehfest am Differenzialgehäuse11 des Achsdifferenzials3 angeschlossen. Als Reaktionselement weist das fahrzeuginnere, erste PlanetengetriebePG1 ein mit den Planetenrädern33 kämmendes Hohlrad37 auf. - Die Getriebeeingangswelle
29 ist über eine einstufige Stirnradstufe31 , die als Vorgelege wirkt, mit der Elektromaschine26 verbunden, die achsparallel zu den Flanschwellen5 ,7 positioniert ist. Zudem sind die Getriebeeingangswelle29 , die Getriebeausgangswelle41 und die getriebeseitige Flanschwelle7 zueinander koaxial sowie ineinander verschachtelt angeordnet. Hierzu ist die Getriebeeingangswelle29 als Außenhohlwelle realisiert, in der Getriebeausgangswelle41 als eine Innenhohlwelle angeordnet ist, durch die sich die getriebeseitige Flanschwelle7 erstreckt. - In der
1 ist sowohl das Hohlrad37 des fahrzeuginneren ersten PlanetengetriebesPG1 als auch ein Hohlrad39 des fahrzeugäußeren dritten PlanetengetriebesPG3 auf einer gemeinsamen radial äußeren Hohlradwelle36 drehfest angeordnet. Die radial äußere Hohlradwelle36 überbrückt das mittlere PlanetengetriebePG2 und ist an seinem fahrzeugäußeren Ende mittels eines SchaltelementesSE2 an einer Getriebegehäusewand43 festbremsbar, und zwar bei geschalteter Hybrid-GangstufeH2 . In der Figur befindet sich das SchaltelementSE2 in seiner Neutralstellung, in der die radial äußere Hohlradwelle36 von der Getriebegehäusewand43 gelöst ist. - Im fahrzeugäußeren, dritten Planetengetriebe
PG3 kämmt das Hohlrad39 mit Planetenrädern49 , die auf einem Planetenradträger51 drehgelagert sind und wiederum mit einem Sonnenrad47 kämmen, das als ein Reaktionselement drehfest am Getriebegehäuse43 angebunden ist. Das in der Fahrzeugquerrichtung y fahrzeugäußere, dritte PlanetengetriebePG3 und das mittlere, zweite PlanetengetriebePG2 sind über eine Zwischenwelle53 miteinander gekoppelt. Die Zwischenwelle53 trägt sowohl ein Sonnenrad55 des zweiten PlanetengetriebesPG2 als auch einen Verbindungsflansch57 , der am Planetenradträger51 des dritten PlanetengetriebesPG3 drehfest angebunden ist. - Im mittleren zweiten Planetengetriebe
PG2 kämmt das Sonnenrad55 mit Planetenrädern59 , die auf einem Planetenradträger61 drehgelagert sind und wiederum mit einem radial äußeren Hohlrad63 kämmen. Das Hohlrad63 des zweiten PlanetengetriebesPG2 ist über eine radial innere Hohlradwelle65 mit dem Planetenradträger35 des ersten PlanetengetriebesPG 1 gekoppelt. Zudem ist der Planetenradträger61 des zweiten PlanetengetriebesPG2 über eine zweite Innenhohlwelle67 mittels eines SchaltelementsSE1 schaltbar. In der1 ist das SchaltelementSE1 in seiner NeutralstellungN gezeigt, ausgehend von der es in der Axialrichtung entweder in eine erste Hybrid-GangstufeH1 oder dazu gegenläufig in eine Momentenverteilungs-GangstufeTV schaltbar ist. - Um die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung zu erläutern, wird anhand der
2 eine Fahrsituation beschrieben, bei der mittels des SchaltelementsSE1 die erste Hybrid-GangstufeH1 eingelegt ist, die exemplarisch als ein Anfahrgang ausgelegt sein kann. Demnach ist der Planetenradträger61 des zweiten PlanetengetriebesPG2 über die Innenhohlwelle67 drehfest am Getriebegehäuse43 angekoppelt. Dadurch wird das von der Elektromaschine26 erzeugte Antriebsmoment M über einen Lastpfad in das Sonnenrad27 des ersten PlanetengetriebesPG1 eingeleitet. An den Planetenrädern33 des ersten PlanetengetriebesPG1 erfolgt eine Leistungsverzweigung, bei der sich der Lastpfad in ein erstes Teil-MomentM1 und in ein zweites Teil-MomentM2 verzweigt. Das erste Teil-MomentM1 wird direkt über den Abtriebsflansch38 sowie die Getriebeausgangswelle41 zum Differenzialgehäuse11 geleitet. Das zweite Teil-MomentM2 wird dagegen über das Hohlrad37 des ersten PlanetengetriebesPG1 und die Außenhohlwelle36 in das dritte PlanetengetriebePG3 eingeleitet und von dort über den Planetenradträger51 (wirkt als Ausgangselement), den Verbindungsflansch57 , der Zwischenwelle53 in das zweite PlanetengetriebePG2 eingeleitet. Von dort wird das Teil-MomentM2 (unter Drehmoment-Verstärkung) über das Hohlrad63 des zweiten PlanetengetriebesPG2 sowie über die innere Hohlradwelle65 zum Abtriebsflansch38 des ersten PlanetengetriebesPG1 weitergeleitet und dem Teil-MomentM1 aufaddiert. In diesem Fall wirkt insbesondere das zweite PlanetengetriebePG2 als ein Verstärkungsgetriebe, mit dem das Teil-MomentM2 erhöht wird. - In der
3 ist eine weitere Fahrsituation gezeigt, bei der die zweite Hybrid-GangstufeH2 geschaltet ist. Vorliegend ist die zweite Hybrid-Gangstufe exemplarisch als ein CO2-optimierter Fahrgang ausgelegt, der bei höheren Fahrgeschwindigkeiten einlegbar ist. Bei eingelegter zweiter Hybrid-GangstufeH2 ist die äußere Hohlradwelle36 mittels des in die zweite Hybrid-GangstufeH2 geschalteten SchaltelementsSE2 gehäusefest am Getriebegehäuse43 angebunden. Dadurch wird das von der Elektromaschine26 erzeugte AntriebsmomentM zunächst abermals in das Sonnenrad27 des ersten PlanetengetriebesPG1 eingeleitet und dann ohne Leitungsverzweigung komplett über die Planetenräder33 , den Planetenradträger35 , den Abtriebsflansch38 sowie über die Getriebeausgangswelle41 zum Differenzialgehäuse11 weitergeleitet. - In der
4 wird im Unterschied zu den2 und3 das Überlagerungsgetriebe25 nicht im Hybrid-Modus betrieben, sondern vielmehr im Momentenverteilungs-Modus. Dieser Modus ist etwa bei einer Kurvenfahrt aktiviert, um zwischen den Flanschwellen5 ,7 eine Momentendifferenz zu erzielen. Im Momentenverteilungs-Modus ist der Planetenradträger61 des mittleren, zweiten PlanetengetriebesPG2 über die zweite Innenhohlwelle67 trieblich über das erste SchaltelementSE1 mit dem Abtriebsflansch40 der getriebeseitigen Flanschwelle7 gekoppelt. - Der Drehsinn und der Betrag des von der Elektromaschine
26 erzeugten Antriebsmoments ist so ausgelegt, dass in der4 von der getriebeseitigen Flanschwelle7 ein Moment M entnommen wird und über die Innenhohlwelle67 zum Planetenradträger61 des zweiten PlanetengetriebesPG2 geleitet wird. Dort erfolgt eine Leistungsverzweigung, bei der ein erstes Teil-MomentM1 über die Planetenräder49 , das Hohlrad63 und die radial innere Hohlradwelle65 in den Abtriebsflansch38 eingeleitet wird. Ein zweites Teil-MomentM2 wird von dem Planetenradträger61 des zweiten PlanetengetriebesPG2 über dessen Sonnenrad55 und die Zwischenwelle53 in das dritte PlanetengetriebePG3 eingeleitet (Eingangselement ist der Planetenradträger51 des dritten PlanetengetriebesPG3 ) und über dessen Hohlrad39 (Ausgangselement) in das erste PlanetengetriebePG1 eingeleitet wird. Von dort wird das zweite Teil-MomentM2 über den Planetenradträger35 des ersten PlanetengetriebesPG1 in den Abtriebsflansch38 weitergeleitet. Im Abtriebsflansch38 wird das zweite Teil-MomentM2 auf das erste Teil-MomentM1 aufaddiert und über die Getriebeausgangswelle41 zum Achsdifferenzial3 geleitet. In diesem Fall wirkt insbesondere das zweite PlanetengetriebePG2 als ein Verstärkungsgetriebe, mit dem das Teil-MomentM2 erhöht wird. - Nachfolgend sind die Vorteile der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung wie folgt zusammengefasst: So wird erfindungsgemäß für die Übersetzung der Elektromaschine
26 eine einstufige Stirnradstufe31 in Kombination mit dem zweiten PlanetengetriebePG2 verwendet. Zudem ist ein konventionelles Kegelraddifferential3 verwendbar. Die PlanetengetriebePG1 ,PG2 ,PG3 können mit gleichen Standübersetzungen ausgeführt werden. Ferner kann bei Wegfall eines beliebigen Baumoduls (1 . Gang, 2. Gang bzw. TV-Funktion) keine Planetenstufe wegfallen. Es entfällt lediglich das zugehörige Schaltelement. Bei einem Getriebe-Aufbau mit (ausschließlich) der zweiten Hybrid-GangstufeH2 können die PlanetengetriebePG2 undPG3 des Überlagerungsgetriebes vollständig entfallen, während das PlanetengetriebePG1 für den GangH1 benötigt wird. Demgegenüber werden in der Grundausstattung (das heißt in der maximalen Ausbaustufe) insgesamt nur zwei Bremsen und eine Kupplung als Schaltelemente verwendet. Zwischen den ersten und zweiten Hybrid-Gangstufen wechselt die Drehrichtung der Elektromaschine26 nicht. Außerdem erfolgt der Hybridbetrieb in der ersten Hybrid-GangstufeH1 leistungsverzweigt (keine Blindleistung). Die Wirkungsgrade in den Hybrid-GangstufenH1 ,H2 sind hoch. In der zweiten Hybrid-GangstufeH2 ist der Wirkungsgrad sehr hoch. - Wie aus der
1 weiter hervorgeht, sind die Elektromaschine26 mitsamt Vorgelege31 , die drei PlanetengetriebePG1 ,PG2 ,PG3 sowie SchaltelementeSE2 undSE1 in dieser Reihenfolge von fahrzeuginnen in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen als angedeutete BaumoduleB1 bisB4 hintereinander angeordnet. Im Rahmen einer Serienproduktion kann unter Weglassung, Hinzufügung und/oder Abwandlung eines oder mehrerer dieser BaumoduleB1 bisB4 das Überlagerungsgetriebe25 jeweils der herzustellenden Fahrzeug-Variante angepasst werden. So betrifft die in der1 gezeigte Antriebsvorrichtung eine Grundausstattung, in der sämtliche obigen BaumoduleB1 bisB4 verbaut sind. Demgegenüber ist in der5 eine Fahrzeug-Variante gezeigt, in der anstelle des BaumodulsB3 ein neues abgewandeltes BaumodulB3a verwendet ist, bei dem der Abtriebsflansch40 weggelassen ist und somit die Momentenverteilungs-Gangstufe TV nicht mehr schaltbar ist. - In der
6 ist die Antriebsvorrichtung in einer weiteren Fahrzeug-Variante gezeigt, in der anstelle des BaumodulsB3 ein neues abgewandeltes BaumodulB3b verwendet ist, bei dem die Schaltmöglichkeit zur Schaltung in die erste Hybrid-GangstufeH1 weggelassen ist. Entsprechend kann in der6 das SchaltelementSE1 von seiner NeutralstellungN lediglich in die Momentenverteilungs-GangstufeTV geschaltet werden. - In der
7 ist eine Antriebsvorrichtung für eine weitere Fahrzeugvariante gezeigt, in der anstelle des BaumodulsB3 (1 ) ein neues abgewandeltes BaumodulB3c verwendet ist, bei dem sämtliche Schaltmöglichkeiten weggelassen sind, wobei lediglich eine gehäusefeste Anbindung des Sonnenrads47 des dritten PlanetengetriebesPG3 am Getriebegehäuse43 bereitgestellt ist. - In der
8 ist eine Antriebsvorrichtung für eine weitere Fahrzeug-Variante gezeigt, in der anstelle des BaumodulsB3 ein neues abgewandeltes BaumodulB3d verwendet ist, bei dem die Schaltmöglichkeit zur Schaltung der zweiten Hybrid-GangstufeH2 weggelassen ist und lediglich die erste Hybrid-Gangstufe sowie die Momentenverteilungs-GangstufeTV schaltbar ist. - In der
9 ist eine Antriebsvorrichtung für eine weitere Fahrzeug-Variante gezeigt, in der anstelle des BaumodulsB2 ein neues BaumodulB2a verwendet ist, bei dem die beiden PlanetengetriebePG2 undPG3 weggelassen sind. Entsprechend ist auch anstelle des BaumodulsB3 ein neues BaumodulB3e verwendet, bei dem lediglich die zweite Hybrid-GangstufeH2 schaltbar ist. - In der
10 ist eine nicht von der Erfindung umfasste Vergleichsformgezeigt, deren Aufbau und Funktionsweise im Wesentlichen mit identisch mit dem Aufbau und der Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels ist. Von daher wird auf die Vorbeschreibung verwiesen und werden nachfolgend lediglich die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel dargelegt: - Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist in der
10 die Getriebeeingangswelle29 nicht mehr an der fahrzeuginneren Seite des Überlagerungsgetriebes25 positioniert, sondern an dessen fahrzeugäußeren Seite, und zwar zusammen mit den SchaltelementenSE1 ,SE2 . Entsprechend ist in der10 das Sonnenrad27 des fahrzeuginneren, ersten PlanetengetriebesPG1 nicht mehr trieblich an der Elektromaschine26 angekoppelt, sondern vielmehr gehäusefest angeordnet. Demgegenüber ist in der10 das dritte PlanetengetriebePG3 mit seinem Sonnenrad47 mit der von der Elektromaschine26 angetriebenen Getriebeeingangswelle29 drehfest verbunden. - Zudem sind in der
10 die Getriebeeingangswelle29 und die Getriebeausgangswelle41 nicht mehr ineinander koaxial verschachtelt positioniert, sondern als Hohlwellen in axialer Flucht nebeneinander angeordnet. - In der
10 ist außerdem nicht mehr die radial äußere Hohlradwelle36 mittels des SchaltelementesSE2 an dem Getriebegehäuse43 festbremsbar (bei geschalteter Hybrid-GangstufeH2 ). Anstelle dessen ist in der10 der Planetenradträger51 des dritten PlanetengetriebesPG3 mittels des SchaltelementesSE2 an dem Getriebegehäuse43 festbremsbar (bei geschalteter Hybrid-GangstufeH2 ). - Um die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung zu erläutern, wird nachfolgend der Lastpfad bei eingelegter erster Hybrid-Gangstufe
H1 beschrieben, die exemplarisch als ein Anfahrgang ausgelegt sein kann. Demnach ist der Planetenradträger61 des zweiten PlanetengetriebesPG2 über die Innenhohlwelle67 drehfest am Getriebegehäuse43 angekoppelt. Dadurch wird das von der Elektromaschine26 erzeugte Antriebsmoment über einen Lastpfad in das Sonnenrad47 des dritten PlanetengetriebesPG3 eingeleitet. Am Planetenradträger51 des dritten PlanetengetriebesPG3 erfolgt eine Leistungsverzweigung in einen ersten Teilpfad und in einen zweiten Teilpfad. Der erste Teilpfad führt vom Planetenradträger51 über den Verbindungsflansch57 sowie die Zwischenwelle53 in das zweite PlanetengetriebePG2 und von dort über die innere Hohlradwelle65 zum Abtriebsflansch38 und weiter über die Getriebeausgangswelle41 zum Differenzialgehäuse11 . Der zweite Teilpfad führt vom Planetenradträger51 über die Planetenräder49 und das Hohlrad39 des dritten PlanetengetriebesPG3 sowie über die Hohlradwelle36 zum ersten PlanetengetriebePG1 . In dessen Planetenradträger35 erfolgt eine Leistungsaddition, in der der zweite Lastpfad dem ersten Lastpfad aufaddiert wird. - Bei eingelegter zweiter Hybrid-Gangstufe
H2 ergibt sich der folgende Lastpfad: Demnach ist der Planetenradträger51 des dritten PlanetengetriebesPG3 mittels des zweiten SchaltelementsSE2 gehäusefest geschaltet. Dadurch wird der Lastpfad von der Elektromaschine26 zunächst in das Sonnenrad47 des dritten PlanetengetriebesPG3 eingeleitet und dann ohne Leitungsverzweigung komplett über die Planetenräder49 , das Hohlrad39 , die Hohlradwelle36 zum ersten PlanetengetriebePG1 geführt. Von dessen Planetenradträger35 wird der Lastpfad über die Getriebeausgangswelle41 zum Differenzialgehäuse11 weitergeleitet. - Bei eingelegter Momentenverteilungs-Gangstufe
TV ist der Planetenradträger61 des mittleren, zweiten PlanetengetriebesPG2 über die zweite Innenhohlwelle67 sowie über das geschlossene erste SchaltelementSE1 mit dem Antriebsflansch40 der getriebeseitigen Flanschwelle7 trieblich gekoppelt. Der Drehsinn und der Betrag des von der Elektromaschine26 erzeugten Antriebsmoments ist so ausgelegt, dass in der10 von der getriebeseitigen Flanschwelle7 ein MomentM entnommen wird und über die zweite Innenhohlwelle67 zum Planetenradträger61 des zweiten PlanetengetriebesPG2 geleitet wird. Dort erfolgt eine Leistungsverzweigung in einen ersten Teilpfad und in einen zweiten Teilpfad. Der erste Teilpfad führt über die Planetenräder59 sowie das Hohlrad63 des zweiten PlanetengetriebesPG2 und über die radial innere Hohlradwelle65 in den Abtriebsflansch38 . Der zweite Teilpfad führt vom Planetenradträger61 des zweiten PlanetengetriebesPG2 über dessen Sonnenrad55 und die Zwischenwelle53 in das dritte PlanetengetriebePG3 (Eingangselement ist der Planetenradträger51 des dritten PlanetengetriebesPG3 ) und über dessen Hohlrad39 (Ausgangselement) in das erste PlanetengetriebePG1 . Von dort führt der zweite Lastpfad über den Planetenradträger35 des ersten PlanetengetriebesPG1 in den Abtriebsflansch38 . Im Abtriebsflansch38 erfolgt eine Leistungsaddition, in der die beiden Teilpfade aufaddiert werden.
Claims (11)
- Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse (HA) eines zweispurigen Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (3) aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine verbindbar ist und ausgangsseitig über beidseitig angeordnete Flanschwellen (5, 7) mit Fahrzeugrädern (9) der Fahrzeugachse (HA) verbindbar ist, wobei der Fahrzeugachse (HA) eine zusätzliche Antriebsmaschine (26) und ein schaltbares Überlagerungsgetriebe (25) zugeordnet ist, das in eine Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) schaltbar ist, in der ein von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) erzeugtes Antriebsmoment erzeugt wird, in Abhängigkeit von dessen Größe und Drehrichtung eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder (9) änderbar ist, und in einem Hybrid-Modus schaltbar ist, in dem das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelbar ist, wobei das Überlagerungsgetriebe (25) genau drei miteinander gekoppelte Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) aufweist, und bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem alle drei Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) eingebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer geschalteten zweiten Hybrid-Gangstufe (H2) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem lediglich genau eines (PG1) der Planetengetriebe eingebunden ist, und dass bei einer geschalteten ersten Hybrid-Gangstufe (H1) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem alle drei Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) eingebunden sind.
- Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die drei Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) in Reihe hintereinander koaxial zur Flanschwelle (5, 7) angeordnet sind, und dass ein eingangsseitiges Planetengetriebe (PG1; PG3) mit seinem als Eingangselement wirkendes Sonnenrad (27; 47) mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) angetriebenen Getriebeeingangswelle (29) drehfest verbunden ist, und mit seinem als Ausgangselement wirkendes, Planetenräder (33) tragenden Planetenradträger (35) mit einer Getriebeausgangswelle (41) verbunden ist, die mit der Antriebsseite des Achsdifferenzials (3) trieblich gekoppelt ist, wobei sein als Reaktionselementwirkendes, mit den Planetenrädern (33) kämmendes Hohlrad (37) mit einem Schaltelement (SE2) an einem Getriebegehäuse (43) festbremsbar oder davon lösbar ist. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Hybrid-Gangstufe (H2) das Hohlrad (37) des ersten Planetengetriebes (PG1) über das Schaltelement (SE2) am Getriebegehäuse (43) festgebremst ist, so dass sich ein Lastpfad bzw. Antriebsmomentenfluss (M) von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) über das eingangsseitige, erste Planetengetriebe (PG1) bis zur Antriebsseite des Achsdifferenzials (3) ergibt. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 1 ,2 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebsmaschine (26) zur Drehmomentwandlung über eine Vorgelegestufe (31) mit der Getriebeeingangswelle (29) gekoppelt ist. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 2 ,3 oder4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (29), die Getriebeausgangswelle (41) und die getriebeseitige Flanschwelle (7) zueinander koaxial und ineinander verschachtelt angeordnet sind, und dass die Getriebeeingangswelle (29) als Außenhohlwelle realisiert ist, in der die Getriebeausgangswelle (41) als Innenhohlwelle angeordnet ist, durch die sich die getriebeseitige Flanschwelle (7) erstreckt. - Antriebsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 2 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (37) des eingangsseitigen ersten Planetengetriebes (PG1) und ein Hohlrad (39) des dritten Planetengetriebes (PG3) auf einer gemeinsamen radial äußeren Hohlradwelle (36) drehfest sitzen, die über das Schaltelement (SE2) am Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Planetengetriebe (PG3) das Hohlrad (39) mit Planetenrädern (49) kämmt, die auf einem Planetenradträger (51) drehgelagert sind und wiederum mit einem Sonnenrad (47) kämmen, das als ein Reaktionselement fest mit dem Getriebegehäuse (43) verbunden ist. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Planetengetriebe (PG3) und das mittlere zweite Planetengetriebe (PG2) über eine Zwischenwelle (53) gekoppelt sind, die sowohl ein Sonnenrad (55) des zweiten Planetengetriebes (PG2) als auch einen Verbindungsflansch (57) drehfest trägt, der am Planetenradträger (51) des dritten Planetengetriebes (PG3) angebunden ist. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Planetengetriebe (PG2) das Sonnenrad (55) mit Planetenrädern (59) kämmt, die auf einem Planetenradträger (61) drehgelagert sind und wiederum mit einem Hohlrad (63) kämmen, und dass das Hohlrad (63) des zweiten Planetengetriebes (PG2) über eine radial innere Hohlradwelle (65) mit dem Planetenradträger (35) des ersten Planetengetriebes (PG1) gekoppelt ist. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Planetengetriebe (PG2) der Planetenradträger (61) über eine zweite Innenhohlwelle (67) mittels eines Schaltelements (SE1) entweder von seiner Neutralstellung (N) in die erste Hybrid-Gangstufe (H1) oder von seiner Neutralstellung (N) in die Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) schaltbar ist. - Antriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebsmaschine (26), die ersten bis dritten Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3), das Schaltelement (SE2) und das Schaltelement (SE1) in dieser Reihenfolge von fahrzeuginnen in der Fahrzeugquerrichtung (y) nach fahrzeugaußen hintereinander angeordnet sind.
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