DE4338785A1 - Kühlsystem für die Anfahrkupplung eines stufenlosen Getriebes - Google Patents
Kühlsystem für die Anfahrkupplung eines stufenlosen GetriebesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für die Anfahrkupplung
eines stufenlosen Getriebes gemäß dem Oberbegriff des An
spruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung die Kühlung
einer Kupplung, mit der es möglich ist, die Koordination
zwischen der abzuführenden Wärmemenge und dem Kupplungs
schlupf zu verbessern, um so einen höheren Anpassungsgrad
beim Regulieren und Modifizieren des Kupplungsschlupfes zu
erzielen.
Stufenlose Getriebe mit einem Riemen und zwei Kegelscheiben
sind bekannt, z. B. aus US 4,433,594; 4,522,086 und
4,982,822. Jede Kegelscheibe besteht dabei aus einer Fest
scheibe und einer verschiebbaren Scheibe. Eine hydraulische
Steuerung sorgt für die axiale Verschiebung der betreffenden
primären und sekundären Scheibenhälfte, so daß sich der ef
fektive Durchmesser der Kegelscheiben ändert. Über den
effektiven Durchmesser der primären Kegelscheibe erhält man
das stufenlose Übersetzungsverhältnis, und über den effek
tiven Durchmesser der sekundären Kegelscheibe wird die Rie
menspannung aufrechterhalten und Riemenschlupf vermieden.
Bei den bekannten Getrieben für Fahrzeuge ist auch eine
Anfahrkupplung erforderlich, um die Drehmoment übertragenden
Wellen zu kuppeln bzw. zu lösen. Die Anfahrkupplung des Ge
triebes kann entweder vor oder nach dem Riemen- und Schei
bensystem angeordnet sein. Es gelangen unterschiedliche An
fahrkupplungen zum Einsatz, wie nasse Kupplungen oder elek
tromagnetische Kupplungen. Bei nassen Kupplungen muß jedoch
die im Motorleerlauf erzeugte Wärme abgeführt werden. Außer
dem ermöglichen diese Kupplungen einen bestimmten Schlupf,
um den Kupplungsruck während des Einrückens zu verringern,
oder wenn das Drehmoment einen Maximalwert übersteigt. Auch
dabei wird Wärme im Kupplungsschlupfbetrieb erzeugt, die ab
geführt werden muß.
Eine häufig für ein derartiges Getriebe Verwendung findende
Anfahrkupplung wird mit Strömungsmittel betätigt und ge
kühlt. Der Aufbau einer derartigen Anfahrkupplung besteht
oft aus einem schüsselförmigen Deckel, einer Druckplatte,
einer Reaktionsplatte, Kupplungsscheiben, einer Tellerfeder
und Verbindungselementen. Die Kupplungsscheiben sind mit
einer energieabsorbierenden Schicht und einem Reibbelag auf
jeder Seite versehen. Diese Kupplung arbeitet wie folgt:
Die Druckplatte wird von der Tellerfeder in die Lösestellung
gedrückt. Die Kupplung wird durch Betätigen der Druckplatte
mit Strömungsmittel eingerückt. Dabei wird der Strömungsmit
teldruck in einer Druckkammer zwischen dem Deckel und der
Druckplatte erhöht, bis die Tellerfeder nachgibt und dann
die Druckplatte in Eingriff an die Kupplungsscheiben ge
langt, um diese über die Reibflächen der Kupplungsscheibe in
Eingriff mit der Reaktionsplatte zu bringen.
Die Anfahrkupplung besitzt auch eine Kühlkammer, die von
Kühlmittel durchströmt wird, um die durch die Reibung zwi
schen Reaktionsplatte und Reibflächen erzeugte Wärme abzu
führen, die während des Schlupfzustandes der Kupplung ent
steht. Ist eine minimale oder keine Kühlmitteldurchströmung
erforderlich (z. B. wenn die Kupplung voll eingerückt oder
voll gelöst ist und bei kleinen Kriechgeschwindigkeiten), so
wird der Kühlkanal geschlossen, um hydraulische Schleppver
luste zu verringern. Bei bekannten Kühlsystemen erfolgt kei
ne zufriedenstellende Abstimmung zwischen den Kühlerforder
nissen und den Umlauf des Kühlmittels.
Das Kühlen einer Anfahrkupplung solcher Getriebe im Schlupf
zustand ist bekannt. Beispielsweise bedient sich die An
fahrkupplung gemäß US-Patent 4,458,318 eines FEMA-Ventils,
eines Schieberventils und eines Magnetventils. Das Schieber
ventil spricht auf Druckänderungen in zwei einander gegen
überliegenden Kammern an. Ein Schieber in dem Ventil liegt
beweglich zwischen den beiden Kammern. Der Druck in der
einen Kammer bleibt fest und der Druck in der zweiten Kammer
wird vom FEMA-Ventil verändert, das von einem elektrischen
Signal angesteuert wird, mit dem ein Schieber im FEMA-Ventil
eine Bohrung und damit den Durchfluß zwischen der zweiten
Kammer im Schieberventil und dem FEMA-Ventil drosselt. Damit
steigt der Druck in der zweiten Kammer des Schieberventils.
Die resultierende Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern
verschiebt den Schieber und gibt den Durchfluß zum Magnet
ventil frei. Dieses ist vakuumbetrieben. Ist es offen, so
strömt Kühlmittel zur Kupplung über das Magnetventil.
Andere Systeme, auch nicht elektronische Systeme, bieten
keine ausreichende Regulierung des Kühlmitteldurchsatzes.
Mit der Erfindung soll dagegen ein verbessertes System auf
gefunden werden, das elektronische Steuermittel enthält, um
eine besonders gute Regulierung der Kühlung zu erzielen, um
dabei die Abstimmung zwischen der erforderlichen Kühlung und
dem Kühlmitteldurchsatz zu verbessern.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsy
stem für eine Kupplung zu verbessern, die elektronisch steu
erbar ist, um die Abstimmung zwischen dem Grad der Kühlung
und dem Kupplungsschlupf zu verbessern. Ferner soll die
elektronische Steuerung ein duales Einstellen der Kupplungs
kühlmittel ermöglichen. Schließlich soll das Kühlsystem
einen proportionalen Kühlmitteldurchsatz aufweisen, der eine
Funktion eines elektrischen Eingangssignals ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen,
auch hinsichtlich der Lösung der genannten Unteraufgaben,
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß ist in einer Ausführungsform ein schnelles
Magnetventil und ein druckmittelgesteuertes Schieberventil
vorgesehen, über die mehrere Leitungen einschließlich einer
Arbeitsdruckleitung, einer Steuerdruckleitung, einer
Schmiermittelzuführung und einer Kupplungskühlleitung ver
bunden werden. Das druckgesteuerte Schieberventil besitzt
ein Gehäuse mit einer Kammer und einen durch die Kammer
greifenden Schieber. Ferner besitzt das Gehäuse eine Steu
erkante für die Kühlleitung. Läuft der Schieber durch die
Kammer, so wandert die führende Kante des Schiebers über die
Steuerkante und bildet eine veränderliche Drosselöffnung,
deren Größe von der Position des Schiebers abhängig ist. Die
Position des Schiebers wird vom Druck bestimmt, der auf das
entfernte Ende des Schieberventils ausgeübt wird. Dieser
Druck wird von dem Magnetventil eingestellt und ist von
einem pulsbreitenmodulierten (PBM) Signal am Magnetventil
abhängig. Die Zuführleitung für das Kühlmittel und die
Kühlleitung gehen von der Kammer des Schieberventils derart
aus, daß beim Ausbilden der Drossel Kühlmittel aus der Zu
führleitung in die Kammer, durch die Drossel und in die
Kupplungskühlleitung übertritt. Ein Schlitz im Schieber
vermittelt einen minimalen Durchsatz von Kühlmittel in die
Zuführleitung bei allen Ventilstellungen. Der Schlitz im
Schieberventil kann auch weggelassen werden, wenn ein mini
maler Kühldurchsatz nicht benötigt wird. Wenn jedoch ein
minimaler oder kein Kühlmitteldurchsatz erforderlich ist,
beispielsweise, wenn die Kupplung voll eingerückt oder voll
gelöst ist, so wird der Kühlkanal geschlossen, um Schlepp
verluste zu verringern und Energie einzusparen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein stufenloses Getriebe, wo
bei die Anfahrkupplung vor dem Riemen- und Kegel
scheibensystem angeordnet ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des stufenlosen Ge
triebes nach Fig. 1;
Fig. 2A eine schematische Darstellung einer abgeänderten
Ausführungsform des stufenlosen Getriebes, wobei
die Anfahrkupplung nach dem Riemen- oder Kegel
scheibensystem angeordnet ist;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Anfahr-Schlupfkupplung
für das stufenlose Getriebe nach Fig. 2A;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungs
gemäßen Zweipunkt-Ein/Aus-Kühlsystems für die
Kupplung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems
mit proportionalem Kühlmitteldurchsatz gemäß der
Erfindung;
Fig. 5A eine vergrößerte schematische Ansicht des in
Fig. 5 dargestellten Schieberventils in der Stel
lung für maximalen Durchsatz;
Fig. 5B eine vergrößerte schematische Darstellung des
Schieberventils in Fig. 5 in der Stellung für
minimalen Durchsatz;
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines elektronischen Steuer
systems zum Ansteuern der Anfahrkupplung und des
Kühlsystems gemäß der Erfindung.
Bevor auf Einzelheiten der Erfindung eingegangen wird, folgt
eine Kurzbeschreibung des stufenlosen Getriebes und einer
passenden Kupplung.
In den Fig. 1 und 2 ist eine kompakte Anordnung für ein be
kanntes stufenloses Getriebe 10 dargestellt. Fig. 2 zeigt
schematisch den Aufbau des Getriebes nach Fig. 1. Fig. 1
zeigt Einzelheiten des Getriebes, während Fig. 2 schematisch
die Hauptkomponenten darstellt. Eine genauere Beschreibung
findet sich im US-Patent 5,006,092.
In den Fig. 1 und 2 liegt eine Anfahrschlupfkupplung 12 an
triebsseitig vor dem Riemen und Kegelscheibensystem 14.
Nicht dynamische Vorwärts- und Rückwärtskupplungen 16, 18
liegen hinter dem Riemen und Kegelscheibensystem 14. In
einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 2A sitzt die An
fahrschlupfkupplung hinter dem Riemen und Kegelscheiben
system, wie dies in US-Patent 4,433,594 beschrieben ist.
In den Fig. 1 und 2 besteht das Kegelscheibensystem aus
einer primären und sekundären Kegelscheibe und einem Um
schlingungsriemen. Die nicht dynamischen Kupplungen 16, 18
haben vorbestimmte Kupplungskapazitäten, um zu vermeiden,
daß Drehmomentspitzen auf den Riemen und die Kegelscheiben
übertragen werden. Das Getriebe besitzt zwei Eingangswellen
20, 21 von einem nicht dargestellten Motor und zwei Aus
gangswellen 22, 23 zur Verbindung mit den nicht gezeigten
Antriebsrädern eines Fahrzeugs. Fig. 1 zeigt die primäre
Kegelscheibe 24 mit einer veränderlichen Scheibenhälfte 26
und einer festen Scheibenhälfte 27 auf der Welle 21. Eine
zweite Kegelscheibe 28 hat eine zweite bewegliche Scheiben
hälfte 30 und eine feste Scheibenhälfte 31 auf einer Zwi
schenwelle 32. Die ersten und zweiten Kegelscheiben 24 und
28 sind von einem endlosen Gliederband 33 umschlungen, das
metallisch oder elastomer sein kann.
Die Anfahrkupplung 12 sitzt auf der Eingangswelle 20 und
überträgt Drehmoment von der Welle 20 auf die Welle 21. Die
Anfahrkupplung 12 ist eine strömungsmittelbetätigte Schlupf
kupplung. Der auf die Anfahrkupplung 12 wirkende Strömungs
mitteldruck regelt das Schlupfvermögen der Anfahrkupplung
12. Ein gesteuerter minimaler Schlupf kann im Betrieb dazu
benutzt werden, die Übertragung von Drehschwingungen vom
Motor auf das Kegelscheibensystem zu mindern. Die Anfahr
einrichtung muß keine Kupplung sein, sondern kann auch ein
Drehmomentwandler oder eine andere Strömungsmitteleinrich
tung (nicht dargestellt) sein. Der Betrieb des stufenlosen
Getriebes 10 wird vom Strömungsmitteldruck in den ersten und
zweiten Kammern 34, 35, 36 gesteuert. Mit dem Strömungsmit
tel in den ersten Kammern 34, 35 kann die erste Scheiben
hälfte 26 so eingestellt werden, daß das Übersetzungsver
hältnis zwischen der Welle 21 und der Zwischenwelle 32 re
guliert wird. Das Strömungsmittel in der zweiten Kammer 36
verschiebt die zweite bewegliche Scheibenhälfte 30 und re
guliert damit die Riemenspannkraft, um den Schlupf des Rie
mens zu vermeiden.
Hinter dem Kegelscheibensystem 14 ist die nicht dynamische
Vorwärtsgangkupplung 16 auf der ersten Zwischenwelle 32 und
die nicht dynamische Rückwärtsgangkupplung 18 auf einer
zweiten Zwischenwelle 44 angeordnet. Beide Kupplungen sind
nicht dynamisch und arbeiten daher nur in einem von zwei
Zuständen: Einem ersten eingerückten Zustand oder einem
zweiten gelösten Zustand. Beide Kupplungen sind hydraulisch
betätigt entsprechend der Lage eines Wählhebels (nicht dar
gestellt). Der Eingriff der Vorwärtsgangkupplung 16 sorgt
über mehrere Zahnräder dafür, daß die Abtriebswellen 22, 23
in einer ersten Richtung für die Vorwärtsfahrt rotieren. Das
Einrücken der Rückwärtsgangkupplung 18 sorgt über mehrere
Zahnräder für das Rotieren der Abtriebswelle 22, 23 in einer
entgegengesetzten Richtung für die Rückwärtsfahrt des Fahr
zeugs. Die Vorwärts- und Rückwärtsgang-Kupplungen 16, 18
sind nicht gleichzeitig eingerückt, da dies ein Blockieren
der Drehung der Abtriebswellen 22, 23 in jeder Richtung zur
Folge hätte. Beide Kupplungen sind gelöst, wenn das Getriebe
in der Neutral- oder Parkstellung ist.
Ein Zahnradsystem 46 für den Vorwärtsgang ist drehfest mit
der verschiebbaren Kupplungsplatte 38 der Vorwärtsgangkupp
lung 16 gekuppelt. Das System 46 wird angetrieben, wenn die
Vorwärtsgangkupplung 16 eingerückt ist, um die erste Zwi
schenwelle 32 mit der zweiten Zwischenwelle 44 zu kuppeln.
Ist die Kupplung 16 gelöst, so wird die zweite Welle 14
nicht angetrieben. Das Zahnradsystem 46 besteht aus einem
Antriebsrad 40, das an der Kupplungsplatte 38 befestigt ist
und einem angetriebenen Zahnrad 42, das drehfest mit der
zweiten Zwischenwelle 44 verbunden ist.
Die zweite Zwischenwelle 44 ist über ein Zahnradsystem 47
für den Abtrieb mit den Abtriebswellen 22, 23 verbunden und
besteht aus einem Antriebsrad 48 und einem Abtriebsrad 50.
Bei dem dargestellten Zahnradsystem 47 für den Abtrieb ro
tieren die Abtriebswellen 22, 23 gleichsinnig mit der ersten
Zwischenwelle 32, so daß das Fahrzeug vorwärts fährt, wenn
die Kupplung 16 eingerückt ist. Das Zahnradsystem kann je
doch auch anders angeordnet sein, so daß die Abtriebswellen
22, 23 gegensinnig zur zweiten Zwischenwelle 44 rotieren und
damit die Abtriebswellen 22, 23 vorwärts drehen für die Vor
wärtsfahrt und rückwärts für die Rückwärtsfahrt.
Ein Zahnradsystem 42 für den Rückwärtsgang kuppelt die zwei
te Zwischenwelle 44 mit der beweglichen Kupplungsplatte 60
der Rückwärtsgangkupplung 18. Ist diese eingerückt, so
treibt das Zahnradsystem 52 die zweite Zwischenwelle 44 an.
Das Zahnradsystem 52 besteht aus einem Antriebsrad 54, einem
Losrad 56 und einem Abtriebsrad 58, so daß die zweite Zwi
schenwelle 44 gegensinnig rotiert, wenn die Kupplung 18 ein
gerückt ist, im Gegensatz zur Drehrichtung, in der sie ro
tiert, wenn die Kupplung 16 für den Vorwärtsgang eingerückt
ist. Das Antriebsrad 54 sitzt auf der ersten Zwischenwelle
32 und rotiert ständig mit dieser. Das Losrad sitzt auf
einer versetzten Welle (nicht gezeigt). Wird die Rückwärts
gangkupplung 18 gelöst, so rotieren die Kupplungsplatte 60
und das Abtriebsrad 58 frei auf der zweiten Zwischenwelle
44, die somit kein Drehmoment über das System 52 erhält. Ist
die Rückwärtsgangkupplung 18 eingerückt und die Vorwärts
gangkupplung 16 gelöst, so rotiert die zweite Zwischenwelle
44 in der zweiten Richtung. Die zweite Zwischenwelle 44
treibt ihrerseits die Abtriebswellen 22, 23 über das Zahn
radsystem 47, so daß das Fahrzeug rückwärts fährt.
Es ist für die Betriebsweise des Systems wesentlich, daß
außer der Zustandsänderung entsprechend der Position des
Wählhebels die nicht dynamischen Vorwärtsgang- und Rück
wärtsgang-Kupplungen 16, 18 Schlupf besitzen, wenn das
Drehmoment die Kupplungsnennleistung übersteigt. Die jewei
lige Kupplungsleistung der Vorwärtsgang- und Rückwärtskupp
lung 16, 18 ist deshalb so bestimmt, daß sie größer ist als
das im Antriebsstrang übertragene maximale Drehmoment, so
daß im normalen Motorbetrieb kein Schlupf auftritt.
Eine typische Anfahrkupplung in bekannter Bauweise, die für
ein stufenloses Getriebe gemäß der Erfindung paßt, ist in
Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt. Diese Anfahrkupplung
wird in der schematisch in Fig. 2A dargestellten Anordnung
benutzt, bei der die Anfahrkupplung 12a hinter dem Kegel
scheibensystem 14a sitzt, wie in US-Patent 4,433,594 erläu
tert.
Fig. 3 zeigt die Anfahrkupplung mit einer schüsselförmigen
Deckelplatte 70, einer Druckplatte 72, einer Reaktionsplatte
74, einer Kupplungsscheibe 76, einer Tellerfeder 78 und Ver
bindungselementen. Die Kupplung ist auf der Welle 91 befe
stigt, wobei die Deckelplatte 70 eine Nabe 80 mit einer
konischen Bohrung 82 besitzt. Die Kupplung sitzt fest auf
der Welle 91 und ist mit einem Stift 84 gesichert, wobei die
Nabe 80 mit einer Mutter 86 befestigt ist, die auf die Welle
91 aufgeschraubt ist. Die Deckelplatte 70 hat eine Stirnsei
te 88, eine Außenwand 90, mehrere Durchbrüche 92 für Verbin
dungsmittel an der Stirnseite 88 und mehrere Entlüftungs
bohrungen 94 in gleichmäßigen Abständen in der Außenwand 90.
Die Nabe 80 hat einen Kanal 96 in Verbindung mit Kanälen 98,
100. Die Deckelplatte 70 und die Druckplatte 72 bilden zu
sammen eine ringförmige Druckkammer 102, die mit dem Kanal
99 über den Kanal 101 und 96 in Verbindung steht.
Die Reaktionsplatte 74 ist an der Deckelplatte 70 mit Mit
teln 104 befestigt, die als Stift o. ä. dargestellt sind. Die
Reaktionsplatte 74 hat eine Rückseite 75. Die Platte 74 kann
auch mit anderen bekannten Mitteln befestigt sein. Die An
ordnung 76 besitzt eine Kupplungsscheibe 106 mit großen öl
nuten für das Strömungsmittel (nicht dargestellt) sowie mit
einer Ringscheibe 112 und einem Keilnutenring 114. Die Kupp
lungsscheibe 106 ist mit einer energieabsorbierenden Schicht
(nicht gezeigt) und einem Reibbelag 108 und 110 auf jeder
Seite versehen. Diese Gesamtanordnung liegt zwischen der
Druckplatte und der Reaktionsplatte 74 für den Eingriff. Die
Scheibe 106 ist am Außenrand der Ringscheibe 112 befestigt,
die wiederum an ihrem Innenrand an dem Ring 114 befestigt
ist, dessen Zähne in einer Hülse 115 eines nicht dargestell
ten Vorwärtsgang-Zahnrades drehfest gehalten sind.
Die Anfahrkupplung wird von Strömungsmittel betätigt und
gekühlt. Das Kühlmittel strömt durch eine Leitung 116 aus
einem nicht dargestellten Reservoir zu. Die Bauteile der
Anfahrkupplung besitzen eine Reihe von Hohlräumen, Durch
gängen, Kanälen und Auslässen, die dem Kühlmittelkreislauf
nützlich sind. So bilden die Platte 74, die Ringscheibe 112
und die Platte 121 eine offene Kammer 118. An der Platte 121
ist parallel zur Rückseite 75 der angetriebenen Platte 74
eine dünne ringförmige Platte 117 befestigt. Die Platte 117
und ein Flansch 123 bilden einen breiten Durchgang 119 in
Verbindung mit der Leitung 116. Die Platte 121 bildet einen
großen Anschluß 125 zwischen dem Durchgang 119 und der Kam
mer 118. Die Reaktionsplatte 74 hat eine Schulter 120, mit
der Kühlmittel in der Kammer 118 gehalten wird, wenn sich
die Kupplung dreht. Die Anordnung 76 und die Druckplatte 72
wirken zusammen und bilden einen unregelmäßig geformten
ringförmigen Hohlraum 122, der mit den Bohrungen 94 in der
Deckelplatte 70 in Verbindung ist. Die Ringscheibe 112
besitzt mehrere Durchgänge 124, durch die Kühlmittel aus der
Kammer 118 in den Raum 122 übertreten kann und das dann über
die Reibfläche der Kupplung 106 neben der Druckplatte 72
strömt, während die Reibfläche der Kupplungsscheibe 106
neben der Reaktionsplatte 74 mit Kühlmittel aus dem Hohlraum
122 versorgt wird, das dann über die Bohrungen 94 austritt,
wenn die Kupplung dreht.
Die in Fig. 3 dargestellte Anfahrkupplung arbeitet wie
folgt: Die Druckplatte 72 ist über Befestigungsmittel 126 in
den Durchbrüchen 92 an einer Tellerfeder 78 befestigt (s. US
Patent 3,951,393) und ist von der Feder 78 in den gelösten
Zustand vorgespannt, der in Fig. 3 dargestellt ist. Die
Druckplatte 72 wird vom Druckmittel in der Kammer 102 betä
tigt, so daß sie entgegen der Kraft der Tellerfeder 78 in
Anlage an die Kupplungsscheibe und damit in Antriebsverbin
dung mit der Reaktionsplatte 74 über die Reibflächen 108 und
110 gedrückt wird.
Kühlmittel strömt durch die Leitung 116 in die Kammer 118.
Sobald die Druckplatte 72 die Reibfläche 110 berührt, um die
Reaktionsplatte 74 über die Kupplungsscheibe 106 anzutrei
ben, wird auch der Keilnutenring 114 von der Ringscheibe 112
und Kupplungsscheibe 106 angetrieben. Damit ist die An
triebsverbindung zum Vorwärtsgang- und Rückwärtsgang-Zahnrad
hergestellt. Der Vorwärts- und Rückwärtsgang sowie die Neu
tralstellung wird von einer Synchronisiereinrichtung 45a
ausgewählt (Fig. 2A). Wie diese Figur zeigt, wird bei einem
Eingriff der Synchronisiereinrichtung 45a zur Abtriebsan
ordnung 19a hergestellt, die Elemente wie ein Ausgleichsge
triebe 49a und Achsen 22a, 23a aufweist, wie dies zum Stand
der Technik gehört.
Die Erfindung richtet sich auf ein System zur Kühlmittelver
sorgung der Kupplung über die Leitung 116. Es soll die Kühl
mittelströmung besser gesteuert werden und soll damit eine
genaue Steuerung und Abstimmung des Schlupfzustandes und der
Kühlung der Kupplung erzielt werden. In einer Ausführungs
form der Erfindung wird eine Zweipunkt-Ansteuerung für das
Kühlmittel der Anfahrkupplung vorgesehen. Hier handelt es
sich um eine Ein-/Aus-Einrichtung, die zwei Zustände er
laubt, nämlich einen rollen Kühlmitteldurchsatz oder keinen
Durchsatz.
In Fig. 4 ist das Kühlsystem entsprechend dieser Ausfüh
rungsform der Erfindung dargestellt und hat eine Leitung
132, die von einer nicht dargestellten Strömungsmittelquelle
mit geringem Druck zu einem Schieberventil 131 führt. Ein
Magnetventil 134, das vorzugsweise normalerweise geschlossen
ist, schließt einen Auslaß 138 der Leitung 132. Das Magnet
ventil 131 besitzt einen Schieber 140. Im Ausgangszustand,
in dem die Ventilfeder 144 nicht zusammengedrückt ist, über
deckt der Schieber 140 einen ersten Auslaß 139 und ver
schließt diesen, der in Verbindung mit der Kühlmittellei
tung 116 der Anfahrkupplung steht (Fig. 3), während ein
zweiter Auslaß 141 offen ist, der zur Getriebekühlung führt
(nicht gezeigt).
Dieses System arbeitet wie folgt Schmiermittel oder Strö
mungsmittel von der nicht dargestellten Quelle gelangt in
die Ventilkammer 142 über den Einlaß 143. Je nach Lage des
Ventils 131 gelangt das Schmiermittel entweder zur Anfahr
kupplung über den Auslaß 139 oder zur Getriebekühlung über
den Auslaß 141. Die Stellung des Schiebers 140 ist von dem
Druck bestimmt, der das entfernte Ende 145 des Schiebers 140
beaufschlagt. Dieser Druck wird von dem Magnetventil 134
eingestellt.
Immer dann, wenn die Kupplung im Schlupfzustand ist und Küh
lung erfordert, ist das Magnetventil 134 nicht erregt. In
diesem Zustand ist der Kanal 138 vom Anker 136 verschlossen
und hydraulischer Druck kann sich in der Leitung 132 auf
bauen. Beaufschlagt dieser Druck das Ende 145 des Schiebers
140, so wird der Schieber entgegen der Kraft der Feder 144
nach links verschoben, öffnet den Auslaß 139, 50 daß küh
lendes Schmiermittel zur Kupplung strömt, während der Auslaß
141 schließt und damit die Strömung zum Getriebe unterbro
chen wird.
Sobald die Kupplung aus dem Schlupfzustand gerät, ist keine
Kühlung mehr erforderlich. Das Magnetventil wird dann mit
einem Signal von dem Steuersystem 170 erregt, so daß der
Anker 136 in die Spule 135 zurückgezogen und dabei der Aus
laß 138 geöffnet wird. Damit fällt der Druck in der Leitung
132 hinter der Drossel 133. Daraufhin drückt die Feder 144
den Schieber 140 zurück, der Auslaß 139 wird geschlossen und
die Kühlung des Getriebes über 141 wieder aufgenommen.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der
Kühlmitteldurchsatz durch die Kupplung abhängig von einem
elektrischen Eingangssignal proportional geregelt. Dieses in
Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung be
steht aus einem hochempfindlichen Magnetventil 151 und einem
Schieberventil 161, die an eine Arbeitsdruckleitung 152,
eine Steuerdruckleitung 153, eine Schmiermittelzuführleitung
157 und eine Kupplungskühlmittelleitung 156 angeschlossen
sind.
Das Magnetventil 151 ist vorzugsweise pulsbreitengesteuert
und stellt den Steuerdruck ein, der auf das Ende 163 des
Schieberventils 161 wirkt. Der Anker 160 des Magnetventils
151 ragt durch die Kammer 159, über die zwei Leitungen, näm
lich die Arbeitsdruckleitung 152 und die Steuerdruckleitung
153 verbindbar sind. Eine Konstantdruckquelle (nicht darge
stellt) liefert Strömungsmittel mit einem bestimmten Druck
in die Arbeitsdruckleitung 152. Wird das Magnetventil 151
mit einem impulsbreiten modulierten Signal aus dem Steuer
system 170 erregt, so stellt sich der Anker 160 ein und
moduliert den Steuerdruck in der Leitung 153. Somit ist der
Steuerdruck in der Leitung 153 abhängig von der Frequenz des
elektrischen Eingangssignals am Magnetventil.
Das Schieberventil 161 steuert den Strömungsdurchsatz des
Kühlmittels. Wie die Fig. 5, 5A, 5B zeigen, besitzt das
Schieberventil 161 ein Gehäuse 168 mit einer Kammer 162 und
einen Schieber 154 sowie eine Feder 164. An die Kammer sind
zwei Leitungen angeschlossen, nämlich eine Leitung 157 für
Schmiermittel bzw. Kühlmittel und eine Leitung 156 zur Kupp
lung.
Der Kammer 162 zugekehrt ist eine vordere Steuerkante 167
des Schiebers 154, die mit einem Schlitz bzw. einer Ausneh
mung 165 im Gehäuse 168 zusammenwirkt, um eine veränderliche
Drosselöffnung 166 zu bilden. Über die Öffnung 166 kann
Kühlmittel aus der Zuführleitung 157 durch die Kammer 162
und durch die Öffnung 166 in die Kühlmittelleitung 156 über
treten. Die Größe der Öffnung 166 ist abhängig von der Stel
lung des Schiebers 154 in der Kammer 162. Vorzugsweise hat
der Schieber 154 einen Längsschlitz 155. Damit kann eine
minimale Kühlmittelmenge in die Leitung 156 eintreten, wenn
die Lage des Schiebers 154 derart ist, daß die Steuerkante
167 nicht mit der Ausnehmung 165 zusammenwirkt und so die
Öffnung 166 geschlossen ist, wie dies Fig. 5 zeigt.
Solange das Ende 163 des Schiebers 154 mit minimalem Druck
beaufschlagt ist, wird die Feder 164 nicht zusammengedrückt
und der Schieber 154 wird so eingestellt, daß die Steuer
kante 167 hinter der Ausnehmung 165 liegt, wie dies Fig. 5A
zeigt. Ist der Schieber 154 in dieser Lage, so besitzt die
Öffnung 166 den maximal möglichen Querschnitt und der Kühl
mitteldurchsatz in die Leitung 156 ist maximal. Steigt der
Steuerdruck, so weicht die Feder 164 zurück und der Schieber
154 schiebt sich nach links und verkleinert den Querschnitt
der Öffnung 166, bis die Steuerkante 167 in etwa an der Aus
nehmung 165 liegt, wie in Fig. 5B gezeigt. In dieser Lage
des Schiebers 154 ist die Öffnung 166 geschlossen und der
Kühlmitteldurchsatz entspricht dem minimalen Volumen durch
den Schlitz 155.
Abhängig von der Größe des Schlitzes 155 und der Ausnehmung
165 kann der Durchsatz zwischen einem bestimmten Minimalwert
und einem bestimmten Maximalwert schwanken. Vorzugsweise
liefert das Ventil 161 einen Minimalwert von 1 l/min bis zu
einem Maximalwert von 9 l/min.
Die Kühlmittelmenge ist unmittelbar der Größe der Öffnung
166 proportional. Diese wiederum ist von der Lage des Schie
bers 154 abhängig, die vom Steuerdruck eingestellt wird. Da
dieser von dem impulsbreiten modulierten Signal des Magnet
ventils bestimmt ist, besteht eine direkte Abhängigkeit zwi
schen dem elektrischen Signal am Magnetventil 151 und der
Kühlmittelmenge.
In dieser Ausführungsform der Erfindung kann somit die ge
naue Kühlmittelmenge durch die Anfahrkupplung einfach da
durch reguliert werden, daß man das elektrische Signal am
Magnetventil 151 ändert. Die Frequenz dieses Signals beträgt
zwischen 0 und 67 Hz, um eine Kühlmittelmenge zwischen 1
l/min und 9 l/min zu liefern. Wenn dementsprechend die
Kupplung ihren Maximalschlupf hat, also beim Anfahren des
Fahrzeugs, so erhält das Magnetventil 151 kein Signal und
damit strömt die maximale Menge von 9 l/min durch die Lei
tung 156. Arbeitet dagegen der Motor bei geringer Drossel
klappenöffnung, so tritt wenig Schlupf auf und weniger
Kühlmittel ist erforderlich. Deshalb wird ein mittleres
Signal zu dem Magnetventil geführt und man erhält einen
gemäßigten Kühlmittelstrom entsprechend den Anforderungen
der Kupplung an den Leistungsverzehr und des Motordreh
moments. Arbeitet dagegen der Motor unter gleichmäßiger Last
oder ist das Getriebe in Stellung N, so ergibt sich kein
Kupplungsschlupf und die Kühlmittelmenge ist minimal. Dann
wird das Magnetventil 151 mit einem Signal von 67 Hz erregt
und dies führt zu dem minimalen Kühlmitteldurchsatz von 1
l/min.
Bei maximalem Schlupf und voller Leistung kann die Tempe
ratur der Anfahrkupplung über 230°C steigen. Mit dem erfin
dungsgemäßen Kühlsystem wird die Temperatur, die bei diesen
Bedingungen auf tritt, auf unter 190°C abgesenkt.
In beiden Ausführungsformen beträgt der Kühlmitteldruck vor
zugsweise etwa 2 bar. Damit wird die vorhandene Energie am
besten ausgenutzt. Das Kühl-/Schmiermittel kann ein Getrie
befluid auf Mineralölbasis sein. In einer bevorzugten Aus
führungsform ist das Kühl-/Schmiermittel ein ATF-Getriebeöl
mit Zusätzen, die die nötigen Eigenschaften für geringe sta
tische und dynamische Reibung vermitteln.
Es versteht sich für den Durchschnittsfachmann, daß als Mag
netventil auch ein Dreiwege-Druckregelventil verwendet wer
den kann. Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann in Verbindung
mit elektronischen Steuersystemen Verwendung finden, wie
dies im US-Patent 4,648,496 erläutert ist. In Fig. 6 ist ein
typisches Steuersystem für diesen Zweck dargestellt. Das
Steuersystem 170 besitzt ein Schaltungsbauteil 182 zur Be
stimmung der Betriebsweise, das Eingangssignale von mehreren
Fahrzeug-Betriebskennwerten erhält, wie Signale von einem
Handwählhebel 192, einem Fahrpedal 195, für die Motordreh
zahl 200, die Fahrzeuggeschwindigkeit 198 und die Kupplungs
antriebsdrehzahl 201. Durch Auswerten dieser Parameter be
stimmt die Schaltung 182 die Betriebsweise für die Kupplung
und das Kühlsystem. Dabei sind verschiedene Betriebsweisen
verfügbar, wie Neutralstellung 183, Kupplunghalten 184,
Starten 185, Spezialstart 186 und Antrieb 187. Nachdem die
Schaltung 182 die richtige Betriebsweise bestimmt hat, wird
das entsprechende Signal an das Kupplungssteuersystem 181
und das Kupplungskühlsystem 180 geführt.
Ist beispielsweise der Handwählhebel 192 in der Neutral
stellung, oder in der Fahrstellung und das Fahrzeug befährt
eine Landstraße mit konstanter Geschwindigkeit, so ist eine
Betätigung der Kupplung nicht erforderlich und damit gelan
gen weder das Steuersystem 181 noch das Kühlsystem 180 zum
Einsatz. Für die Betriebsweise Anfahren tritt der Fahrer auf
das Fahrpedal und ändert damit den Zustand des Fahrpedal
signals auf der Leitung 197. Das System überprüft in der
Startschaltung 185, um sich zu vergewissern, daß die an der
Leitung 196 anstehende Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, daß
das Fahrzeug langsamer fährt als eine vorbestimmte Geschwin
digkeit. Da das Fahrzeug im Stillstand war, ist auch das
Übersetzungsverhältnis noch klein und die Kupplung ist nicht
eingerückt. Das Ausgangssignal der Schaltung 185 zum Anfah
ren auf der Leitung 189 teilt dem Steuersystem 181 für die
Kupplung mit, daß nun die Kupplung einrücken soll, so daß
der Strömungsmitteldruck in der Kupplungsdruckkammer 102 in
Fig. 3 ansteigen soll. Wie bereits erwähnt, erfolgt der Auf
bau des Druckes in der Kammer 102 entgegen der Kraft der
Tellerfeder 78, so daß die Druckplatte 72 in Anlage an die
Kupplungsscheibenanordnung 76 gerät und damit die Antriebs
verbindung über die Reaktionsplatte 74 und die Kupplungs
scheibe 106 hergestellt wird.
Während des Einrückvorgangs der Kupplung tritt der Schlupf
zustand auf. Die Höhe des Schlupfes bestimmt sich nach dem
Verhältnis des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals 198 und der
Kupplungsantriebsdrehzahl 201. Ist dieses Verhältnis 1 : 1, so
ist die Kupplung eingerückt und der Schlupfzustand beendet.
In entsprechender Weise beträgt das Übersetzungsverhältnis 0
und die Kupplung schlupft nicht, wenn die Fahrzeuggeschwin
digkeit 0 ist. Liegt das Verhältnis zwischen 0 und 1, so
tritt der Schlupfzustand auf und die Schaltung 182 signali
siert dem Kühlmittelsteuersystem 180, daß es ein entspre
chendes PBM-Signal dem Magnetventil 134 in Fig. 4 bzw. 151
in Fig. 5 zuführt. Bei der zweiten Ausführungsform der Er
findung, die in Fig. 5 dargestellt ist, erhält das Magnet
ventil 151 ein vorbestimmtes PBM-Signal, so daß eine be
stimmte Kühlmittelmenge entsprechend einem bestimmten Kupp
lungsschlupfzustand zugeführt wird. Wenn das Übersetzungs
verhältnis nahe 0 liegt, so erzeugt das PBM-Signal eine
maximale Kühlmittelmenge. Nähert sich die Kupplung dem Ein
rückzustand, so ändert sich das Verhältnis von 0 auf 1 und
das PBM-Signal wird proportional mit dem Übersetzungsver
hältnis geändert, um gen Kühlmitteldurchsatz zu verringern,
bis er den minimalen Wert von 1 l/min erreicht, wenn die
Kupplung eingerückt ist.
Somit ermöglicht das System eine computergesteuerte Kühlung
für die Kupplung, die insbesondere vom Schlupfzustand der
Kupplung abhängig ist. Da außerdem der Computer alle Para
meter stetig überwacht, kann unverzüglich festgestellt wer
den, ob ein Schlupfzustand der Kupplung vorliegt und wie
groß der Schlupfist. Erfindungsgemäß kann vom Computer
ständig die nötige Einstellung entsprechend dem Schlupfzu
stand durchgeführt werden und wird dementsprechend die Menge
des Kühlmittels eingestellt.
Claims (9)
1. Kupplungskühlsystem für eine Kupplung (12) in
Kombination mit einem stufenlosen Getriebe (10) mit einer
primären Kegelscheibe (24) und einer sekundären Kegelscheibe
(28), die jeweils eine feste Scheibenhälfte (27,31) und eine
verschiebbare Scheibenhälfte (26,30) aufweisen, mit einem
Gliederband (33) zum Umschlingen der Kegelscheiben und mit
Mitteln zum Verschieben der primären und sekundären Schei
benhälfte zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses des
stufenlosen Getriebes und zum Einstellen einer bestimmten
Riemenspannung, wobei das Kühlsystem aufweist:
ein von einem Druck angesteuertes Schieberventil (131) für zwei Schaltstellungen, wobei in der ersten Stellung Kühl mittel in eine Leitung (160) für die Kühlung der Kupplung strömt und in der zweiten Stellung das Kühlmittel in eine Leitung zur Getriebekühlung strömt, wobei die Stellung des Schieberventils von der Druckbeaufschlagung am Stirnende (145) des Schieberventils (131) abhängig ist;
eine Leitung (132) verbindet das Stirnende (145) des Schie berventils (131) mit einer Druckmittelquelle;
an der Leitung (132) ist ein Auslaßkanal (138) angeschlos sen;
der Auslaßkanal (138) wird von einem Magnetventil (134) an gesteuert;
zwischen der Druckmittelquelle und dem Auslaß (138) ist in der Leitung (132) eine Drossel (133) vorgesehen;
die Einstellung des Schieberventils (131) in die erste und zweite Schaltstellung erfolgt durch Ansteuerung des Magnet ventils (134), wobei von dem Magnetventil (134) der Steuer druck am Stirnende des Schieberventils (131) gesteuert wird.
ein von einem Druck angesteuertes Schieberventil (131) für zwei Schaltstellungen, wobei in der ersten Stellung Kühl mittel in eine Leitung (160) für die Kühlung der Kupplung strömt und in der zweiten Stellung das Kühlmittel in eine Leitung zur Getriebekühlung strömt, wobei die Stellung des Schieberventils von der Druckbeaufschlagung am Stirnende (145) des Schieberventils (131) abhängig ist;
eine Leitung (132) verbindet das Stirnende (145) des Schie berventils (131) mit einer Druckmittelquelle;
an der Leitung (132) ist ein Auslaßkanal (138) angeschlos sen;
der Auslaßkanal (138) wird von einem Magnetventil (134) an gesteuert;
zwischen der Druckmittelquelle und dem Auslaß (138) ist in der Leitung (132) eine Drossel (133) vorgesehen;
die Einstellung des Schieberventils (131) in die erste und zweite Schaltstellung erfolgt durch Ansteuerung des Magnet ventils (134), wobei von dem Magnetventil (134) der Steuer druck am Stirnende des Schieberventils (131) gesteuert wird.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Schlupfzustand der Kupplung von einem elektro
nischen Steuersystem (170) gesteuert wird, das eine Schal
tung (182) zur Bestimmung der Betriebsweise aufweist, der
Eingangssignale von mehreren Betriebskennwerten des Fahr
zeugs zugeführt werden, worauf die Kennwerte ausgewertet
werden und demgemäß die Betriebsweise für die Kupplung (12)
und das Kupplungskühlsystem bestimmt werden.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kupplung (12) eine strömungsmittelbetätig
te Anfahrkupplung ist.
4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (12) eine Deckel
platte (70), eine Druckplatte (72), eine Reaktionsplatte
(74), eine Kupplungsscheibenanordnung (76), eine Tellerfeder
(78), eine Druckmittelkammer (102) zwischen der Deckelplatte
(70) und der Druckplatte (72) und eine Kammer (118) für
Kühlmittel aufweist, wobei eine Kupplungsscheibe (106), eine
Ringscheibe (112) und ein Nutenring (114) vorgesehen sind,
die Kupplungsscheibe eine energieabsorbierende Schicht und
einen Reibbelag (108, 110) auf jeder Seite aufweist, die
Kupplungsscheibe zwischen der Druckplatte (72) und der Re
aktionsplatte (74) liegt und am Außenrand der Ringscheibe
(112) befestigt ist, die mit ihrem Innenrand an dem Ring
(114) befestigt ist, wobei die Kammer (118) für das Kühl
mittel von der Reaktionsplatte (74) und der Ringscheibe
(112) gebildet ist, und die Kupplung (12) außerdem Mittel
zum Übertreten von Kühlmittel aus der Kammer (118) über die
Reibflächen aufweist.
5. Kupplungskühlsystem für eine Kupplung (12) in
Kombination mit einem stufenlosen Getriebe (10) mit einer
primären Kegelscheibe (24) und einer sekundären Kegelscheibe
(28), die jeweils eine feste Scheibenhälfte (27,31) und eine
verschiebbare Scheibenhälfte (26,30) aufweisen, mit einem
Gliederband (33) zum Umschlingen der Kegelscheiben und mit
Mitteln zum Verschieben der primären und sekundären Schei
benhälfte zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses des
stufenlosen Getriebes und zum Einstellen einer bestimmten
Riemenspannung, wobei das Kühlsystem aufweist:
ein von einem Steuerdruck angesteuertes Schieberventil (161) mit einem in einer Kammer (162) des Gehäuses verschiebbaren Schieberkolben (154), wobei das Gehäuse eine Ausnehmung (165) aufweist und eine Steuerkante (167) des Schiebers (154) mit der Ausnehmung (165) derart zusammenwirkt, daß eine veränderliche Öffnung (166) gebildet wird;
die Stirnseite (163) des Schiebers (154) wird mit einem Steuerdruck beaufschlagt, um die Führungskante (167) ge genüber der Ausnehmung (165) derart einzustellen, daß der Querschnitt der veränderlichen Öffnung (166) vergrößert wird;
an die Kammer (162) ist eine Kühlmittelzufuhrleitung (157) und eine Kühlmittelleitung (156) zur Kupplung angeschlossen, wobei der Eintritt des Kühlmittels in die Kühlmittelleitung zur Kupplung über den veränderlichen Öffnungsquerschnitt (166) erfolgt.
ein von einem Steuerdruck angesteuertes Schieberventil (161) mit einem in einer Kammer (162) des Gehäuses verschiebbaren Schieberkolben (154), wobei das Gehäuse eine Ausnehmung (165) aufweist und eine Steuerkante (167) des Schiebers (154) mit der Ausnehmung (165) derart zusammenwirkt, daß eine veränderliche Öffnung (166) gebildet wird;
die Stirnseite (163) des Schiebers (154) wird mit einem Steuerdruck beaufschlagt, um die Führungskante (167) ge genüber der Ausnehmung (165) derart einzustellen, daß der Querschnitt der veränderlichen Öffnung (166) vergrößert wird;
an die Kammer (162) ist eine Kühlmittelzufuhrleitung (157) und eine Kühlmittelleitung (156) zur Kupplung angeschlossen, wobei der Eintritt des Kühlmittels in die Kühlmittelleitung zur Kupplung über den veränderlichen Öffnungsquerschnitt (166) erfolgt.
6. Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß der Schieber (154) einen Schlitz (155) aufweist,
durch den eine minimale Kühlmittelmenge aus der Zufuhrlei
tung (157) in die Kühlmittelleitung (156) zur Kupplung über
tritt, wenn der Schieber (154) in einer Stellung ist, in der
die Steuerkante (167) in Verbindung mit der Ausnehmung (165)
die Öffnung (166) schließt.
7. Kühlsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Steuerdruck für das Schieberventil von
einem Magnetventil (151) einstellbar ist, das zwischen einer
Arbeitsdruckleitung (152) und einer Steuerdruckleitung (153)
angeordnet ist.
8. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupfzustand der Kupplung
gesteuert wird, wobei für eine bestimmte Größe des Schlupfes
ein bestimmter Steuerdruck mittels eines elektrischen Sig
nals einstellbar ist, und der auf den Schieber (154) wirken
de Steuerdruck entsprechend dem Schlupfzustand einstellbar
ist.
9. Kühlsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß der Schlupfzustand der Kupplung von einem elektro
nischen Steuersystem (170) bestimmbar ist, das eine Schal
tung (182) für die Bestimmung der Betriebsweise aufweist,
der Eingangssignale von mehreren Kennwerten des Fahrzeugs
zugeführt werden, wobei nach Auswertung der Kennwerte die
Betriebsweise für die Kupplung bestimmt wird und die Kühl
mittelmenge für die Kupplung in dieser Betriebsweise ein
gestellt wird.
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