DE102011083201A1 - Antriebseinheit mit einem Elektromotor - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor, einem ersten Planetentrieb, mit einer ersten Schaltkupplung zum Schalten einer ersten Verbindung zwischen dem Elektromotor und einem Abtriebselement der Antriebseinheit, mit einer zweiten Schaltkupplung zum Schalten einer zweiten Verbindung zwischen dem Elektromotor und dem Abtriebselement, wobei mittels des ersten Planetentriebs eine getriebliche Verbindung zwischen dem Elektromotor und der ersten Schaltkupplung gebildet ist.
- Hintergrund der Erfindung
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DE 10 2008 029 287 B4 zeigt einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer elektromotorischen Antriebseinheit. Die elektromotorische Antriebseinheit weist einen Planetensatz und ein Schaltkupplungspaket auf und ist mit einem Differenzial wirkverbunden. Die als Ausgangswelle bezeichnete Rotorwelle des Elektromotors ist mit dem Sonnenrad des Planetensatzes gekoppelt. Das Schaltkupplungspaket weist eine erste Schaltkupplung und eine zweite Schaltkupplung auf. Die erste Schaltkupplung ist ein- und ausrückbar, wobei mit der ersten Schaltkupplung eine erste Übersetzung zwischen der Rotorwelle des Elektromotors und einem als Ausgang bezeichneten Abtriebselement herstellbar ist. Die zweite Schaltkupplung ist auch ein- und ausrückbar ausgebildet, wobei mit dieser eine zweite Übersetzung zwischen der Rotorwelle des Elektromotors und dem gleichen Abtriebselement herstellbar ist. - Die Antriebseinheit weist einen Planetentrieb mit einem Planetenträger auf. Der Planetenträger ist relativ zur Rotorwelle rotierbar. Der Planetentrieb weist weiterhin Planetenräder auf, von denen jedes jeweils um eine eigene Drehachse drehbar am Planetenträger sitzt. Die Planetenräder stehen im Zahneingriff mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad. Das Hohlrad ist an einem Gehäuseabschnitt des Elektromotors bzw. an der elektromotorischen Antriebseinheit festgelegt. Eine Ausgangswelle des Elektromotors ist mit einem Sonnenrad rotationsfest gekoppelt.
- Der Planetenträger ist über die erste Schaltkupplung mit dem Ausgang verbindbar. Der ersten Schaltkupplung ist eine erste Aktuatoranordnung zugeordnet, welche eine Schiebemuffe aufweist. Der Ausgang ist mit einer hohlen Getriebewelle verbunden, an der die Schiebemuffe rotationsfest axial verschiebbar sitzt. Die Schaltmuffe weist eine Verzahnung auf, die mit einer Gegenverzahnung am dem Planetenträger korrespondiert um den Planetenträger drehfest mit dem Ausgang zu kuppeln. Dazu wird die erste Schiebemuffe aus einer Neutralstellung heraus axial mit der Gegenverzahnung in Eingriff geschoben.
- Der zweiten Schaltkupplung ist eine zweite elektromagnetische Aktuatoranordnung mit einer zweiten Schiebemuffe zugeordnet, mittels der die Ausgangswelle des Elektromotors und der Ausgang drehmomentfest miteinander gekuppelt werden können.
- Beschreibung der Erfindung
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und wenig Bauraum beanspruchende Antriebseinheit zu schaffen.
- Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit mit einem Elektromotor und zwei Schaltkupplungen, mit denen wahlweise eine Verbindung zwischen einer Ausgangswelle des Elektromotors mit einem Abtriebselement ein- und ausrückbar ist. Die Ausgangswelle ist die Rotorwelle des Elektromotors oder ist eine mit der Rotorwelle drehmomentfest gekoppelte Welle.
- Rotationsfest gekoppelt heißt in jedem mit der Erfindung beschriebenen Fall, dass Drehrichtung und Drehzahl der miteinander gekoppelten und um die Rotationsachse rotierbaren Glieder immer gleich sind und diese zur Übertragung von Drehmomenten drehmomentfest miteinander in Wirkverbindung stehen, also verbunden sind.
- Die Antriebseinheit weist einen ersten Planetentrieb mit einem ersten Planetenträger auf. Der erste Planetenträger ist um die Rotationsachse relativ zur Rotorwelle rotierbar. An dem Planetenträger sind erste Planetenräder mit radialem Abstand zur Rotationsachse der Antriebseinheit abgestützt, von denen jedes jeweils um eine eigene Drehachse drehbar am ersten Planetenträger sitzt. Die Rotationsachse der Antriebseinheit entspricht der Rotationsachse der Rotorwelle des Elektromotors. Die Drehachsen sind mit radialem Abstand und parallel zu der Rotationsachse angeordnet. Die ersten Planetenräder stehen im Zahneingriff mit einem ersten Sonnenrad und mit einer ersten Verzahnung eines ersten Hohlrades. Das erste Hohlrad ist an einem Gehäuseabschnitt des Elektromotors bzw. an der elektromotorischen Antriebseinheit festgelegt, so dass der Stator und das erste Hohlrad ortsfest miteinander gekoppelt sind. Das erste Hohlrad kann alternativ auch nur durch die erste Verzahnung gebildet sein. Die Rotorwelle des Elektromotors ist mit dem ersten Sonnenrad rotationsfest gekoppelt. Das Sonnenrad sitzt bevorzugt fest an der Rotorwelle bzw. an der Ausgangswelle.
- Ein erstes Kupplungsglied einer ersten Schaltkupplung ist mit einem Glied des ersten Planetentriebs um die Rotationsachse rotationsfest gekoppelt oder verbunden. Das Glied ist der Planetenträger. Die erste Schaltkupplung ist ein- und ausrückbar und weist das erste Kupplungsglied und wenigstens ein zweites Kupplungsglied auf. Außerdem ist der ersten Schaltkupplung ein Aktuatorglied zugeordnet, mit dem die erste Schaltkupplung aus- und einrückbar ist. Das erste Kupplungsglied und das zweite Kupplungsglied sind mittels des Aktuatorglieds wiederholt miteinander kraft-reibschlüssig in Wirkverbindung bringbar und trennbar.
- Das zweite Kupplungsglied ist rotationsfest mit dem Abtriebselement, beispielsweise mittels einer Getriebewelle, gekoppelt oder ist direkt mit dem Abtriebselement verbunden. Dementsprechend sind bei eingerückter erster Schaltkupplung der erste Planetenträger und die Getriebewelle bzw. der erste Planetenträger und das Abtriebselement direkt rotationsfest miteinander gekuppelt und bei ausgerückter erster Schaltkupplung wieder voneinander getrennt. Da die Ausgangswelle über das erste Sonnenrad und über die ersten Planetenräder mit dem ersten Planetenträger getrieblich wirkverbunden ist, wobei sich die Planetenräder im Zahneingriff an dem ersten Hohlrad abstützen, ist über das Getriebe des Planetentriebs und mittels der ersten Schaltkupplung eine getriebliche erste Verbindung, die eine Wirkverbindung ist, zwischen der Rotorwelle und dem Abtriebselement ein- und ausrückbar, also schaltbar.
- Die Rotorwelle ist mit wenigstens einem dritten Kupplungsglied einer zweiten Schaltkupplung rotationsfest gekoppelt. Die zweite Schaltkupplung ist ein- und ausrückbar und aus dem wenigsten dritten Kupplungsglied und einem wenigstens vierten Kupplungsglied gebildet. Das vierte Kupplungsglied ist rotationsfest mit dem Abtriebselement gekoppelt. Weiterhin ist der zweiten Schaltkupplung zumindest das gleiche Aktuatorglied zugeordnet, mit dem auch die erste Schaltkupplung betätigt wird. Das Aktuatorglied ist demnach auch zum Ein- und Ausrücken der zweiten Schaltkupplung vorgesehen.
- Die zweite Schaltkupplung ist vorzugsweise eine Reibkupplung, in welcher das dritte Kupplungsglied und das vierte Kupplungsglied mittels des Aktuatorglieds wiederholt miteinander kraft-reibschlüssig in Wirkverbindung bringbar und trennbar sind.
- Das dritte Kupplungsglied ist vorzugsweise wellenseitig mit der Rotorwelle bzw. Ausgangswelle und das vierte Kupplungsglied ist gehäuseseitig mit dem Abtriebselement, z. B. über die Getriebewelle oder direkt mit dem Abtriebselement, um die Rotationsachse rotationsfest gekoppelt. Bei eingerückter zweiter Schaltkupplung sind die Rotorwelle und das Abtriebselement, beispielsweise miteinander über die Getriebewelle oder direkt miteinander, sowie mit oder ohne Schlupf, zu einer zweiten Verbindung, einer weiteren Wirkverbindung, rotationsfest gekuppelt. Bei ausgerückter zweiter Schaltkupplung ist die zweite Wirkverbindung wieder getrennt.
- Wellenseitig heißt in jedem mit der Erfindung beschriebenen Fall, an/auf einer Welle oder Zapfen o. ä. sitzend bzw. außen aufgenommen und gehäuseseitig heißt dementsprechend innen sitzend bzw. innen aufgenommen oder an einem Gehäuse sitzend.
- Das Abtriebselement ist außer mit dem zweiten Kupplungsglied auch mit einer Bahn einer dritten Kupplung um die Rotationsachse rotationsfest verbunden. Diese Verbindung ist beispielsweise wieder über die Getriebewelle realisiert. Die dritte Kupplung ist eine selbsttätig einrückende und ausrückende Freilaufkupplung.
- Die Freilaufkupplung ist eine durch Reibung kraftschlüssig arbeitende Sperrkupplung, die nach dem Prinzip des Rollengesperres oder Reibgesperres arbeitet. Die Freilaufkupplung weist wenigstens ein Antriebskupplungsteil und ein Abtriebskupplungsteil auf. Das Antriebskupplungsteil sitzt an einem Glied des ersten Planetentriebs und ist bei laufendem Elektromotor durch die Rotorwelle des Elektromotors über den Planetentrieb angetrieben. Bei gleicher Drehzahl und gemeinsamen Drehsinn, also bei Gleichlauf, um die Rotationsachse der Kupplungsteile und des Gliedes ist das Abtriebskupplungsteil durch das Antriebskupplungsteil im Drehsinn des um die Rotationsachse der Rotorwelle rotierbaren Gliedes angetrieben. Überholt das Abtriebskupplungsteil das Antriebskupplungsteil, d. h. ist die Drehzahl des Abtriebskupplungsteils bei gleichem Drehsinn der Kupplungsteile größer als die des Antriebskupplungsteils, wird die Freilaufkupplung gelöst. Letzteres gilt auch, wenn sich der Drehsinn des Antriebskupplungsteils gegenüber dem des Abtriebskupplungsteils ändern sollte.
- Zwischen einander gegenüberliegenden Bahnen der Kupplungsteile sind Klemmelemente, beispielsweise Klemmkörper bzw. Klemmrollen oder -Kugeln angeordnet. Die Bahnen sind optional an Ringen ausgebildet, welche wellen- bzw. gehäuseseitig auf- oder eingepresst, sind, oder sind direkt an der Welle (z. b. am Planetenträger) oder am Gehäuse (beispielsweise an der Getriebewelle oder am Abtriebselement) ausgebildet. Bei Gleichlauf sind die beiden Kupplungsteile über die Klemmelemente drehmomentfest miteinander verbunden und Drehmomente können übertragen werden.
- Die Bahn des Antriebskupplungsteils der Freilaufkupplung ist vorzugsweise dem Planetenträger des ersten Planetentriebs rotationsfest zugeordnet und ist beispielsweise außen an einem Rotationsabschnitt des Planetenträgers oder an einem auf den Rotationsabschnitt aufgepressten Ring ausgebildet. Die zweite Bahn ist dem Abtriebselement bzw. der mit dem Abtriebselement verbundenen Getriebewelle drehmomentfest zugeordnet. Da die erste Bahn drehmomentfest mit dem ersten Planetenträger und das erste Sonnenrad drehmomentfest mit der Rotorwelle bzw. Ausgangswelle verbunden ist, ist die Rotorwelle über den ersten Planetentrieb mit der Freilaufkupplung getrieblich wirkverbunden. Die zweite Bahn der Freilaufkupplung ist, wie zuvor schon beschrieben, mit dem Abtriebselement drehfest verbunden.
- Die Freilaufkupplung sperrt, wenn die erste Bahn der Freilaufkupplung mit dem von der Rotorwelle über den Planetentrieb angetriebenen Planetenträger in Antriebsrotationsrichtung des Planetenträgers rotiert. Der Drehsinn und Drehzahl von An- und Abtriebskupplungsteil sind gleich dem des Planetenträgers (Gleichlauf). Dabei ist über die Klemmkörper- bzw. Rollen eine drehmomentfeste Verbindung zwischen der ersten Bahn und der zweiten Bahn und somit eine drehmomentfeste Verbindung zwischen dem Glied des Planetenträgers und der Getriebewelle bzw. dem Abtriebselement direkt gekuppelt. Da die Rotorwelle über das erste Sonnenrad und über die ersten Planetenräder mit dem ersten Planetenträger wirkverbunden ist, wobei sich die ersten Planetenräder an dem ersten Hohlrad abstützen, ist mittels der Freilaufkupplung eine dritte Verbindung, eine Wirkverbindung, zwischen der Rotorwelle und dem Abtriebselement selbsttätig herstellbar oder lösbar, wobei über das Getriebe des Planetentriebs eine getriebliche Verbindung zwischen der Rotorwelle und der Freilaufkupplung ausgebildet ist. Die Freilaufkupplung wird selbsttätig ausgekuppelt, d. h. läuft frei, wenn das Abtriebkupplungsteil den Planetenträger bzw. das Antriebskupplungsteil in Rotationsrichtung überholt.
- Die Erfindung sieht die Betätigung beider Schaltkupplungen mit nur einer Aktuatoranordnung und mit nur einem Aktuatorglied vor. Das Aktuatorglied ist zweiseitig, zur einen Seite auf die erste Schaltkupplung und zu anderen Seite auf die zweite Kupplung wirkend, ausgelegt. Dazwischen ist das Aktuatorglied optional in eine Neutralstellung beweglich, aus der es wahlweise zur Betätigung der ersten Schaltkupplung oder der zweiten Schaltkupplung zur einen oder anderen Seite bewegbar ist. Das Aktuatorglied ist dementsprechend in zwei Wirkrichtungen jeweils auf eine der Schaltkupplungen wirkend ausgebildet. Die Wirkrichtungen sind vorzugsweise axial mit der Rotationsachse gleichgerichtet, so dass das Aktuatorglied axial zwischen der ersten Schalkupplung und einem Kupplungsglied der zweiten Schaltkupplung axial verschiebbar ist.
- Eine derartige Anordnung beansprucht gegenüber den Anordnungen nach dem bisherigen Stand der Technik weniger Bauraum, was insbesondere dann wichtig ist, wenn die Antriebseinheit mit der Rotationsachse des Elektromotors quer zur Fahrtrichtung im Fahrzeug, beispielsweise an einer Hinterachse, verbaut ist. Alternativ ist die Antriebseinheit mit der Rotationsachse des Elektromotors längs im Fahrzeug ausgerichtet eingebaut. Weiterhin kann eine Verbindung zwischen Abgangsglied und weiteren getrieblichen Anordnungen über eine Winkeltrieb erfolgen. Darüber hinaus können zuverlässige und Energie sparende Konzepte zum Antrieb des Aktuatorglieds vorgesehen werden. Der Antrieb des Aktuatorglieds ist vorzugsweise elektromotorisch, wahlweise elektromagnetisch, mechanisch oder hydraulisch. Zwischen dem Antrieb des Aktuatorglieds und dem Aktuatorglied kann eine getriebliche Verbindung ausgebildet sein.
- Das Aktuatorglied ist zum Beispiel durch zwei axial bewegliche und mit Druckmittel antreibbare Druckkolben gebildet, von denen einer zur Betätigung der ersten Schaltkupplung und ein anderer zur Betätigung der zweiten Schaltkupplung vorgesehen ist. Bevorzugt ist das Aktuatorglied jedoch eine axial verschiebbare Schalt- oder Schiebemuffe, die in eine axiale Richtung zum Ein- oder Ausrücken der ersten Schaltkupplung beispielsweise auf das erste Kupplungselement oder auf das zweite Kupplungselement wirkt. In die andere entgegengesetzte Richtung wirkt die Schaltmuffe/Schiebemuffe auf das dritte oder das vierte Kupplungselement, um die zweite Schaltkupplung ein- oder auszurücken. Dementsprechend ist die Schiebemuffe um die Rotationsachse rotationsfest aber axial verschiebbar dem ersten Planetenträger wahlweise vorzugsweise der Getriebewelle zugeordnet.
- Gemäß Erfindung sind die erste Schaltkupplung und die zweite Schaltkupplung Kupplungen, die sich vom Typ her untereinander unterscheiden, vorzugsweise zwei unterschiedliche Reibkupplungen, wobei die eine der Kupplung als eine Einscheiben oder Mehrscheibenreibkupplung ausgebildet ist und die andere als eine Konuskupplung. Damit kann sich vorteilhaft unterschiedlichen Anforderungen an Reibleistung und Kupplungsgeschwindigkeiten bzw. an die Größe der zu übertragenden Drehmomente angepasst werden.
- Die Mehrscheibenkupplung weist vorzugsweise Lamellen auf, von denen wenigstens eine zwecks Reibschluss axial auf die andere verschiebbar ist. In diesem Fall ist das Abtriebselement oder die Getriebewelle mit einem Außenlamellenträger versehen und mit dem Planetenträger bzw. mit der Ausgangswelle bzw. Rotorwelle ein Innenlamellenträger verbunden.
- In der Konuskupplung sind die Kupplungselemente Reibringe und wahlweise auch Klauen bzw. Verzahnungen. Die Konuskupplung ist wahlweise als Synchronkupplung mit einem oder mehr Reibkonen bzw. konischen Reibringen ausgebildet, mit der auch wahlweise über Klauen oder Verzahnungen Formschluss zwischen den Kupplungselementen hergestellt werden kann. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Reibkonus bzw. Klauen an dem Aktuatorglied ausgebildet bzw. rotationsfest befestigt sind.
- Die erste Schaltkupplung ist vorzugsweise die Konuskupplung und die zweite Schaltkupplung ist bevorzugt die Scheibenkupplung/Lamellenkupplung.
- Das Abtriebselement ist vorzugsweise ein zweites Sonnenrad eines zweiten Planetentriebs, kann aber auch ein beliebiges anderes Zahnrad oder Element zur Übertragung von Leistung sein – z. B. eine Antriebswelle oder Abtriebswelle in einem Kraftfahrzeug. Mit dem Abtriebselement kann beispielsweise Leistung auf ein Differenzial oder ein beliebig anders gestaltetes Getriebe übertragen werden, von dem aus Drehmomente auf zwei Achswellen einer angetriebenen Fahrzeugachse verteilt werden. Das Abtriebselement kann auch mit einer durch eine weitere Antriebseinheit angetriebenen Welle gekoppelt werden und ist dann beispielsweise ein Stirnzahnrad oder ein Kegelrad.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen zweiten Planetentrieb mit dem zweiten Sonnenrad vor, der weiterhin aus einem zweiten Planetenträger, zweiten Planetenrädern und einem zweiten Hohlrad gebildet ist. Die zweiten Planetenräder sind mit radialem Abstand zur Rotationsachse um eigene Drehachsen drehbar an dem zweiten Planetenträger aufgenommen und stehen im Zahneingriff mit dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad. Der zweite Planetenträger ist um die Rotationsachse rotierbar und ist mit einem Gehäuse eines Differenzials verbunden. Dementsprechend sind Elektromotor, erster Planetentrieb, die Schaltkupplungen und der zweite Planetentrieb koaxial zueinander angeordnet. Alternativ ist der Planetenträger das Gehäuse des Differenzials. Das Differenzial weist Ausgleichsräder auf, die drehbar in dem Gehäuse gelagert sind und die im Zahneingriff mit zwei Abtriebsrädern stehen. Jedes der Abtriebsräder ist jeweils drehmomentfest mit einer Achswelle verbunden.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Differenzial ein Planetendifferenzial, dessen Gehäuse ein dritter Planetenträger ist. In dem Gehäuse stehen als Ausgleichsräder jeweils dritte Planetenräder im Zahneingriff mit einem der zwei Abtriebsräder und vierte Planetenräder im Zahneingriff mit dem anderen Abtriebsrad. Das jeweilig Abtriebsrad ist dementsprechend ein Sonnenrad.
- Beschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit
1 näher erläutert. -
1 zeigt ein Schema einer elektromotorischen Antriebseinheit1 mit einem Elektromotor2 , zwei Schaltkupplungen3 und4 sowie mit einer Freilaufkupplung1 , einem ersten Planetentrieb7 , einem zweiten Planetentrieb12 und mit einem Differenzial13 . Mit den Schaltkupplungen3 und4 kann wahlweise eine Ausgangswelle5 des Elektromotors2 mit einem Abtriebselement6 ein- und ausrückbar verbunden werden. Die Ausgangswelle5 ist die Rotorwelle5' des Elektromotors2 . - Das Abtriebselement
6 ist entweder als eine Getriebewelle9 ausgebildet oder an dieser befestigt. Die Getriebewelle9 ist ein hohlzylindrisches Bauteil, in das zumindest die Kupplungen3 ,4 und11 sowie ein Aktuatorglied10a einer Aktuatoranordnung10 integriert sind. - Die Antriebseinheit
1 weist einen ersten Planetentrieb7 mit einem ersten Planetenträger7a auf. Der erste Planetenträger7a ist um die Rotationsachse2a der Rotorwelle5' relativ zur Rotorwelle5' rotierbar. An dem Planetenträger7a sind erste Planetenräder7b mit radialem Abstand zur Rotationsachse2a abgestützt. Von den Planetenrädern7b ist jedes jeweils um eine eigene Drehachse7b' drehbar. Die Drehachsen7b' sind mit radialem Abstand und parallel zu der Rotationsachse2a angeordnet. Die ersten Planetenräder7b stehen im Zahneingriff mit einem ersten Sonnenrad7c und mit einer ersten Verzahnung eines ersten Hohlrades7d . Das erste Hohlrad7d ist an einem Gehäuseabschnitt8 des Elektromotors2 festgelegt, so dass der Stator2b und das erste Hohlrad7d ortsfest miteinander gekoppelt sind. Die Rotorwelle2a des Elektromotors2 ist mit dem Rotor2c verbunden und ist mit dem ersten Sonnenrad7c rotationsfest gekoppelt. Das erste Sonnenrad7c sitzt fest an der Ausgangswelle5 . - Ein erstes Kupplungsglied
3a der ersten Schaltkupplung3 ist in Form einer konischen Reibfläche3a' , die auch an einem konischen Ring aus Blech ausgebildet sein kann, an dem ersten Planetenträger7a fest. Ein zweites Kupplungsglied3b ist mit einer Getriebewelle9 rotationsfest verbunden. - Der ersten Schaltkupplung
3 ist das Aktuatorglied10a der Aktuatoranordnung10 zugeordnet, mit dem die erste Schaltkupplung3 aus- und einrückbar ist. Das Aktuatorglied10a ist eine Schiebemuffe, welche aus der in1 gezeigten Neutralstellung N in die Stellungen I und II axial verschoben werden kann. - Das zweite Kupplungsglied
3b ist über das Aktuatorglied10a rotationsfest mit dem Abtriebselement6 über die Getriebewelle9 gekoppelt und in diesem Fall eine konische Reibfläche3b' welche an dem Aktuatorglied10a entweder direkt ausgebildet ist oder an einem konischen Reibring aus Blech. Im zuletzt genannten Fall ist der Reibring am Aktuatorglied fest. Die Reibflächen3a' und3b' sind zwecks reibschlüssiger Verbindung bei eingerückter Schaltkupplung3 hinsichtlich ihrer Abmessungen und Oberflächen aneinander angepasst. Das erste Kupplungsglied3a und das zweite Kupplungsglied3b sind mittels des Aktuatorglieds10a wiederholt miteinander kraft-reibschlüssig in Wirkverbindung bringbar und trennbar. - Die Rotorwelle
5' ist mit wenigstens einem dritten Kupplungsglied4a der zweiten Schaltkupplung4 rotationsfest gekoppelt. Die zweite Schaltkupplung4 ist ein- und ausrückbar und aus dem wenigsten dritten Kupplungsglied4a in Form von Innenlamellen4a' und einem wenigstens vierten Kupplungsglied4b gebildet. Das vierte Kupplungsglied4b sind rotationsfest mit dem Abtriebselement6 gekoppelte Außenlamellen4b' . Der zweiten Schaltkupplung4 ist das gleiche Aktuatorglied10a zugeordnet, mit dem auch die erste Schaltkupplung3 betätigt wird. Das Aktuatorglied10a ist demnach auch zum Ein- und Ausrücken der ersten Schaltkupplung3 und der zweiten Schaltkupplung4 vorgesehen. - Die Freilaufkupplung
11 sitzt außen an einem Rotationsabschnitt7e des Planetenträgers7 und ist innen in der Getriebewelle9 drehmomentfest angeordnet. Die Rotorwelle5' ist über das Getriebe des ersten Planetentriebs7 mit der Freilaufkupplung11 getrieblich wirkverbunden. - Da die Rotorwelle
5' über das erste Sonnenrad7c und die ersten Planetenräder7b mit dem ersten Planetenträger7a wirkverbunden ist, wobei sich die ersten Planetenräder7b an dem ersten Hohlrad7d abstützen, ist mittels der Freilaufkupplung11 eine selbsttätig schaltende dritte Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle5' und dem Abtriebselement6 herstellbar. - Die Aktuatoranordnung
10 weist das Aktuatorglied10a , eine Führung10b , ein zur Rotationsachse2a konzentrisches Führungslager10c , ein Übertragungsglied10d , eine Antriebswelle10e mit Gewindetrieb10f und einen Stellmotor10g auf. Antriebswelle10e kann mittels des Stellmotors10g parallel zur Rotationsachse2a rotierend oder schwenkbar angetrieben werden. Der Gewindetrieb ist zur Wandlung der Rotationen der Antriebswelle10e in translatorische Bewegungen am Übertragungsglied10d vorgesehen. Das Übertragungsglied10d ist mittels des Gewindetriebs10f axial verschiebbar, kann aber nicht rotieren. Die Führung10b ist zusammen mit der Getriebewelle9 um die Rotationsachse2a rotierbar und gegenüber der Getriebewelle9 axial verschiebbar an der Getriebewelle9 bzw. an dem Abtriebselement6 fest. An der Schnittstelle zwischen dem lediglich axial verschiebbaren Übertragungsglied10d und der rotationsfähigen Führung10b ist deshalb das Führungslager10c angeordnet, über dass sich die rotierende Führung10b an dem stehenden oder axial bewegten Übertragungsglied10d abstützen kann. Das Übertragungsglied10d kann beispielsweise eine Schaltgabel aufweisen. Mit der Führung10b ist das Aktuatorglied10a drehfest und mit dieser axial verschiebbar verbunden. - Das Abtriebselement
6 ist ein zweites Sonnenrad12a eines zweiten Planetentriebs12 oder ist mit diesem verbunden. Der zweite Planetentrieb12 ist weiterhin aus einem zweiten Planetenträger12b , zweiten Planetenrädern12c und einem zweiten Hohlrad12d gebildet ist. Die zweiten Planetenräder12c sind mit radialem Abstand zur Rotationsachse2a um eigene Drehachsen12c' drehbar an dem zweiten Planetenträger12b aufgenommen und stehen im Zahneingriff mit dem zweiten Sonnenrad12a und dem zweiten Hohlrad12d . Das zweite Hohlrad12d ist an einem Gehäuseabschnitt8 festgelegt. Der zweite Planetenträger12b ist um die Rotationsachse2a rotierbar und ist mit einem Gehäuse13a , das der Differenzialkorb des Differenzials13 ist, verbunden. - Elektromotor
2 , erster Planetentrieb7 , die Schaltkupplungen3 und4 , sowie der zweite Planetentrieb12 koaxial zueinander angeordnet. - Das Differenzial
13 ist ein Planetendifferenzial, dessen Differenzialkorb13a ein dritter Planetenträger13a ist. An dem Planetenträger13a sind als Ausgleichsräder zwei Sätze dritte Planetenräder13b und vierte Planetenräder13c drehbar gelagert, welche im Zahneingriff miteinander stehen. Außerdem stehen die dritten Planetenräder13b im Zahneingriff mit dem Abtriebsrad13d und die vierten Planetenräder13c im Zahneingriff mit dem Abtriebsrad13e . Die Abtriebsräder13d oder13e sind Sonnenräder13d oder13e . Jedes Abtriebsrad13d oder13e ist mit einer Achswelle14 bzw.15 verbunden. Die jeweilige Achswelle14 bzw.15 führt zu einem nicht dargestellten Fahrzeugrad. Die Achswelle14 ist durch den Elektromotor2 und dabei durch die hohle Rotorwelle5' hindurch geführt. - Im Folgenden werden fünf Betriebszustände der Antriebseinheit beschrieben:
- Betriebszustand 1 – Antrieb des Fahrzeugs durch eine andere Antriebsquelle oder Stillstand: Die Schaltkupplungen
4 und5 sind geöffnet. Das Aktuatorglied10a steht in der Stellung N. Die Freilaufkupplung11 sperrt nicht. Der Elektromotor2 ist abgestellt. - Betriebszustand 2 – 1. Gang: Die Freilaufkupplung
11 ist geschlossen. Das Aktuatorglied steht in der Stellung N. Die Schaltkupplungen3 und4 sind geöffnet. Eine Drehmomente übertragende Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle5' und dem Abtriebselement6 ist dadurch hergestellt, dass die Freilaufkupplung11 selbsttätig eingerückt ist, d. h. sperrt. Die Leistung des Elektromotors im Zugbetrieb von der Rotorwelle5' über das erste Sonnenrad7c auf die ersten Planetenräder7b übertragen, welche sich dabei am ersten Hohlrad7d abstützen, und der erste Planetenträger7a mitgenommen. Die Getriebewelle9 und damit das Abtriebselement6 werden durch die Rotorwelle über das zweite Planetengetriebe und über die Freilaufkupplung rotierend angetrieben. Die Leistung fließt über das zweite Sonnenrad12a in den zweiten Planetentrieb12 von dort in das Differenzial13 , wo die Drehmomente auf die Achswellen14 und15 verteilt werden. - Betriebszustand 3 – 2. Gang: Das Aktuatorglied steht in der Stellung II. Die Freilaufkupplung
11 und die Schaltkupplung3 sind ausgerückt. Die Schaltkupplung4 ist eingerückt. Eine Drehmomente übertragende Wirkverbindung zwischen der Rotorwelle5' und dem Abtriebselement ist durch die eingerückte Schaltkupplung4 hergestellt. Die Leistung des Elektromotors2 fließt im Zugbetrieb von der Rotorwelle5' über die geschlossene Schaltkupplung4 auf das Abtriebselement und somit zum zweiten Sonnenrad12a . Die Leistung fließt über das zweite Sonnenrad12a in den zweiten Planetentrieb12 und von dort in das Differenzial13 , wo die Drehmomente auf die Achswellen14 und15 verteilt werden. - Betriebszustand 4 – Schubbetrieb im
1 . Gang: Das Aktuatorglied10a steht in der Stellung I. Die Freilaufkupplung11 steht frei und die Schaltkupplung4 ist ausgerückt. Die Schaltkupplung3 ist eingerückt. Drehmomente der Achswellen14 und15 werden mit dem Differenzial13 zusammengeführt. Die Leistung fließt vom Differenzialkorb13a rückwärts über den zweiten Planetentrieb12 auf das Abtriebselement6 und über die eingerückte Schaltkupplung3 und über den ersten Planetentrieb7 zur Rotorwelle5' , die somit zwecks Rekuperation angetrieben wird. - Betriebszustand 5 – Schubbetrieb im
2 . Gang: Das Aktuatorglied10a steht in der Stellung II. Drehmomente der Achswellen14 und15 werden mit dem Differenzial13 zusammengeführt. Die Leistung fließt vom Differenzialkorb13a rückwärts über den zweiten Planetentrieb12 auf das Abtriebselement6 und über die eingerückte Schaltkupplung4 zur Rotorwelle5' , die somit zwecks Rekuperation angetrieben wird. - Beim Einrücken der Schaltkupplung
3 wird das Aktuatorglied10a axial in die Stellung I verschoben. Zum Einrücken der Schaltkupplung4 wird das Aktuatorglied10a axial in die Stellung II bewegt. Zum Ausrücken wird in beiden Fällen das Aktuatorglied10a wieder in die Stellung N zurück bewegt. - Das Aktuatorglied
10a wird mittels des Stellmotors10g angetrieben. Dazu wird die Antriebswelle10e des Stellmotors10g rotierend angetrieben oder geschwenkt. Die Rotationen werden an dem Gewindetrieb10f in Translationen gewandelt und über das Übertragungsglied10d an die Führung10b weitergegeben. Dadurch wird das Aktuatorglied10a axial bewegt. In der Stellung I wird das Aktuatorglied10a mittels der konischen Reibfläche3b' auf die konische Reibfläche3a' gepresst. In der Stellung II werden die Lamellen über Hebelmechanismen oder geradlinig unter Wirkung von Axialkräften des Aktuatorglieds10a oder durch mittels des Aktuatorglieds10a freigemachte Federkräfte aufeinander gepresst. Bezugszeichen1 Antriebseinheit 8 Gehäuseabschnitt 2 Elektromotor 9 Getriebewelle 2a Rotationsachse 10 Aktuatoranordnung 2b Stator 10a Aktuatorglied 2c Rotor 10b Führung 3 erste Schaltkupplung 10c Führungslager 3a erstes Kupplungsglied 10d Übertragungsglied 3a' konische Reibfläche 10e Antriebswelle 3b zweites Kupplungsglied 10f Gewindetrieb 3b' konische Reibfläche 10g Stellmotor 4 zweite Schaltkupplung 11 Freilaufkupplung 4a drittes Kupplungsglied 12 zweiter Planetentrieb 4a' Innenlamellen 12a zweites Sonnenrad 4b viertes Kupplungsglied 12b zweiter Planetenträger 4b' Außenlamellen 12c zweites Planetenrad 5 Ausgangswelle 12c' Drehachse 5' Rotorwelle 12d zweites Hohlrad 6 Abtriebselement 13 Differenzial 7 erster Planetentrieb 13a Gehäuse/Differenzialkorb/dritter Planetenträger 7a erster Planetenträger 13b Ausgleichsrad/drittes Planetenrad 7b erste Planetenräder 13c Ausgleichsrad/viertes Planetenrad 7b' Drehachse 13d Abtriebsrad/Sonnenrad 7c erstes Sonnenrad 13e Abtriebsrad/Sonnenrad 7d Hohlrad 14 Achswelle 7e Rotationsabschnitt 15 Achswelle - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008029287 B4 [0002]
Claims (9)
- Antriebseinheit (
1 ) mit einem Elektromotor (2 ), einem ersten Planetentrieb (7 ), mit einer ersten Schaltkupplung (3 ) zum Schalten einer ersten Verbindung zwischen dem Elektromotor (2 ) und einem Abtriebselement (6 ) der Antriebseinheit, mit einer zweiten Schaltkupplung (4 ) zum Schalten einer zweiten Verbindung zwischen dem Elektromotor (2 ) und dem Abtriebselement (6 ), wobei mittels des ersten Planetentriebs (7 ) eine getriebliche Verbindung zwischen dem Elektromotor (2 ) und der ersten Schaltkupplung (3 ) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplungen (3 ,4 ) mittels eines gemeinsamen und wechselseitig auf beide Schaltkupplungen (3 ,4 ) wirkenden Aktuatorglieds (10a ) einer Aktuatoranordnung (10 ) ein- und ausrückbar sind. - Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplungen (
3 ,4 ) sich vom Typ her unterscheiden. - Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schaltkupplungen (
3 ,4 ) Reibkupplungen sind, wobei eine der Schaltkupplungen (4 ) eine Ein- oder Mehrscheibenkupplung und die andere Schaltkupplung (3 ) eine Kupplung mit konischen Reibflächen (3a' ,3b' ) ist. - Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuatorglied (
10a ) eine Schiebemuffe ist, welche axial beweglich und rotationsfest mit dem Abtriebselement (6 ) gekoppelt ist. - Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuatorglied (
10a ) elektromotorisch antreibbar ist. - Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetentrieb (
7 ) einen ersten Planetenträger (7a ) aufweist, wobei der erste Planetenträger (7a ) erste Planetenräder (7b ) trägt, welche im Zahneingriff mit einem ersten Sonnenrad (7c ) stehen, welches drehfest auf einer Ausgangswelle (5 ) des Elektromotors (2 ) sitzt, und welche im Zahneingriff mit einem an einem Gehäuse (8 ) der Antriebseinheit (1 ) festgelegten ersten Hohlrad (7d ) stehen, wobei der erste Planetenträger (7a ) und das Abtriebselement (6 ) mittels der ersten Schaltkupplung (3 ) sowie mittels einer Freilaufkupplung (11 ) wirkverbindbar und wieder trennbar sind. - Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (
6 ) mit einem Zahnrad drehmomentfest verbunden ist, wobei über das Zahnrad eine getriebliche Verbindung zwischen den Schaltkupplungen (3 ,4 ) und einem Differenzial (13 ) gebildet ist. - Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die getriebliche Verbindung durch einen zweiten Planetentrieb (
12 ) gebildet ist, wobei das Zahnrad ein zweites Sonnenrad (12a ) des zweiten Planetentriebs (12 ) ist, welches im Zahneingriff mit zweiten Planetenrädern (12c ) steht, welche drehbar gelagert und an einem zweiten Planetenträger (12b ) aufgenommen sind und welche im Zahneingriff mit einem an einem Gehäuse (8 ) der Antriebseinheit (8 ) festgelegten zweiten Hohlrad (12d ) im Zahneingriff stehen. - Antriebseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Planetenträger (
12b ) des zweiten Planetentriebs (12 ) mit dem Differenzialkorb (13a ) des Differenzials (13 ) verbunden ist.
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2011
- 2011-09-22 DE DE102011083201A patent/DE102011083201A1/de not_active Withdrawn
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