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Diese Erfindung betrifft eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung.
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Freilaufdrehmoment-Übertragungsmechanismen oder mechanische Dioden sind im Allgemeinen vom Typ eines Bolzens, eines Zylinders oder einer Strebe und sind entworfen, um ein Überholen zwischen zwei Elementen in einer Betriebsrichtung zu vermeiden, während sie ein Überholen eines Elements in der entgegengesetzten Richtung zulassen. Diese Einrichtungen können entweder Drehmoment übertragende Mechanismen vom Rotationstyp sein oder Drehmoment übertragende Mechanismen, die einen feststehenden Betrieb vorsehen, wie beispielsweise eine Bremse. Diese Freilaufeinrichtungen haben bei Lastschaltgetrieben eine häufige Anwendung gefunden, bei denen es wünschenswert ist, mindestens einen Gang herzustellen, so dass die Freilaufeinrichtung bei einem Gangwechsel einfach überholt, wobei eine Änderung in dem Zahnradzug eines Lastschaltgetriebes zugelassen wird.
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Kürzlich wurde vorgeschlagen, die Reibungseinrichtungen eines Lastschaltgetriebes durch Drehmoment/Schub-Mechanismen zu betätigen. Typen von Drehmoment/Schub-Drehmomentübertragungsvorrichtungen oder -mechanismen sind in der US-Veröffentlichung
US 2004/0099071 A1 , veröffentlicht am 27. Mai 2004; in der
US 2005/0137045A1 , eingereicht am 17. Dezember 2003; und in der
US 2006/0060444 A1, , eingereicht am 22. September 2004, gezeigt. Jede dieser Patentanmeldungen ist an die Inhaberin der vorliegenden Anmeldung übertragen.
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Bei einer Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung in einer Automatikgetriebeanwendung wird ein Elektromotor im Allgemeinen eingesetzt, um eine Antriebsdrehung durch ein Drehelement vorzusehen, das mit einem linearen Schubelement über eine Nockenanordnung in Wirkverbindung steht, so dass bei einer Drehung des Elektromotors das lineare Element eine Einrückungskraft auf einen über Reibung arbeitenden Drehmomentübertragungsmechanismus wie beispielsweise eine Kupplung oder Bremse vorsieht. Um die Kupplung oder Bremse in Eingriff zu halten, muss der Elektromotor mit Energie beaufschlagt werden oder eine erhebliche Reibung muss in der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung aufgebaut werden.
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Die vorliegende Erfindung strebt an, die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung durch Vorsehen eines Mechanismus zum Halten des Eingriffs des Drehmomentübertragungsmechanismus zu verbessern, jedoch mit wenig Reibung bei dem Einrückungshub, der die erforderte Motorgröße bestimmt.
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Es ist ein Ziel dieser Erfindung, einen verbesserten Freilauf-Drehmomentübertragungsmechanismus mit einem Überholzustand in einer Betriebsrichtung und einem Mechanismus zum beschränkten Halten in der entgegengesetzten Richtung vorzusehen.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Reibungsmechanismus zwischen einem Laufring des Drehmomentübertragungsmechanismus und einem feststehenden Wandelement angeordnet.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der eine Laufring der Freilaufeinrichtung in Ansprechen auf eine Schubkraft, mit der ein Drehmoment/Schubmechanismus beaufschlagt wird, durch den Reibungsmechanismus feststehend gehalten.
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In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht die Freilaufeinrichtung einen Antrieb mit einem niedrigen Widerstand in einer Drehrichtung und einen Antrieb mit einem hohen Widerstand in der entgegengesetzten Drehrichtung vor.
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In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung eine über Reibung betätigte Freilaufeinrichtung, um einen beschränkten Haltekraftwert vorzusehen und somit die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung in einer betriebsbereiten Position zu halten.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
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1 einen Aufriss im Schnitt eines Abschnitts einer Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung, der die vorliegende Erfindung enthält;
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2 eine weitere Ausführungsform, die eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung zeigt, die die vorliegende Erfindung einsetzt;
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3 wieder eine andere Ausführungsform, die die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung beschreibt, die die vorliegende Erfindung einsetzt;
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4 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung die vorliegende Erfindung einsetzt, und in welcher die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung einen Hydraulikmechanismus umfasst;
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5 eine Reihe von Kurven, die ein Motordrehmoment mit einer Klemmlast in Beziehung bringen, wobei einige der Betriebsmerkmale der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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In 1 ist eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung gezeigt, die im Allgemeinen mit 10 bezeichnet ist. Die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 10 weist einen Elektromotor 12 auf, der ein Antriebszahnrad 14 antreibt, das mit einem Abtriebszahnrad 16 kämmt.
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Eine linear bewegbare Schubplatte 18 ist treibend mit dem Zahnrad 16 durch einen Nockenmechanismus 20 verbunden, der eine Oberfläche oder Bahn 22, die an dem Abtriebszahnrad 16 ausgebildet ist, und eine Oberfläche oder Bahn 24 umfasst, die an der Schubplatte 18 ausgebildet ist. Das Abtriebszahnrad 16 weist einen inneren Durchmesser 26 auf, der drehbar durch ein Lager 30 an einer Oberfläche 28 befestigt ist. Die Schubplatte 18 ist auf Anschlag mit einer Feder 32 angeordnet, die eine Reibungsplatte 34 berührt, welche ein Element eines Reibungsdrehmomentübertragungsmechanismus 36 ist.
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Der Reibungsdrehmomentübertragungsmechanismus 36 umfasst die Reibungsplatte 34 und Reibungsplatten 38, die zwischen Reibungsplatten 40 in Eingriff stehen. Die Reibungsplatten 34 und 38 sind über eine Kerbverzahnung oder Keilnuten mit einem Gehäuse 42 verbunden, und die Reibungsplatten 40 sind über eine Kerbverzahnung oder Keilnuten mit einem Gehäuse 44 verbunden. Die Reibungsplatten 34, 38 und 40 sowie die Gehäuse 42 und 44 bilden einen herkömmlichen reibungsbetätigten Drehmomentübertragungsmechanismus. Die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 10 stellt die Einrückungskraft bereit, die den Reibungseingriff zwischen den Platten 34, 38 und 40 erzeugt. Diese Arten von Einrichtungen wurden in vorhergehenden Patentanmeldungen offenbart.
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Das Abtriebszahnrad 16 weist einen zylindrischen Abschnitt 46 auf, der einen inneren Laufring für einen Freilaufmechanismus oder eine mechanische Diode 48 bildet. Der Freilaufmechanismus 48 weist einen äußeren Laufring 50 und eine Vielzahl an Zylinder-, Bolzen- oder Strebenelementen 52 auf, die zwischen dem inneren Laufring 46 und dem äußeren Laufring 50 angeordnet sind.
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Ein Drucklager 54 ist zwischen einer radialen Außenfläche 56 des Abtriebzahnrads 16 angeordnet. Das Drucklager 54 ist ein reibungsminderndes Lager, das einen sehr kleinen Widerstand auf die relative Drehung zwischen der Außenfläche 56 und dem äußeren Laufring 50 ausübt.
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Eine Reibungsplatte 58 ist zwischen dem äußeren Laufring 50 und einer feststehenden Wand 60 angeordnet. Die Reibungsplatte 58 wird, wenn der äußere Laufring 50 an ihr anschlägt, die Drehung des äußeren Laufrings 50 hemmen oder blockieren. Wenn jedoch der äußere Laufring 50 festgehalten wird, wird der innere Laufring 46, wie es bei Freilaufmechanismen weithin bekannt ist, frei sein, um sich in eine Richtung zu drehen, während eine Drehung in die andere Richtung gebremst wird.
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Wenn der Elektromotor 12 für die Zahnräder 14 und 16 eine Vorwärtsdrehung vorsieht, wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 36 durch eine lineare Bewegung der Schubplatte 18 in Eingriff gelangen. Der Schubkraft auf der Platte 18 wird durch das Zahnrad 16 auf den äußeren Laufring 50 entgegengewirkt, wobei ein Eingriff zwischen dem äußeren Laufring 50 und der Reibungsplatte 58 erzwungen wird. Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 36 vollständig in Eingriff steht, kann die Energie von dem Elektromotor 12 weggenommen werden.
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In einer gewöhnlichen oder herkömmlichen Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung würde der zwischen der Platte 18 und dem Zahnrad 16 aufgebrachte Schub eine Rückwärtsdrehung des Zahnrads 16 verursachen, wenn die Antriebskraft des Elektromotors unterbrochen werden würde. Jedoch verhindert der Freilaufmechanismus 48 durch die Arbeit des äußeren Laufrings 50 und der Reibungsplatte 58 eine Rückwärtsdrehung des Zahnrads 16, wodurch der Drehmomentübertragungsmechanismus 36 in Eingriff gehalten wird.
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Die Reibungseigenschaften zwischen dem äußeren Laufring 50 und der Reibungsplatte 58 sind derart, dass der Elektromotor 12 bei einer Rückwärtsdrehung diese Reibungskraft überwinden kann, wodurch das Zahnrad 16 in die entgegengesetzte Richtung angetrieben wird, um ein Außereingrifftreten des Drehmomentübertragungsmechanismus 36 zuzulassen. Wenn das Zahnrad 16 in der Rückwärtsdrehung angetrieben wird, reduziert sich die Schubkraft der Grenzfläche der Bahnen 22 und 24 entsprechend, wodurch die Menge an bei dem Elektromotor 12 erforderlicher Energie reduziert wird. Diese Kraftübertragung ist in 5 gezeigt.
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Wenn man in 5 eine reibungslose Position annimmt, würde die gestrichelte Linie A sowohl das eingehende Motordrehmoment, das benötigt wird, als auch das ausgehende Motordrehmoment darstellen, das benötigt wird, um die Klemmkraft oder Klemmlast, die auf der vertikalen Achse gezeigt ist, zu liefern. Da Systeme jedoch nicht reibungslos sind, muss das eingehende Motordrehmoment entlang der Linie B laufen oder sich entlang dieser verschieben, was natürlich ein größeres Motordrehmoment als die Idealsituation erfordert.
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Um die Klemmlast zu lösen, wäre in einem herkömmlichen Drehmoment/Schub-Umwandlungszustand ein Motordrehmoment entlang der Linie C erforderlich. Somit kann die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung außer Eingriff treten, es sei denn, in dem Motor wird eine Kraft gehalten. Während in dem System genügend Reibung aufgebaut werden kann, erhöht es das Motordrehmoment stark. Die Linie D stellt das Motordrehmoment dar, das erforderlich ist, um genügend Reibung bereitzustellen, so dass die Loslöselast für das Motordrehmoment der Linie E folgt. Somit ist eine beträchtliche Menge an Energie, die durch den Abstand F dargestellt ist, erforderlich, um das Sperrmerkmal vorzusehen.
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Bei der vorliegenden Erfindung erhöht sich das eingehende Motordrehmoment entlang der Linie B, was die Reibung und die Klemmlast in dem System erfordern, und wenn die gewünschte Klemmlast und der umfasste Reibungsmechanismus erreicht sind, gelangen der äußere Laufring 50 und die Reibungsplatte 58 durch Umkehren der Drehrichtung in Eingriff. Wenn der Reibungsmechanismus gedreht wird, um die Klemmlast zu entfernen, kann Energie von dem Motor 12 weggenommen werden. Der Freilaufmechanismus 48 und der Reibungsmechanismus werden durch Beaufschlagen des Motors 12 mit Energie gelöst, wenn in der umgekehrten Richtung gewünscht wird, die Schublast der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 10 zu reduzieren. Dies wird erfordern, dass ein Motordrehmoment bis zu dem Punkt G erhöht wird, bevor die Löselast an der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrtchtung 10 vorhanden ist. Somit wird die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung in der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, mit einem herkömmlichen Motordrehmoment eingerückt und durch ein Umkehren des Motordrehmoments, das groß genug ist, um die Reibungsplatte 58 zu überwinden, gelöst. Es sollte jedoch klar sein, dass der Motor 12 nicht mit Energie beaufschlagt werden muss, um die Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 10 in dem betätigten Zustand zu halten.
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2 beschreibt eine alternative Ausführungsform, in der die Drehung des Zahnradelements 16A dazu dient, auf eine der in 1 beschriebenen ähnliche Weise eine Schubkraft an einer Schubplatte 18A bereitzustellen. Das Zahnrad 15A weist eine zylindrische Oberfläche 80 auf, die den äußeren Laufring einer Freilaufeinrichtung oder mechanischen Diode 82 bildet. Der innere Laufring der Freilaufeinrichtung 82 ist ein zylindrisches Bauelement 84. Die Freilaufeinrichtung 82 weist eine Vielzahl an Zylindern, Bolzen oder Streben 86 auf, die zwischen dem äußeren Laufring 80 und dem inneren Laufring 84 angeordnet sind. Der innere Laufring 84 ist axial ausgerichtet, um an eine Reibungsplatte 88 anzuschlagen, die durch ein Gehäuse 90 feststehend gehalten wird.
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Wie es bei der Einrichtung in 1 beschrieben ist, erhöht die Reibungsplatte 88 nicht die erforderliche Last des Antriebs des Zahnrads 16A, da die Freilaufeinrichtung 82 überholen kann, wodurch der Reibungseingriff des inneren Laufrings 84 mit der Reibungsplatte 88 über eine freie Drehung über das Drucklager 89 umgangen wird. Wenn jedoch eine Schubkraft auf die Platte 18A aufgebracht wird, gelangt die Reibungsplatte 88 in Eingriff, so dass bei einem vollständigen Eingriff eines zugehörigen Drehmomentübertragungsmechanismus die Reibungskraft an dem inneren Laufring 84 das Zahnrad 16A feststehend halten wird, bis eine Antriebskraft von dem Elektromotor vorhanden ist, um ein Außereingrifftreten zu bewirken.
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In 3 ist ein Drehmoment/Schub-Umwandlungsfreilaufmechanismus oder ein in einer Richtung wirkender Drehmoment/Schub-Umwandlungsmechanismus 92 gezeigt. Ein Zahnradelement 94 ist in Kombination mit einer Schubplatte 96 und einem Nackenmechanismus 98 betreibbar, um eine Schubkraft bereitzustellen und somit einen herkömmlichen reibungsbetätigten Drehmomentübertragungsmechanismus in Eingriff zu bringen. Das Zahnradelement 94 weist eine zylindrische Oberfläche 100 auf, die den inneren Laufring eines Freilaufdrehmomentübertragungsmechanismus oder einer mechanischen Diode 102 bildet. Ein zylindrischer Körper 104 bildet den äußeren Laufring des Drehmomentübertragungsmechanismus 102. Ein Drucklager 106 stellt ein reibungsminderndes Element zwischen dem Zahnradelement 94 und einem feststehenden Gehäuse 108 bereit.
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Eine Bellville- oder Tellerfeder 110 ist zwischen einem Arretierring 112, der an dem Gehäuse 108 befestigt ist, und einem Arretierring 114, der an dem äußeren Laufring 104 befestigt ist, angeordnet. Die Feder 110 zwingt den äußeren Laufring 104 nach links in Eingriff mit einem Reibungselement oder einer Reibungsplatte 116. Die Feder 110 stellt daher die axiale Kraft, die erforderlich ist, um die Reibungsplatte 116 in Eingriff zu bringen, bereit. Dies würde eine konstante Kraft an der Reibungsgrenzfläche zwischen dem äußeren Laufring 104 und der Reibungsplatte 116 liefern.
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Die Vorwärtsdrehung des Zahnrads 94 wird durch diese konstante Reibungskraft nicht blockiert, da das Drucklager 106 und Freilaufzylinder, -bolzen oder -streben 118 in dieser Drehrichtung im Wesentlichen reibungslose Lager sind. Jedoch muss bei der Rückwärtsdrehung des Zahnrads 94 dem System ausreichend Energie zugeführt werden, so dass der Punkt G in der Kurve, die in 5 gezeigt ist, erreicht wird. Die erforderliche Antriebslast wäre in dieser Situation jedoch entlang der Linie H konstant, da die Reibungskraft nicht mit der Schubkraft zwischen dem Zahnrad 94 und der Schubplatte 96 in Beziehung steht.
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In 4 ist eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung 200 gezeigt. Dieser Mechanismus umfasst einen Elektromotor 202 mit einem Stator 204 und einem Rotor 206. Der Rotor 206 treibt eine Hohlwelle 208 an, auf der eine Rollenschraube oder Wälzspindel 210 ausgebildet ist. Die Rollenschraube 210 treibt ein Abtriebselement 212 in einer linearen Richtung relativ zu der Drehung des Rotors 206 an. Das Element 212 umfasst einen Hauptzylinder 213 mit einem Kolben 214, der in einem Zylinder 216 verschiebbar angeordnet ist. Der Zylinder 216 steht mit einem Behälter 218 über einen Durchgang 220 und mit einer Ausgangs- oder Auslassöffnung 222 über einen Durchgang 224 in einer Fluidverbindung.
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Wenn der Kolben 214 vollständig eingefahren ist, wie es in 4 gezeigt ist, ist der Durchgang 220 offen gehalten. Wenn der Kolben 214 nach rechts in den Zylinder 216 getrieben ist, ist der Durchgang 220 geschlossen und ein Fluid in dem Zylinder 216 wird durch die Auslassöffnung 222 zu einem Durchgang 226 getrieben oder gepumpt, der mit einer Kammer 228 verbunden ist, die benachbart zu einem Nebenzylinder 230 angeordnet ist. Der Nebenzylinder 230 bewegt sich axial, um mit einer Einrückfeder 232 in Eingriff zu gelangen, die ein Element eines herkömmlichen reibungsbetätigten Drehmomentübertragungsmechanismus 234 ist.
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Dem Druck, der in der Kammer 216 erzeugt wird, um einen Eingriff des Drehmomentübertragungsmechanismus 234 vorzusehen, wird durch ein Drucklager 236 und eine Hülse 238 auf einer Reibungsplatte 240 entgegengewirkt. Die Reibungsplatte 240 ist durch eine Hülse 244 mit einer feststehenden Wand 242 verbunden.
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Die Hülse 238 ist durch eine Freilaufeinrichtung oder mechanische Diode 245 an einem Gehäuse 246, das mit dem Rotor 206 drehbar ist, drehbar gelagert. Die Freilaufeinrichtung 245 erlaubt eine im Wesentlichen ungehinderte relative Drehung zwischen der Hülse 238 und dem Gehäuse 246, wenn der Rotor 206 in einer Richtung gedreht wird, um ein Pumpen zwischen dem Kolben 214 und dem Zylinder 216 zu erzeugen. Wenn der Zylinder 216 jedoch mit Druck beaufschlagt wird, wird die Reaktionslast auf die Hülse 208 über die Hülse 238 auf die Reibungsplatte 240 übertragen, um einen Eingriff zwischen der Reibungsplatte 240, der Hülse 244 und der Wand 242 zu bewirken, wodurch der äußere Laufring der Freilaufeinrichtung 245, der durch die Hülse 238 dargestellt ist, feststehend gehalten wird und der Kolben 214 in der ausgefahrenen Position gehalten wird. Eine Drehung in der Einrückungsrichtung bewirkt, dass eine relative Drehbewegung durch das Lager 236 auftritt, eine Drehung in der Loslöserichtung treibt jedoch durch die Freilaufkupplung und bewirkt, dass die relative Drehbewegung durch die Reibungsplatte 240 auftritt. Um den Kolben 214 einzufahren, muss das Drehmoment an dem Motor 202 ausreichend sein, um die Reibung zu überwinden, die durch die Reibungsplatte 240 dargestellt ist. Dies wird auf eine der für das obige System beschriebenen ähnliche Weise erreicht.
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Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 234 vollständig in Eingriff steht, kann natürlich von dem Elektromotor 202 Energie weggenommen werden und der Fluiddruck in dem Nebenzylinder 230 wird durch die Torsionsreibungslast auf der Reibungsplatte 240 aufrechterhalten, die eine Rückwärtsdrehung des Motors 202 und somit eine Bewegung des Hauptzylinders 213 in der Loslöserichtung verhindert.
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Zusammengefasst betrifft die Erfindung eine Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung mit einem Freilaufmechanismus, der eine freie Drehung sowie eine Aufbringung von Drehmoment zulässt. Eine Reibungsplatte, die zwischen einem Abschnitt einer Freilaufeinrichtung und einem feststehenden Element der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung angeordnet ist, blockiert eine Rückwärtsdrehung bei einem vorbestimmten Drehmomentniveau, was das Schubelement der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung solange in einem in Eingriff stehenden eingegriffenen Zustand halten wird, bis eine vorbestimmte Last auf die Drehseite der Drehmoment/Schub-Umwandlungsvorrichtung aufgebracht wird, um die Reibungslast zu überwinden.