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"Auf ein Drehmoment ansprechende lösbare Servovorrichtung für eine
Reibungskupplung oder eine Reibungsbremse" Für diese Anmeldung wird die Priorität
der Anmeldung Se.No.
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692 432 vom 21. Dezember 1967 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika
in Anspruch genommen.
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Kurzbeschreibung Die Erfindung betrifft ein ein Drehmoment übertragendes
Zahnradgetriebe mit einer lösbaren Servovorrichtung für eine Reibungskupplung oder
eine Reibungsbremse, welche auf änderungen in der Richtung der Drehmomentübertragungen
anspricht. Die Servovorrichtung enthält einen beweglichen Kolben, welcher Reibscheiben
betätigt.
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Zwischen dem Kolben und seinem Zylinder ist eine Leerlaufverbindung
vorgesehen, sodass eine Winkelverstellung des Kolbens mit Bezug auf den Zylinder
das Ansprechen von Steuerventilen einleitet, durch die die Servovorrichtung gesteuert
wird. Die Steuerventile bestehen aus einem Füliventilteil und einem Ablassventilteil,
die in abwechselnder Folge beim Auftreten einer Drehmomentumkehr betätigt werden,
wodurch eine automatische Lösung der Kupplung bei
einer Drehmomentumkehr
hervorgerufen wird sowie ein rasches Anziehen der Kupplung, wenn die Normalrichtung
der Drehmomentübertragung wieder hergestellt wird.
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K a u p t b e s c h r e i b u n g Die Erfindung betrifft Verbesserungen
an Reibungskupplungen oder Reibungsbremsen bei automatischen Zahnradgetrieben. Es
kann die Relativbewegung der Zahnräder in Getrieben gesteuert werden, um mehrere
Drehmomentwege zu erzeugen, wobei jeder Drehmomentweg durch eine unterschiedliche
Übersetzung für das Getriebe gekennzeichnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist ein Zahnrad festgestellt, um einen Drehmoment-Reaktionspunkt in
dem Getriebe zu bilden, wenn eine Reiüungskupplung eine Treibverbindung zwischen
der Antriebswelle und einem anderen Teil des Getriebes herstellt. Wird das Drehmoment
von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragen, so wird die DrehmomentreaRtion
auf das Zahnrad auf das Getriebegehäuse über die Reibungsbremse übertragen Die Bremse
wird durch eine durch Flüssigkeitsdruck betätigte Servovorrichtung angezogen und
gelöst.
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Wird ein Gangwechsel vorgenommen, so wird die Bremse gelöst und eine
andere ein Reibmoment erzeugende Vorrichtung wird angezogen.
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Es ist daher notwendig, eine zeitliche Beziehung zwischen dem Lösen
der Bremse und dem Anziehen der weiteren, Drehmoment erzeugenden Vorrichtungen während
des Schaltintervalles herzustellen.
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Eine Drehmomentumkehr erfolgt in der Reibungsbremse, wenn die
das
Drehmoment übertragende Kapazität der anderen ein Reibmoment erzeugenden Vorrichtung
ansteigt. In diesem Augenblick wird der Kolben der Servovorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung in Winkelrichtung mit Bezug auf den mit ihm zusammenwirkenden Ringzylinder
verstellt. Diese Winkelbewegung wird auf die die Druckflüssigkeit zuteilenden Ventile
übertragen, von denen eines die Verbindung zwischen der Arbeitskammer der Servovorrichtung
und dem Ablassbereich herstellt und unterbricht, und von denen das andere die Verbindung
zwischen der Druckflüssigkeitsquelle und der Arbeitskammer herstellt und unterbricht.
Sobald ein Ventil offen ist, wird das andere in zeitlichem Verhältnis hierzu geschlossen.
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Die Servovorrichtung der einen ein Reibmoment erzeugenden Vorrichtung
ist so ausgebildet, dass'sie eine Unterbrechung des Druckzufuhrkanales und ein öffnen
des Abflusskanales für die Druckkammer ermöglicht, wenn das Drehmoment beim Anziehen
der anderen Reibvorrichtung in umgekehrter Richtung wirkt. Es ist daher überflUs«t,
komplizierte Zeit-Regelvorrichtungen in der Vorrichtung vorzusehen, weil die erste
Vorrichtung automatisch in einem Ausmaß gelöst oder ausgeschaltet wird, welches
von dem Ausmaß des Aufbaues der Drehmomentkapazität der anderen Reibvorrichtung
abhängig ist.
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Wird das Getriebe hierauf auf die Ausgangsübersetzung eingestellt,
so wird es notwendig, die Bremse wiederum anzuziehen. Dies erfolgt
durch
Lösung der vorher angezogenen Kupplung, wodurch wiederum ein treibendes Drehmoment
in der positiven Treibrichtung über die Bremse übertragen wird. Hierdurch erfolgt
eine Rückkehr der Winkelstellung der Brems-Servovorrichtung mit Bezug auf ihren
Zylinder und zwar in eine Stellung, durch die der Abflussweg für die Arbeitskammer
der Servovorrichtung der Bremse unterbrochen wird, wenn die Zufuhr wieder hergestellt
ist. Zu dieser Zeit wird der Steuerdruck aus einem vorher gefüllten Speicher über
das geöffnete Steuerventil übertragen, um eine rasche Füllung der Arbeitskammer
mit dem die Bremse anziehenden Druck zu erreichen. Auf diese Weise sind Aufwärtsschaltungen
aus der Bremse während der Beschleunigungsperiode vereinfacht und unter minimalen
Trägheitskräften weicher geschaltet.
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Gleichzeitig löst sich die Bremse automatisch, um eine verbesserte
Abwärts schaltung aus einer höheren Übersetzung in eine niedrige Übersetzung zu
erreichen, welche das Anziehen der Bremse erforderlich macht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen
näher erläutert, auf denen zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Zahnradgetriebe,
bei dem die Erfindung anwandbar ist.
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Fig. 2 einen Teilschnitt einer geänderten Ausführungsform der Reibscheibenkupplung,
wie sie bei einem Getriebe nach Fig. 1 verwendet.
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wedden kann.
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Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2.
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Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2.
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Fig. 5 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 4, welche die Ventilteile
nach Fig. 4 in anderen Arbeitsstellungen darstellt.
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Fig. 6 eine gleiche Darstellung wie die Fig. 4 und 5, die eine Abänderung
der Erfindung erläutert.
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In der Fig. 1 bezeichnet 10 das Gehäuse eines Getriebes. Das Gehäuse
wird an den Zylinderblock einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeugantrieb angeschraubt.
Die linke Seite dehäuses 10 enthält eine Schulter 12, an die der Umfang einer Lagerungstragwand
14 angeschraubt ist. Der mittlere Teil der Wand 14 enthält eine Lageröffnung 16,
in der eine Hohlwelle 18 gelagert ist, die als Nabe für den Pumpenmantel eines hydrokinetischen
Drehmomentwandlers dient. Dieser Pumpnnmantel ist mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
verbunden.
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In der Welle 18 sitzt eine feststehende Trag-Hohlwelle 20 für ein
Leitrad, welches mit einem Flansch 22 versehen ist, um eine Schraubverbindung mit
der inneren Fläche der Wand 14 aufzunehmen.
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Der Flansch 22 bildet zusammen mit der Wand 14 einen Pumpenraum, welcher
Verdränger-Pumpenteile einer Pumpe 24 aufnimmt. Die Pumpe 24 bildet eine Druckquelle
für die Kupplungs- und Brems-Servovorrichtungen des automatischen Stuerventilsystems,
welches unter
Bezugnahme auf die weiteren Figuren beschrieben wird.
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Ein hydrokinetischer Drehmomentwandler, der nicht dargestellt ist,
enthält eine Turbine, die auf Drehung mit der Welle 26 verbunden ist. Die Welle
26 bildet eine HUlse, die in der Hülse 20 angeordnet ist. An die Turbine oder die
Kurbelwelle kann durch eine nicht dargestellte Kupplungsanordnung eine mittlere
das Drehmoment Ubertragende Welle 28 angekuppelt werden.
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Der radiale Flansch 22 an der Hohlwelle 20 besitzt eine Lagerhalterung
in der Form eines zylindrischen Vorsprunges 30. Das rechte Ende der Welle 26 ist
auf dem Vorsprung 30 unmittelbar gelagert. Das rechte Ende der WeDe 28 ist in dem
Ende der Welle 26 gelagert. Die Kupplungstrommel 32 für eine Mehrscheibenkupplung
34 besitzt eine Nabe 36, die ebenfalls auf dem Vorsprung 30 gelagert ist.
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Die Hohlwelle 26 ist mit einem aussen genuteten Kupplungsteil versehen,
welches innen genutete Kupplungsreibscheiben für die Kupplung 34 trägt. Der innere
Umfang der Trommel 32 ist so gestaltet, dass er aussen genutete Kupplungsscheiben
für die Kupplung 34 aufnehmen kann. Die Trommel 32 bildet einen Ringzylinder 38,
in welchem ein Ringkolben 40 sitzt. Die Trommel 32 trägt an einer Seite der Kupplungsscheiben
der Kupplung 34 einen Reaktionsring 41. Sobald Druckflüssigkeit in den Druckraum
zwischen dem Kolben 40 und dem Zylinder 38 eingeführt wird, verbindet die Kupplung
34 die Welle 26 mit der Trommel 32.
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Zwei einfache Planeten-Zahnradsätze sind bei 42 und 44 dargestellt.
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Der Zahnradsatz 42 enthält ein Hohlzahnrad 46, ein Sonnenzahnrad 48,
welches auch zu dem Zahnradsatz 44 gehört, einen PlanetentrE-ger 50 und Planetenräder
52, die drehbar auf dem Planetenträger 50 sitzen und in das Hohlzahnrad 46 und das
Sonnenzahnrad 48 eingreifen.
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Der Zahnradsatz 44 enthält zusätzlich zu dem Sonnenzahnrad 48 ein
Hohlzahnrad 54, einen Planetenträger 56 sowie Planetenräder 58.
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Letztere sind drehbar auf dem Träger 56 gelagert und greifen in das
lIohlzahnrad 54 und das Sonnenzahnrad 48 ein.
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Das Gehäuse 10 besitzt eine Endwand 6o mit einer Mittelöffnung 62,
in der die Abtriebswelle 64 gelagert ist. Die Welle 64 ist bei 66 mit dem Träger
68 des Höhlzahnrades vernutet, wodurch eine direkte Verbindung zwischen dem Hohlzahnrad
54 und der Abtriebswelle 64 hergestellt wird. Der Planetenträger 50 ist gleichfalls,
wie bei 70 dargestellt, mit der Abtriebswelle 64 vernutet.
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Die Kupplungstrommel 32 ist über eine das Drehmoment übertragende
Triebwerksglocke 72 direkt mit dem Sonnenzahnrad 48 verbunden.
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Der äussere Umfang der Kupplungstrommel 32 trägt Bremsscheiben für
eine Reibungsbremse 74. Entsprechende Bremsscheiben für die Bremse 74 sitzen in
der inneren Wand des Gehäuses 10. An der einen Seite der Reibscheiben sitzt ein
Reaktionsdruckring 76.
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Das Gehäuse 10 enthält einen Ringzylinder 78 mit einem Ringkolben
80. Der Kolben 80 und der Zylinder 78 bilden zusammen eine Druckkammer, die, sofern
sie unter Druck gesetzt wird, die Bremsscheiben der Bremse 74 reibend aneinander
anlegt, wodurch die Kupplungstrommel 32 festgestellt wird.
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Die Welle 28 ist mit dem Hohlzahnrad 46 fest verbunden. Vorzugsweise
ist eine dämpfende Federverbindung 82 vorgesehen5 um den Drehmomentangriff an dem
Zahnrad 46 zu dämpfen. Der Planetentrger 56 ist mit dem Bremsteil 84 verbunden,
welcher aussen genutete Bremsscheiben für eine Mehrscheibenbremse 86 trägt. Mit
diesen Bremsscheiben arbeiten Bremsscheiben für die Bremse 86 zusammen, die an der
inneren Wand des Gehäuses 10 festgelegt sind. Die Brems-Reaktionskraft wird durch
einen Reaktionsring 88 aufgenommen und auf das Gehäuse 10 überfragen.
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Das Gehäuse 10 bildet einen Ringzylinder 90, in dem ein Ringkolben
92 sitzt. Eine Rückdruckfeder 94, die an der Endwand 60 des Gehäuses 10 festgelegt
ist, drückt normalerweise den Kolben 92 in die Lösestellung der Bremse.
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Um den kleinsten Übersetzungsgang einzustellen, wird die Bremse 86
angezogen, wodurch der Planetenträger 56 festgelegt wird, so dass er als Reaktionsteil
wirkt. Das Turbinendrehmoment gelangt auf das Hohlzahnrad 46 über die Welle 28.
Das Drehmoment treibt das gemeinsame Sonnenzahnrad 48 entgegengesetzt zur Drehrichtung
des Hohlzahnrades 46. Das Drehmoment des Planetenträgers 50 wird direkt auf die
Ab*riebswelle 64 übertragen.
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Ein paralleler Drehmomentweg auf die Abtriebswelle 64 besteht durch
den Zahnradsatz 44. Die rückwärts gerichtete AntriebsWewegunt auf das Sonnenzahnrad
48, bei der der Planetenträger 56 als Reaktionsteil wirkt, veranlasst das Hohlzahnrad
54, sich in der Vorwärtsrichtung zu drehen, wenn das Drehmoment des Hohlzahnrades
auf die Abtriebswelle 64 übertragen wird.
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Eine zweite Übersetzung wird durch Lösung der Bremse 86 und Anziehen
der Bremse 74 erreicht. Hierdurch wird das Sonnenzahnrad 48 festgestellt, so dass
es als Reaktionsteil dienen kann. Das Turbinendrehmoment wird direkt auf das Hohlzahnrad
46 überragen.
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Der Zahnradsatz 44 arbeitet nicht. Dcr Abtrieb des Zahnradsatzes 42
gelangt direkt auf die Abtriebswelle 64.
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Um das Getriebe auf einen dritten Übersetzungsgang einzustellen, werden
die Wellen 26 und 28 miteinander gekuppelt. Dadurch drehen sich die Zahnradsätze
gleichmässig und ergeben ein Obersetzungsverhältnis vonl:l. Es sind beide Bremsen
74 und 86 gelöst. Die Kupplung 34 ist gleichzeitig mit der Lösung der Kupplung 74
angezogen worden.
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Sobald die Kupplung 34 auf den Gangwechsel vom Zwxschengang in den
hohen Gang anspricht, erfolgt eine Drehmomentumkehr in der Bremse 74. Es tritt dieses
ein, wenn das Sonnenzahnrad 48 sein Reaktionsdrehmoment verliert und mit den anderen
Zahnrädern in Vorwärtsrichtung angetrieben wird. Die Verbesserung durch die vorliegende
Erfindung erleichtert die gesteuerte Lösung der Bremse
74, wenn
die Kupplung 34 angreift. Dieses wird dadurch erreicht, dass eine Leerlaufverbindung
zwischen einem aussen genuteten Teil 96 des Kolbens 80 und einem mit ihm zusammenwirkenden
inneren genuteten Teil 98 des Gehäuses 10 vorgesehen wird.
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Wird die Bremse 74 angezogen, und liefert sie Drehmomentreaktion auf
das Gehäuse 10, so nimmt der Kolben 80 eine bestimmte Winkelstellung zu dem Gehäuse
ein. Wird das Drehmoment dagegen umgekehrt, so wird der Kolben 80 in einem Ausmass
verschoben, welches durch die Leerlaufbewegung zwischen den genuteten Teilen 96
und 98 zugelassen wird. Diese Leerlaufbewegung oder Winkelverstellung wird dazu
benutzt, um die Druckzuteilung auf die Servodruckkammer zwischen dem Zylinder 78
und dem Kolben 80 zu steuern.
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Um dieses zu erläutern , dienen die Darstellungen nach den Fig.2,
3,4 sowie 5, einer abgeänderten Reibungsbremse, bei der dieses Ventil zur Steuerung
benutzt wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besitzt der Kolben 80' einen Ansatz
100, mit einer aussen konisch gestalteten Kupplungsfläche 102. Diese legt sich gegen
eine innere Konuskupplungsfläche 104 an einer Druckßatte an der einen Seite der
Mehrscheibenbremse.
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Der Kolben 80', der aus den Fig. 4 und 5 erkennbar ist, besitzt einen
Vorsprung 106, der sich an eine Nockenfläche 108 eines Füll-Ventilteiles 110 anlegen
kann. Der Ventilteil sitzt gleitfähigin einer Ventilkammer 112 in einem Teil des
Gehäuses 10'. Das Ventil 110 wird durch eine Ventilfeder 114 nach aussen gedrückt.
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Ein Vorsprung 116 des Kolbens 80' sitzt unmittelbar neben einem
Kugel-Absperrventil
118, welches auf einem Ventilsitz 120 in dem Gehäuse 10 aufsitzt. Der Ventilsitz
120 umschliesst den Ablasskanal 122. Ein Anschlagteil 124 in dem Gehäuse 10 beschränkt
die Bewegung des Ventiles 118, wenn es sich von dem Ventilsitz 120 abhebt.
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Das Ventil 110 enthält eine Ventilöffnung 126, die mit der Fläche
der Ventilkammer 112 zusammen eine veränderliche Einschnürung ergibt. Steht das
Ventil 110 so, wie dargestellt, so hat die öffnung 126 eine freie Verbindung mit
der Druckkammer hinter dem Kolben 80'. Die öffnung 110 steht in Verbindung mit dem
unteren Ende der Ventilkammer 112 sowie mit dem Druck-Zufuhrkanal 128. Das eine
Ende des Zufuhrkanales 128 steht mit einem Handventil 130 für den Fahrzeugfahrer
in Verbindung, sowie mit einem Schaltventil 132.
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Die Ventile 130 und 132 sind ausserdem mit Ablassöffnungen 134 und
136 versehen.
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Mit dem Zufuhrkanal 128 steht eine Speichervorrichtung 138 in Verbindung.
Diese besteht aus einer Kammer 140 mit einem Speicherkolben 142. Der Speicherkolben
kann durch eine Speicherfeder 145 in einer Richtung gedrückt werden.
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Beim normalen Betrieb im mittleren Gang, wenn die Bremse 74 ein Reaktionsdrehmoment
von dem Getriebe auf das Gehäuse 10' überträgt, ist der Kolben 80' in der Stellung
nach Fig. 3, in der eine Verbindung zwischen dem Zufuhrkanal 128 und der Arbeitskammer
der Servovorrichtung für die Bremse hergestellt ist. Das Handventil 130 kann in
die Stellung nahh Fig. 4 geschaltet werden, um den Kanal
122 mit
dem Ablass zu verbinden. Das Schaltventil bewirkt in der Stellung nach Fig. 4, dass
der Steuerdruck unmittelbar dem Zufuhrkanal 128 zugeleitet wird. Dieser kann den
Speicher 138 mit Druck aufladen, welcher der Servovorrichtung der Bremse zugeleitet
wird.
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Die Stellung des Ventiles, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist,
bleibt unverändert, wenn eine Abwärtsschaltung aus dem Zwischengang in den unteren
Gang stattfindet. Eine derartige AbwErtsschaltung wird durch Schaltung des Schaltventiles
nach rechts angezeigt.
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Arbeitet das Getriebe im Zwischengang und soll aufwärts in den dritten
Gang geschaltet werden, so kehrt die Kupplung 34 die Richtung der Drehmomentraaktion
an der Bremse 74 um, wenn die Kupplung 34 anzugreifen beginnt. Hierdurch wird der
Kolben 80' im Sinne der Fig. 5 im Uhrzeigersinne verstellt, wodurch das Ventil 110
verschlossen wird und das Ventil 118 abgehoben. Hierdurch wird dE Druckkammer für
die Bremse 174 über die Ablassöffnung 134 entleert. Das Vorhandensein von öldruck
unter dem Füllventil 110 sucht gemeinsam mit der Kraft der Feder 114 den Kolben
80' in die Füllstellung zurückzuführen, indessen wirkt dieser Tendenz die Drehmomentreaktion
entgegen.
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Bei der Form nach Fig. 2 kann der Kupplungswiderstand durch die konischen
Flächen 102 und 104 verringert werden, die einen verhältnismässig grossen Prozentsatz
der Energieverteilung ermöglichen und zwar infolge des Schlupfes der Bremse während
des Schaltintervalles. Dieser Bremswiderstand während des Schaltintervalles wird
aufrecht erhalten, dadurch, dass die Stellungen von Füllventil
und
Absperrventil ausgeglichen werden.
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Tritt eine Abwärtsschaltung aus dem hohen Übersetzungsverhältnis in
das mittlere Übersetzungsverhältnis ein, so ist ein Zustand nach Fig. 5 gegeben.
Zu dieser Zeit ist das Füllventil geschlossen und das Absperrventil geöffnet. Der
Speicher 138, der weiterhin unter Druck gesetzt wird, erhält den Zustand der Bereitschaft,
sodass die Bremse unmittelbar angezogen werden kann, wenn das Drehmoment sich umkehrt.
Dies tritt ein, wenn die Abwärtsschaltung vollendet ist.
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Die Funktion der Ventile kann durch Schaltung des Handventiles 130
nach rechts überlagert werden, wodurch der Ablasskanal 134 blockiert wird und der
Kanal 122 dauernd mit der Steuerdruckquelle verbunden wird. Diese Einstellung ist
für einen Rückwärts antrieb oder eine Freilaufbremsung notwendig.
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Die Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Konstruktion für die Ventile.
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Sie enthält einen einzigen Ventilkörper 144, der die Funktion des
oben beschriebenen Absperrventiles 118 und des Füllventiles 110 übernimmt. Der Ventilkörper
besitzt drei Steuerbunde 146,148 und 150. Der Steuerbund 146 öffnet und schliesst
die Ablassoffnung 134', während der Steuerbund 148 den Steuerdruckkanal 128 " öffnet
und schliesst. Der Kanal 128'' erhält Druck sowohl von dem Handventil als auch von
dem Schaltventil, wie bei der voraurgehekenden Ausführung. Es ist eine mechanische
Verbindung zwischen dem Kolben 80t' für die Servovorrichtung der Bremse und dem
Ventilkörper
144 vorgesehen, wodurch der Ventilkörper in beiden
Richtungen geschaltet werden kann, abhängig von der Richtung der Drehmomentreaktion
an dem Kolben der Bremse. Eine Ventilfeder 114' dient dem gleichen Zweck, wie die
Ventilfeder 114 und sucht normalerweise den Ventilkörper 144 in die Stellung nach
Fig. 6 zu drücken.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 haben die Teile, die den Teilen
der Fig. 4 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen mit Indices.