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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Steuern eines fluidbetätigten Kolbens einer
Reibungsdrehmomentübertragungsvorrichtung und insbesondere ein
Verfahren und eine Vorrichtung, welche den fluidbetätigten
Kolben schnell entleeren kann, und welche das
Kolbenentleerungsfluid von dem Entleerungsfluid einer Zeitabstimmvorrichtung
während des Nichteingriffs trennen kann.
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Die US-A-2 833 385 offenbart einen Steuermechanismus für
eine Reibungsvorrichtung, in welcher die Reibungsvorrichtung
durch unter Druck gesetztes Öl in Eingriff und außer
Eingriff gebracht wird. Kühlöl wird auch der
Reibungsvorrichtung unter der Steuerung eines Akkumulators zugeführt,
welches beim Nichteingriff der Reibungsvorrichtung entleert
wird.
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Steuervorrichtungen nach dem Stand der Technik, die danach
streben, das Fluid der Zeitabstimmvorrichtung von der
Reibungsvorrichtung zu trennen, verwenden ein Ventilglied,
separat von dem Schiebeventil, um Fluidfluß zu und von der
Reibungsvorrichtung und dem Akkumulator zu steuern. Mit
derartigen Steuervorrichtungen wird die Zeitabstimmvorrichtung
durch eine Speisebegrenzung und/oder ein
Kugelrückschlagventu zu dem Entleerungsdurchgang der Reibungsvorrichtung
entleert. Während diese Steuervorrichtung für geringfügig
schnellere Reibungsvorrichtungsentleerung sorgen, erlauben
sie keine schnelle Akkumulatorentleerung der
Zeitabstimmvorrichtung.
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Die vorliegende Erfindung strebt danach, ein verbessertes
Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Steuern einer
Reibungsvorrichtung zu schaffen.
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Entsprechend schafft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
einen Steuermechanismus zum Steuern einer fluidbetätigten
Reibungsvorrichtung, wie in Anspruch 1 spezifiziert.
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Die vorliegende Erfindung kann eine Flußsteuerfunktion für
eine Reibungsvorrichtung und eine Akkumulator
(Zeitabstimmvorrichtung) in einem Schiebeventil enthalten, wodurch ein
separates Steuerventil und die begleitenden
Herstellungskosten und die Komplexheit der Anordnung eliminiert werden.
Ein derartige Flußsteuerfunktion kann selektiv den
Akkumulator, jegliche Flußbegrenzungen und die Reibungsvorrichtung
zwischenschalten, um für einen zeitlich abgestimmten
Eingriff der Reibungsvorrichtung, während eine schnelle
Entleerung des Akkumulators erlaubt wird, und für eine
zeitlich abgestimmte Entleerung der Reibungsvorrichtung
während des Nichteingriffs zu sorgen.
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Durch Verringern der Nichteingriffszeit der weggehenden
Reibungsvorrichtung kann die gesamte Wärme, die während eines
Herunterschaltens generiert wird, signifikant reduziert
werden. Eine Computersimulation des Energietransfers während
eines Herunterschaltens eines herkömmlich erhältlichen
Getriebes zeigt, daß eine Verringerung der Energiedichte von
252 kJ/m² (220 ftlb/sqin) erreicht werden kann. Dies ist
eine wesentliche Verringerung im Wärmeerzeugungspotential
und eine Verbesserung der Gesamtbetriebsleistungsfähigkeit.
Diese Anordnung kann auch den Vorteil aufweisen, daß der
Akkumulator vollständig in Vorbereitung für ein
Zwischenhochschalten entleert wird, wenn derartiges vom Fahrer
angefordert wird. Die gleichen Vorteile können während eines
Hochschaltens erlangt werden, da der Akkumulator der weggehenden
Reibungsvorrichtung im wesentlichen separat entleert wird.
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Vorteilhafterweise befinden sich die Reibungsvorrichtung und
der Akkumulator in Fluidkommunikation mit einer gemeinsamen
Flußbegrenzung während des Eingriffs und der Akkumulator ist
für eine freie Flußentleerung während des Nichteingriffs
verbunden.
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Vorzugsweise wird die Reibungsvorrichtung durch eine
Flußbegrenzung während des Eingriffs versorgt und wird durch eine
andere Flußbegrenzung während des Nichteingriffs entleert.
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In einer praktischen Ausführungsform ist ein Akkumulator in
einer Fluidflußanordnung mit einem Schiebeventil, einer
Flußbegrenzung und einem fluidbetätigten Kolben angeordnet, und
worin weiter das Schiebeventil selektiv gesteuert wird, um
einen seriellen Fluidfluß zwischen der Begrenzung und dem
Akkumulator und zwischen der Begrenzung und dem Kolben während
des Eingriffs zu schaffen, um die zeitliche Abstimmung davon
zu steuern und für einen Flußweg von dem Akkumulator zu
sorgen und sich somit in vorbeitretender Relation mit der
Begrenzung und der Reibungsvorrichtung während des
Nichteingriffs zu entleeren.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein Verfahren zur Steuerung einer fluidbetätigten
Reibungsvorrichtung, wie in Anspruch 7 spezifiziert, geschaffen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht zur Verwendung mit
irgend einem besonderen Typ von fluidbetätigter
Drehmomentübertragungsvorrichtung beschränkt.
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Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind
unten lediglich beispielhaft mit Bezug auf die begleitende
Zeichnung beschrieben, in der:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer
ersten Ausführungsform eines Steuersystems ist;
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Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer
zweiten Ausführungsform eines Steuersystems ist;
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Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teils einer
dritten Ausführungsorm eines Steuersystems ist.
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In Fig. 1 ist herkömmliche positive Verdrängungspumpe 10,
welche durch einen Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird,
verbunden, um unter Druck gesetztes Fluid an einen Durchgang
12 zu liefern. Der Druckpegel in dem Durchgang 12 wird durch
ein herkömmliches Regulatorventil 14 gesteuert, welches
Überschußfluidfluß zu einem Sumpf oder Reservoir 16
vorbeileitet.
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Das Fluid in Durchgang 12 wird an eine
Steuerventileinrichtung 18 geliefert, welche eine Vielzahl von herkömmlichen
Steuerelementen und Ventilgliedern umfaßt. Die
Steuerventileinrichtung 18 wirkt, um die Übersetzungsverhältnisse in
einem herkömmlichen Automatikgetriebe (nicht gezeigt) zu
steuern.
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Eines der Ventilglieder, das in der Steuereinrichtung 18
enthalten ist, ist eine Schiebeventil 20, welches ein
bewegbares Ventilglied 22 umfaßt, daß betätigbar ist, um Fluidfluß
zwischen einer Vielzahl von Öffnungen oder Durchgängen
(nachstehend einfach als Öffnungen bezeichnet) zu steuern, die
mit dem Schiebeventil 20 verbunden sind. Diese Öffnungen
umfassen eine Zufuhröffnung 24, eine
Akkumulatorspeiseöffnung 26, eine Akkumulatorrückkehröffnung 28, eine
Kupplungsöffnung 30 und zwei Entleerungsöffnungen 32 und 34, welche
wiederum mit dem Reservoir 16 verbunden sind.
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Die Öffnung 28 ist durch einem Akkumulatordurchgang 60 mit
einem herkömmlichen Hydraulikakkumulator 62 verbunden.
Bekanntlich weisen derartige Akkumulatoren eine
Akkumulatorkammer 64 und eine Steuerkammer 66 auf. Ein Federglied 68
drängt einen schwimmenden Kolben 70 in einer Richtung, um
die Größe der Akkumulatorkammer 64 zu verringern.
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Die Kupplungsöffnung 30 ist über einen Durchgang 40, durch
eine Begrenzung 42 und eine paralleles Kugelrückschlagventil
44 mit einem Durchgang 46 verbunden, welcher wiederum mit
einer selektiv in Eingriff bringbaren Kupplungsanordnung 48
verbunden ist. Das Kugelrückschlagventil 44 ist offen, wenn
Fluid auf die Öffnung 30 zu fließt, um dem Fluid zu
erlauben, die Begrenzung 42, während des Nichteingriffs der
Kupplungseinrichtung 48 zu umfließen. Der Durchgang 46
kommuniziert auch mit einem Akkumulatordurchgang 50, welcher
wiederum mit der Akkumulatorspeisöffnung 26 verbunden ist.
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Die Kupplung 48 ist eine herkömmliche fluidbetätigte
Reibungskupplung, die einen fluidbetätigten Kolben 52, eine
Eingangsnabe 56, eine Ausgangsnabe 58 und eine Vielzahl von
verschachtelten Reibungsscheiben 54 enthält, welche
abwechselnd über Keilnuten zwischen den Naben 56 und 58 angeordnet
sind. Die Eingangsnabe 56 ist mit einer
Getriebeeingangswelle verbunden und die Nabe 58 ist mit einem
Planetengetriebeglied verbunden (keines davon ist gezeigt) . Natürlich könnte
die Anordnung umgekehrt werden.
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Wenn Fluiddruck über Durchgang 46 aufgebracht wird, um auf
Kolben 52 zu wirken, werden die Reibungsscheiben 54 in
Reibungseingriff gedrängt, um eine
Drehmomentübertragungsverbindung zwischen den Naben 56 und 58 zu schaffen.
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Das bewegbare Ventilglied 22 wird durch eine Feder 36 in die
gezeigte Federeinstellposition gedrängt. Ein Schaltsignal
durchgang 38 ist betätigbar, um Fluiddruck dem bewegbaren
Glied 22 gegen die Feder 36 in einer Druckeinstellposition
zuzuführen. Das Schaltsignal wird auf eine herkömmliche
Weise durch die Steuereinrichtung 18 generiert und wird im
allgemeinen durch den Motordrehmomentpegel und die
Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt.
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In der gezeigten Federeinstellposition sind sowohl die
Zufuhröffnung 24 als auch die Akkumulatorspeiseöffnung 26
durch das Ventil 20 geschlossen, während die
Akkumulatorrückkehröffnung 28 auf eine Weise offen ist, um einen freien
Fluß durch die Entleerungsöffnung 32 zu erlauben, und die
Kupplungsöffnung 30 ist auf eine Weise offen, um einen
begrenzten Fluß durch die Entleerungsöffnung 34 zu erlauben,
so daß Fluid durch diese beiden Öffnungen 30, 34 in das
Reservoir 16 fließen kann.
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In der Druckeinstellposition, das heißt, wenn der Durchgang
38 unter Druck gesetzt ist, wird die Zufuhröffnung 24 mit
der Kupplungsöffnung 30 verbunden und die
Akkumulatorzufuhröffnung 26 wird mit der Akkurnulatorrückkehröffnung 28
verbunden.
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Wenn das Schiebeventil 20 durch Druck in Durchgang 38
betätigt wird, das heißt, wenn das Schiebeventil 20 sich in
der Druckeinstellposition befindet, wird Fluid, das durch
die Begrenzung 42 tritt, sowohl zu dem Kolben 52 und über
Durchgänge 50 und 60 zu der Akkumulatorkammer 64 gerichtet.
Bekanntlich ist der Druckanstieg in dem Fluid, das auf den
Kolben 52 wirkt, abhängig von der Begrenzung 42 und dem
Akkumulator 62. Die Begrenzung 42 sorgt für eine Flußsteuerung
und der Akkumulator 62 sorgt für ein variables Volumen,
welches den Druckanstieg steuert.
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Um einen breiten Steuerungsbereich für die
Druckänderungscharakteristiken an dem Kolben 52 zu schaffen, ist ein
Akkumulatorventil 72 vorgesehen. Das Ventil 72 empfängt ein
Drehmomentsignal über einen Durchgang 74 von der Steuereinrichtung
18. Das Akkumulatorventil 72 moduliert das Signal in
Durchgang 74 und liefert das modulierte Signal durch einen
Durchgang 76 an die Kammer 66. Wenn der Druck in Kammer 66
zunimmt, wird der Druckpegel, bei welchem sich der Kolben 70
zu bewegen beginnt, auch zunehmen, wodurch der
Anfangsdruckpegel beeinflußt wird, der zu dem Kolben 52 gerichtet wird.
Das Fluid, das durch die Begrenzung 42 tritt, wird alles zu
dem Kolben 52 gerichtet, bis der Kolben 70 sich zu bewegen
beginnt.
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Während es vorteilhaft ist, zeitlich abgestimmten
Kupplungseingriff vorzusehen, welcher von dem übertragenen Drehmoment
abhängt, ist es gleichermaßen wünschenswert, ein schnelles
Außereingrifftreten der Kupplung unabhängig von dem
übertragenen Drehmoment zu erlauben. Um dies herbeizuführen wird
das Schiebeventil 20 bei Entfernung des Signals in Durchgang
38 zu der Federeinsteilposition gedrängt. In dieser Position
wird die Akkumularorkammer 64 frei zu dem Reservoir 16
entleert, während das Fluid in Kupplung 48 durch das
Kugelrückschlagventil 44 und den Durchgang 40 zu dem Reservoir 16
entleert wird. In den meisten Anordnungen ist es erwünscht,
eine geringfügige Begrenzung in dem Entleerungsdurchgang des
Kupplungskolbens 52 vorzusehen, um sicherzustellen, daß kein
Aufheulen des Motors auftritt.
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In Vorrichtungen nach dem Stand der Technik werden das
Akkumulatorfluid und das Kupplungsfluid gemeinsam durch einen
einzigen Flußweg entleert, so daß eine längere
Kupplungseingriffszeit vorhanden ist. Auch bei dem Ereignis, daß ein
Zwischenhochschalten durch das Ventil 20 angefordert wird, kann
die Akkumulatorkammer 64 in einem herkömmlichen System etwas
Restdruck aufweisen, welcher die Kupplungseingriffszeit
beeinflussen würde. Es ist nicht wahrscheinlich, daß ein
derartiges Ereignis mit der oben beschriebenen Ausführungsform
stattfindet, infolge des freien Fluidflußweges zwischen dem
Akkumulator und dem Reservoir, welcher durch das
Schiebeventil 20 vorgesehen wird.
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Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform umfaßt ein
Schiebeventil 100, welchem eine Zufuhröffnung 102, eine
Akkumulatorspeiseöffnung 104, eine Kupplungsaufbringöffnung 106, eine
Kupplungsrückkehröffnung 108, eine Akkumulatoröffnung 110
und ein Paar Entleerungsöffnungen 112 und 114 zugeordnet
sind. In der gezeigten Federeinstellposition sind die
Öffnungen 102, 104 und 106 blockiert, während die Öffnung 110 mit
dem Reservoir bei Öffnung 112 und die Öffnung 108 durch
einen begrenzten Durchgang mit dem Reservoir verbunden ist.
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Die Öffnung 106 ist über einen Durchgang 116 durch eine
Begrenzung 118 mit einem Durchgang 120 verbunden, welcher mit
einem Aufbringkolben 122 einer Scheibenbremse 124 verbunden
ist. Der Durchgang 120 befindet sich auch in
Fluidkommunikation mit einem Durchgang 126, welcher mit der Öffnung 108
verbunden ist, und einem Durchgang 128, welcher mit der
Öffnung 104 verbunden ist.
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Die Scheibenbremse 124 ist eine herkömmliche
Drehmomentübertragungsvorrichtung, in welcher eine Vielzahl von
Reibungsscheiben in Eingriff durch den Kolben 122 gedrängt wird, um
eine Drehmomentübertragungsverbindung zwischen einer Nabe
130 und einem Gehäuse oder einem anderen stationären Glied
132 herbeiführen. Das Schiebeventil 100 ist auch mit einer
Scheibenkupplung verwendbar, wie sie oben für Kupplung 48
beschrieben worden ist.
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Die Öffnung 110 ist über einen Durchgang 134 mit einem
herkömmlichen Akkumulator 62 verbunden. Dem Akkumulator 62 ist
ein Akkumulatorventil 72 zugeordnet, welches auf eine Weise
wirkt, die identisch mit der ist, wie sie oben für das
Akkumulatorventil in Fig. 1 beschrieben worden ist.
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Wenn das Schiebeventil 100 ein Schaltsignal durch den
Durchgang 38 empfängt, wirkt das Schiebeventil 100, um
Fluidkommunikation zwischen der Zufuhröffnung 102 und der Öffnung
106 und auch zwischen der Öffnung 104 und der Öffnung 110 zu
schaffen. In dieser Druckeinstellposition wirkt das
Schiebeventil 100 auch, um die Öffnungen 108, 112 und 114 zu
schließen. Mit dem Ventil 100 in der Druckeinstellposition
wird Fluid von der Zufuhröffnung 102 zu der Öffnung 106 und
durch Durchgänge 116 und die Begrenzung 118 zu dem
fluidbetätigten Kolben 122 gerichtet. Fluid wird auch über
Durchgänge 128 und 134 zu dem Akkumulator 62 gerichtet.
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Die Begrenzung 118 sorgt für eine Flußratenbegrenzung für
das Fluid, das in die Bremse 124 und in dem Akkumulator 62
eintritt, so daß die Begrenzung 118 und die Füllzeit des
Akkumulators 62 betätigbar sind, um eine gesteuerte
Eingriffszeit für die Bremse 124 zu schaffen. Wie oben für die
Ausführungsform von Fig. 1 beschrieben, kann die Inituerung
des Eingriffs durch das Akkumulatorventil 72 in Abhängigkeit
von zahlreichen Drehmomentsignalen variiert werden, die
durch den Durchgang 74 zugeführt werden.
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Wenn das Schaltsignal von dem Durchgang 38 entfernt wird,
wird das Ventil 100 in die Federeinsteilposition gedrängt,
so daß der Akkumulator 62 direkt mit dem Reservoir verbunden
ist und der Aufbringkolben 122 über Durchgang 126 und eine
Begrenzung mit dem Reservoir 16 verbunden ist. Das
Entleerungsfluid vom Kolben 122 tritt an der Begrenzung 118
vorbei, so daß sich die Entleerungszeit wesentlich von der
Eingriffszeit unterscheidet und beträchtlich kürzer ist als
diese. Wie oben mit Fig. 1 beschrieben, wird das
Akkumulatorfluid direkt zu dem Reservoir entleert, so daß es die
Nichteingriffszeit des Kolbens 122 nicht beeinflußt.
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Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt, in
welcher ein Schiebeventil 200 benutzt wird, um den Eingriff und
Nichteingriff einer Drehmomentübertragungsvorrichtung, wie
einer Bandbremse 202, wie bezeichnet, oder einer Kupplung,
wie in Fig. 1 gezeigt, oder einer Scheibenbremse, wie in
Fig. 2 gezeigt, zu steuern. Das Schiebeventil 200 weist eine
Zufuhröffnung 204, eine erste Auslaßöffnung 206, eine zweite
Auslaßöffnung 208 und ein Paar Entleerungsöffnungen 210 und
212 auf.
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Die Zufuhröffnung 204 ist mit dem Zufuhrdurchgang von der
Steuereinrichtung 18 durch eine Begrenzung 214 verbunden. In
der gezeigten Federeinstellposition ist die Zufuhröffnung
204 geschlossen, während die Öffnungen 206 und 208 mit den
Entleerungsöffnungen 212 bzw. 210 verbunden sind. Die
Öffnung 206 ist über einen Durchgang 216 mit einem Servokolben
218 verbunden, welcher betätigbar ist, wenn er unter Druck
gesetzt wird, um mit der Bandbremse 202 in Eingriff zu
gelangen. Die Öffnung 208 ist über Durchgang 220 mit dem
Akkumulator 62 verbunden. Der Akkumulator 62 und sein zugeordnetes
Akkumulatorventil 72 wirken wie vorher für die
Ausführungsformen von Fig. 1 und 2 beschrieben.
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Das Schiebeventil 200, beim Aufbringen eines Schaltsignals
in Durchgang 38, wird in die Druckeinstellposition bewegt,
worin die Öffnungen 210 und 212 geschlossen sind und die
Zufuhröffnung 204 gleichzeitig mit Öffnungen 206 und 208
verbunden ist. Fluiddruck, der durch die Öffnung 204 zugelassen
wird, wird sowohl zu dem Servokolben 218 als auch zu dem
Akkumulator 62 gerichtet. Jedoch muß, wie vorher erwähnt,
alles hereinkommende Fluid durch die Begrenzung 214 treten,
welche in Zusammenarbeit mit dem Akkumulator 62 für eine
Eingriffszeitcharakteristik für die
Drehmomentübertragungsvorrichtung 202 sorgt.
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Wenn das Schaltsignal vom Durchgang 38 entfernt wird und das
Schiebeventil 200 zu der Federeinsteilposition zurückgekehrt
ist, ist der Akkumulator 62 direkt mit der Entleerung durch
Öffnungen 208 und 210 verbunden, während der Servokolben 218
mit einer begrenzten Entleerung über Öffnungen 206 und 212
verbunden ist. Die Begrenzung in der Entleerungsöffnung für
den Servokolben 218 stellt eine minimale Flußbegrenzung für
das Fluid dar. Die Verwendung einer derartigen
Entleerungsbegrenzung ist kein Muß und kann in manchen Fällen nicht
erwünscht sein. In einigen Steuersystemen kann die Größe des
Entleerungsdurchganges hinreichend sein, um für eine
gewünschte Steuerung für Entleerungsfluß zu sorgen.
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Was die in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen
betrifft, wird der Akkumulator 62 während des Nichteingriffs
der Drehmomentübertragungsvorrichtung 202 frei entleert. Mit
der Entleerung einhergehend, wird das Fluid von dem
Akkumulator 62 von dem Flußweg des Fluids getrennt, das den
Servokolben 218 verläßt.