DE102023121231A1 - Coupling arrangement for the speed-dependent coupling of two shafts - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung (1) zur drehzahlabhängigen Kupplung zweier Wellen (11, 12) sowie ein mit einer derartigen Kupplungsanordnung (1) ausgestattetes Fahrzeug (50). Die Kupplungsanordnung (1) umfasst einen auf der ersten Welle (11) angeordneten Kupplungskörper (20), eine auf der ersten Welle (11) angeordnete und in Richtung einer Längsachse (30) der Kupplungsanordnung (1) verschiebbare erste Kupplungshälfte (41), eine mit der zweiten Welle (12) verbundene zweite Kupplungshälfte (42), eine Mehrzahl von auf dem Kupplungskörper (20) drehbar gelagerten Fliehkraftelementen (21) und eine auf der ersten Welle (11) angeordnete und in Richtung der Längsachse (30) verschiebbare Druckplatte (22). Die Fliehkraftelemente (21) üben als Folge einer auf sie wirkenden Zentrifugalkraft Fc bei einer Rotation der ersten Welle (11) über die Druckplatte (22) eine Kraft FAauf die erste Kupplungshälfte (41) aus. Die Kraft FAbewirkt beim Überschreiten eines Grenzwerts ω1einer Drehzahl der ersten Welle (11) ein Trennen oder Koppeln der ersten Kupplungshälfte (41) und der zweiten Kupplungshälfte (42)The invention relates to a clutch arrangement (1) for the speed-dependent coupling of two shafts (11, 12) and to a vehicle (50) equipped with such a clutch arrangement (1). The coupling arrangement (1) comprises a coupling body (20) arranged on the first shaft (11), a first coupling half (41) arranged on the first shaft (11) and displaceable in the direction of a longitudinal axis (30) of the coupling arrangement (1), a second coupling half (42) connected to the second shaft (12), a plurality of centrifugal force elements (21) rotatably mounted on the coupling body (20) and a pressure plate arranged on the first shaft (11) and displaceable in the direction of the longitudinal axis (30) ( 22). The centrifugal force elements (21) exert a force FA on the first coupling half (41) as a result of a centrifugal force Fc acting on them when the first shaft (11) rotates via the pressure plate (22). When a limit value ω1 of a speed of the first shaft (11) is exceeded, the force FA causes the first coupling half (41) and the second coupling half (42) to be separated or coupled.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung zur drehzahlabhängigen Kupplung zweier Wellen sowie ein mit einer derartigen Kupplungsanordnung ausgestattetes Fahrzeug.The invention relates to a clutch arrangement for the speed-dependent coupling of two shafts and to a vehicle equipped with such a clutch arrangement.
Aus der
Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung zur drehzahlabhängigen Kupplung einer ersten Welle und einer zweiten Welle umfasst einen auf der ersten Welle angeordneten Kupplungskörper, eine auf der ersten Welle angeordnete und in Richtung einer Längsachse der Kupplungsanordnung verschiebbare erste Kupplungshälfte, eine mit der zweiten Welle verbundene zweite Kupplungshälfte, eine Mehrzahl von auf dem Kupplungskörper drehbar gelagerten Fliehkraftelementen und eine auf der ersten Welle angeordnete und in Richtung der Längsachse verschiebbare Druckplatte. Die Fliehkraftelemente üben als Folge einer auf sie wirkenden Zentrifugalkraft Fc bei einer Rotation der ersten Welle über die Druckplatte eine Kraft FA auf die erste Kupplungshälfte aus, wobei die Kraft FA bei einem Überschreiten eines Grenzwerts ω1 einer Drehzahl der ersten Welle ein Trennen oder Koppeln der ersten Kupplungshälfte und der zweiten Kupplungshälfte bewirkt.The clutch arrangement according to the invention for the speed-dependent coupling of a first shaft and a second shaft comprises a clutch body arranged on the first shaft, a first clutch half arranged on the first shaft and displaceable in the direction of a longitudinal axis of the clutch arrangement, a second clutch half connected to the second shaft, a plurality of centrifugal force elements rotatably mounted on the coupling body and a pressure plate arranged on the first shaft and displaceable in the direction of the longitudinal axis. The centrifugal force elements exert a force F A on the first coupling half as a result of a centrifugal force Fc acting on them when the first shaft rotates over the pressure plate, the force F A separating or separating when a limit value ω 1 of a speed of the first shaft is exceeded Coupling the first coupling half and the second coupling half causes.
Ob beim Überschreiten des Grenzwerts ω1 der Drehzahl der ersten Welle ein Trennen oder Koppeln der Kupplungshälften erfolgt, ist von der Gestaltung der Druckplatte abhängig, die sich in den Ausführungsformen der Kupplungsanordnung unterscheidet.Whether the coupling halves are separated or coupled when the speed limit ω 1 of the first shaft is exceeded depends on the design of the pressure plate, which differs in the embodiments of the coupling arrangement.
Dadurch, dass die von den Fliehkraftelementen hervorgerufene Kraft FA bei einem definierten Grenzwert ω1 der Drehzahl der ersten Welle ein Trennen oder Koppeln der ersten Kupplungshälfte und der zweiten Kupplungshälfte bewirkt, ermöglicht die Erfindung, dass ein für die jeweilige Drehzahl der ersten Welle gewünschter Zustand der Kupplungsanordnung eingestellt werden kann. Während es in einigen Anwendungsfällen gewünscht ist, dass die erste Welle und die zweite Welle erst beim Überschreiten einer gewissen Drehzahl gekoppelt werden, ist es in anderen Anwendungsfällen gewünscht, dass die erste Welle und die zweite Welle beim Überschreiten einer gewissen Drehzahl getrennt werden.Because the force F A caused by the centrifugal force elements causes a separation or coupling of the first coupling half and the second coupling half at a defined limit value ω 1 of the speed of the first shaft, the invention enables a desired state for the respective speed of the first shaft the clutch arrangement can be adjusted. While in some applications it is desired that the first shaft and the second shaft are only coupled when a certain speed is exceeded, in other applications it is desired that the first shaft and the second shaft are separated when a certain speed is exceeded.
Vorzugsweise umfasst die Kupplungsanordnung eine oder mehrere Federn, die eine Kraft Fs auf die erste Kupplungshälfte ausüben, wobei die Kraft Fs entgegengesetzt zur Kraft FA wirkt. Dadurch wird es ermöglicht, dass die erste Kupplungshälfte in einer Grundposition gehalten wird und ein Verschieben der ersten Kupplungshälfte erst erfolgt, wenn die Kraft FA die Kraft Fs übersteigt.Preferably, the clutch arrangement comprises one or more springs which exert a force Fs on the first clutch half, the force Fs acting in the opposite direction to the force F A. This makes it possible for the first coupling half to be held in a basic position and for the first coupling half to be displaced only when the force F A exceeds the force Fs.
Die Kupplungsanordnung umfasst vorzugsweise einen Einrastmechanismus, der eine Kraft FD auf die erste Kupplungshälfte ausübt und der die erste Kupplungshälfte in Abhängigkeit von der Drehzahl der ersten Welle in einer festen ersten Position, in der die erste Welle und die zweite Welle getrennt sind, oder in einer festen zweiten Position, in der die erste Welle und die zweite Welle gekoppelt sind, hält. Hierdurch wird es ermöglicht, dass sich die beiden Kupplungshälften nur in einem vollständig gekoppelten oder einem vollständig getrennten Zustand befinden können. Es wird also vorteilhafterweise verhindert, dass sich die erste Kupplungshälfte in einem ungewünschten Zwischenzustand befindet.The clutch assembly preferably includes a latching mechanism which applies a force F D to the first clutch half and which, depending on the speed of rotation of the first shaft, keeps the first clutch half in a fixed first position in which the first shaft and the second shaft are separated, or in a fixed second position in which the first shaft and the second shaft are coupled. This makes it possible that the two coupling halves can only be in a completely coupled or a completely separated state. It is therefore advantageously prevented that the first coupling half is in an undesirable intermediate state.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Einrastmechanismus und die Federn so gestaltet, dass, nachdem der Grenzwert ω1 der Drehzahl der ersten Welle überschritten wurde und eine Änderung der Position der ersten Kupplungshälfte erfolgt ist, ein entgegengesetzter Wechsel der Position der ersten Kupplungshälfte erst erfolgt, wenn ein Grenzwert ω2 der Drehzahl der ersten Welle unterschritten wird. Der Grenzwert ω2 ist dabei kleiner als der Grenzwert ω1. Durch eine solche Gestaltung wird vorteilhafterweise vermieden, dass ein wiederholtes Kuppeln und Trennen der ersten und zweiten Kupplungshälften bei einem Oszillieren der Drehzahl der ersten Welle im Bereich des Grenzwerts ω1 erfolgt.In a preferred embodiment, the latching mechanism and the springs are designed so that after the limit value ω 1 of the speed of the first shaft has been exceeded and a change in the position of the first coupling half has occurred, an opposite change in the position of the first coupling half only occurs when a limit value ω 2 of the speed of the first shaft is undershot. The limit value ω 2 is smaller than the limit value ω 1 . Such a design advantageously avoids repeated coupling and separation of the first and second coupling halves when the speed of the first shaft oscillates in the range of the limit value ω 1 .
Die erste Kupplungshälfte und die Druckplatte bilden vorzugsweise ein gemeinsames Bauteil. Dies ermöglicht eine direkte Übertragung der auf die Druckplatte wirkenden Kraft FA auf die erste Kupplungshälfte.The first coupling half and the pressure plate preferably form a common component. This enables the force F A acting on the pressure plate to be transferred directly to the first coupling half.
Die erste Kupplungshälfte und die zweite Kupplungshälfte weisen bevorzugt Klauen auf, über die die Kupplungshälfte koppelbar sind.The first coupling half and the second coupling half preferably have claws via which the coupling half can be coupled.
Bevorzugt ist eine Kontaktfläche der Druckplatte, über die die Fliehkraftelemente mit der Druckplatte in Kontakt stehen, gegenüber der Längsachse geneigt ausgerichtet.A contact surface of the pressure plate is preferred, via which the centrifugal force elements with the pressure plate are in contact, aligned at an angle to the longitudinal axis.
In einer bevorzugten Ausführung der Kupplungsanordnung sind die Fliehkraftelemente auf Bolzen des Kupplungskörpers gelagert, wobei die Bolzen in Richtung der Längsachse orientiert und über den Umfang des Kupplungskörpers verteilt sind. Dies ermöglicht eine zuverlässige Sicherung der Fliehkraftelemente und eine effektive Positionierung der Fliehkraftelemente relativ zur Druckplatte.In a preferred embodiment of the clutch arrangement, the centrifugal force elements are mounted on pins of the clutch body, the pins being oriented in the direction of the longitudinal axis and distributed over the circumference of the clutch body. This enables the centrifugal force elements to be reliably secured and the centrifugal force elements to be positioned effectively relative to the pressure plate.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung, wobei die erste Welle mit einem Motor des Fahrzeugs antriebsverbunden ist und wobei die zweite Welle mit einer Achse des Fahrzeugs antriebsverbunden ist. Durch einen derartigen Einsatz der Kupplungsanordnung wird erreicht, dass - je nach Gestaltung der Kupplungsanordnung - die Wirkverbindung des Motors mit der Achse beim Überschreiten eines Grenzwerts ω1 der Drehzahl der ersten Welle unterbrochen wird oder die Wirkverbindung erst beim Überschreiten des Grenzwerts ω1 hergestellt wird. Ein Unterbrechen der Wirkverbindung beim Überschreiten des Grenzwerts ω1 kann vorteilhaft sein, um den Motor vor zu hohen Drehzahlen zu schützen oder um eine Reduzierung der Leistung des Motors und eine damit einhergehende Einsparung von Energie zu gestatten. Ein Herstellen der Wirkverbindung beim Überschreiten des Grenzwerts ω1 ermöglicht es, die an die Achsen übertragene Leistung ab einem bestimmten Drehzahlwert der ersten Achse zu erhöhen.A vehicle according to the invention comprises a clutch arrangement according to the invention, wherein the first shaft is drive-connected to an engine of the vehicle and wherein the second shaft is drive-connected to an axle of the vehicle. By using the clutch arrangement in this way, it is achieved that - depending on the design of the clutch arrangement - the active connection of the motor to the axis is interrupted when a limit value ω 1 of the speed of the first shaft is exceeded, or the active connection is only established when the limit value ω 1 is exceeded. Interrupting the active connection when the limit value ω 1 is exceeded can be advantageous in order to protect the motor from excessively high speeds or to allow a reduction in the power of the motor and the associated saving of energy. Establishing the active connection when the limit value ω 1 is exceeded makes it possible to increase the power transmitted to the axes from a certain speed value of the first axis.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
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1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Kupplungsanordnung in einem Längsschnitt, -
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Kupplungsanordnung in einer Explosionsansicht, -
3 eine Detailansicht des Einrastmechanismus des zweiten Ausführungsbeispiels der Kupplungsanordnung, -
4 das zweite Ausführungsbeispiel der Kupplungsanordnung in einem zusammengebauten Zustand, -
5a den Querschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels der Kupplungsanordnung mit den Fliehkraftelementen einem eingefahrenen Zustand, -
5b den Querschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels der Kupplungsanordnung mit den Fliehkraftelementen einem ausgefahrenen Zustand, -
6 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Kupplungsanordnung in einem Längsschnitt, -
7 ein viertes Ausführungsbeispiel der Kupplungsanordnung in einer Explosionsansicht und -
8 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung ausgestatteten Fahrzeugs.
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1 schematically a first exemplary embodiment of the coupling arrangement in a longitudinal section, -
2 a second embodiment of the coupling arrangement in an exploded view, -
3 a detailed view of the latching mechanism of the second exemplary embodiment of the clutch arrangement, -
4 the second exemplary embodiment of the clutch arrangement in an assembled state, -
5a the cross section of the second exemplary embodiment of the clutch arrangement with the centrifugal force elements in a retracted state, -
5b the cross section of the second exemplary embodiment of the clutch arrangement with the centrifugal force elements in an extended state, -
6 schematically a third embodiment of the coupling arrangement in a longitudinal section, -
7 a fourth embodiment of the coupling arrangement in an exploded view and -
8th schematically an exemplary embodiment of a vehicle equipped with a clutch arrangement according to the invention.
Die Kupplungsanordnung 1 umfasst außerdem eine Mehrzahl von auf Bolzen 25 des Kupplungskörpers 20 drehbar gelagerten Fliehkraftelementen 21. Die Bolzen 25 sind in Richtung der Längsachse 30 orientiert und über den Umfang des Kupplungskörpers 20 verteilt. Des Weiteren umfasst die Kupplungsanordnung 1 eine auf der ersten Welle 11 angeordnete und in Richtung der Längsachse 30 verschiebbare Druckplatte 22. Die Kontaktfläche der Druckplatte 22, über die die Fliehkraftelemente mit der Druckplatte 22 in Kontakt stehen, ist gegenüber der Längsachse 30 geneigt ausgerichtet.The
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kupplungsanordnung 1 einen Einrastmechanismus 24 auf. Dieser übt eine Kraft FD auf die erste Kupplungshälfte 41 aus und bewirkt, dass sich die erste Kupplungshälfte 41 lediglich in einer festen ersten Position, in der die erste Welle 11 und die zweite Welle 12 getrennt sind, oder in einer festen zweiten Position, in der die erste Welle 11 und die zweite Welle 12 gekoppelt sind, befinden kann.In the exemplary embodiment shown, the
Die Fliehkraftelemente 21 üben als Folge einer Zentrifugalkraft Fc bei einer Rotation der ersten Welle 11 über die Druckplatte 22 eine Kraft FA auf die erste Kupplungshälfte 41 aus. Mehrere Federn 23, die in diesem Ausführungsbeispiel in den Kupplungskörper 20 eingelassen sind, üben über die Druckplatte 22 eine Kraft Fs auf die erste Kupplungshälfte 41 aus, welche entgegengesetzt zur Kraft FA wirkt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Federn 23 als Spiralfedern ausgeprägt.The
Die Druckplatte 22 ist so gestaltet, dass die Kraft FA in eine Richtung wirkt, die mit einem Trennen der ersten Kupplungshälfte 41 und der zweiten Kupplungshälfte 42 einhergeht. Im Zustand der in
Der Einrastmechanismus 24 und die Federn 23 sind im Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass, nachdem der Grenzwert ω1 der Drehzahl der ersten Welle 11 überschritten wurde und eine Änderung der Position der ersten Kupplungshälfte 41 erfolgt ist, ein entgegengesetzter Wechsel der Position der ersten Kupplungshälfte 41 erst erfolgt, wenn ein Grenzwert ω2 der Drehzahl der ersten Welle 11 unterschritten wird, wobei der Grenzwert ω2 kleiner ist als der Grenzwert ω1. Für das Ausführungsbeispiel bedeutet dies genauer gesagt, dass ein Koppeln der Kupplungshälften 41, 42 erst beim Unterschreiten einer Drehzahl der ersten Welle 11 erfolgt, die niedriger ist als die Drehzahl, die zuvor ein Trennen der Kupplungshälften 41, 42 bewirkt hat.The
Eine erste Gruppe der Vertiefungen 242 (in der
Der Einrastmechanismus 24 ist so ausgelegt, dass die Kraft FA beim Überschreiten des Grenzwerts ω1 der Drehzahl der ersten Welle 11 die vom Einrastmechanismus 24 ausgehende Kraft FD und die von den Federn 23 ausgehende Kraft Fs übersteigt und somit ein Verschieben der ersten Kupplungshälfte 41 möglich ist. Der Einrastmechanismus 24 umfasst Einrastelemente 241, die im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen als Federn gestaltet sind und deren erste Enden in Vertiefungen 242 der Druckplatte 22 einrasten. Die zweiten Enden der Einrastelemente 241 sind mit der mit der ersten Welle 11 dauerhaft verbunden. In alternativen Ausführungen, wie bspw. in
Über die Gestaltung der Vertiefungen 242 und über die Auslegung der Einrastelemente 241 und der einen oder mehreren Federn 23 kann die zuvor beschriebene Differenz der Grenzwerte ω1 und ω2 eingestellt werden.The previously described difference between the limit values ω 1 and ω 2 can be adjusted via the design of the
Für das Ausführungsbeispiel der
Der Einsatz von Federn 23 und Einrastelementen 241 mit progressiven oder degressiven Federkennlinien ist eine weitere Möglichkeit zum Erzielen gewünschter Grenzwerte ω1 und ω2. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die beiden Gruppen der Vertiefungen 242 unterschiedlich zu gestalten, sodass je nach gewünschter Funktion der Kupplungsanordnung 1 die Einrastelemente 241 in einem eingerasteten Zustand in der einen Gruppe der Vertiefungen 242 einen höheren Widerstand FD für das Verschieben der ersten Kupplungshälfte 41 als in der anderen Gruppe der Vertiefungen 242 bewirken.The use of
Die Druckplatte 22 und die erste Kupplungshälfte 41 sind als gemeinsames Bauteil ausgebildet. Eine Außenverzahnung der ersten Welle 11 und eine Innenverzahnung der ersten Kupplungshälfte 41 stehen im zusammengebauten Zustand der Kupplungsanordnung 1 miteinander in Eingriff, sodass die erste Kupplungshälfte 41 auf der ersten Welle 11 in Richtung der Längsachse 30 verschiebbar, aber nicht um die Längsachse 30 rotierbar ist.The
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Kupplungsanordnung 1 eine einzelne Feder 23, die als Tellerfeder ausgeprägt ist und von der die Kraft Fs ausgeht.In this exemplary embodiment, the
Sicherungsringe 26 dienen der Sicherung der Fliehkraftelemente 21 auf den Bolzen 25. Ein weiterer Sicherungsring 27 dient als Begrenzung für die Verschiebung der ersten Kupplungshälfte 41 auf der ersten Welle 11.
Der Einrastmechanismus 24 des zweiten Ausführungsbeispiels ist in
Die
Mit zunehmender Drehzahl der ersten Welle 11 drehen sich die Fliehkraftelemente 21 aufgrund der auf sie wirkenden Zentrifugalkraft Fc um die Bolzen 25, auf denen sie gelagert sind. Bei einer Drehzahl der ersten Welle 11 über dem Grenzwert ω1 erreichen die Fliehkraftelemente 21, wie in
Die Funktionsweise der Fliehkraftelemente 21 ist bedingt durch ihre Massenverteilung. Jedes Fliehkraftelement 21 weist einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, wobei die Abschnitte auf gegenüberliegenden Seiten des Bolzens 25 angeordnet sind. Da der erste Abschnitt eine höhere Masse bzw. ein höheres Trägheitsmoment als der zweite Abschnitt aufweist, wird der erste Abschnitt bei einer Rotation der ersten Welle 11 aufgrund der auf ihn wirkenden höheren Zentrifugalkraft nach außen ausgelenkt. Dadurch wird wiederum der zweite Abschnitt des starren Fliehkraftelements 21 nach innen ausgelenkt und drückt gegen die Druckplatte 22.The functionality of the
Entsprechend liegt der Betrag der Kraft FA unter dem Betrag der Summe der Kraft Fs und der Kraft FD, sodass die erste Kupplungshälfte 41 und die zweite Kupplungshälfte 42 getrennt sind. Mit steigender Drehzahl der ersten Welle 11 nimmt die Kraft FA zu, sodass sich die erste Kupplungshälfte 41 in Richtung der zweiten Kupplungshälfte 42 verschiebt und schließlich eine Kupplung der beiden Kupplungshälften 41, 42 erfolgt.Correspondingly, the magnitude of the force F A is below the magnitude of the sum of the force Fs and the force F D , so that the
Für die Verhältnisse der Kräfte gilt im Ausführungsbeispiel der
Ein viertes Ausführungsbeispiel der Kupplungsanordnung 1 ist in
Beim Überschreiten eines Grenzwerts ω1 der Drehzahl der ersten Welle 11 erfolgt ein Trennen der Kupplungshälften 41, 42 der Kupplungsanordnung 1, sodass die Wirkverbindung des Motors 51 mit der Achse 53 unterbrochen wird.When a limit value ω 1 of the speed of the
Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Motoren 51, 52 um Elektromotoren.In the exemplary embodiment, the
In alternativen Ausführungsformen des Fahrzeugs 50 kann sowohl zwischen dem Motor 51 und der Achse 53 als auch zwischen dem Motor 52 und der Achse 54 eine Kupplungsanordnung 1 vorliegen. In einem solchen Fall ist es möglich, dass bei einem Überschreiten des Grenzwerts ω1 ein Trennen der Kupplungshälften 41, 42 der einen Kupplungsanordnung 1 bewirkt wird, während bei der anderen Kupplungsanordnung 1 beim Überschreiten des Grenzwerts ω1 ein Koppeln der Kupplungshälften 41, 42 bewirkt wird. Der Grenzwert ω1 kann für die Kupplungsanordnungen 1 identisch oder unterschiedlich definiert sein.In alternative embodiments of the
Weiterhin kann sich sowohl die Anzahl als auch der Typ der Motoren 51, 52 sowie die Anzahl der Achsen 53, 54 vom in
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Family Applications Before (1)
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102013212028A1 (en) | 2012-06-29 | 2014-01-02 | GM Global Technology Operations, LLC (n.d. Ges. d. Staates Delaware) | Hybrid powertrain with centrifugally operated engine disconnect clutch and method of control |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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