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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Automatikgetriebe und insbesondere Fluidausdehungsbehälter für Automatikgetriebe.
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Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe liefern notwendigerweise und faktisch sowohl eine zuverlässige Drehmomentvervielfachung als auch eine Drehmoment- und Drehzahlanpassung über einen breiten Bereich von Umgebungs- sowie Betriebstemperaturen. Die Betriebstemperatur eines Automatikgetriebes kann so aufgefasst werden, dass sie in einem Bereich von kalt, d. h. ein Wintermorgenstart, durch warm, d. h. normaler Betrieb, bis heiß, d. h. maximale Betriebstemperatur liegt. Das Fluid in einem Getriebe, das gemeinhin als ”Automatikgetriebefluid” (”Automatic Transmission Fluid” oder ATF) bezeichnet wird, zieht sich zusammen, wenn es kalt ist, und dehnt sich aus, wenn es heiß ist. Somit entsprechen die angeführten Temperaturgrenzen den minimalen und maximalen Volumina des Getriebefluids für eine gegebene Masse des Getriebefluids.
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Die minimale Auslegungs- oder Starttemperatur bestimmt die minimale Masse von Getriebefluid, die in dem Getriebe erforderlich ist. Unter dieser Betriebsbedingung ist das Getriebefluid am dichtesten, was das Volumen des Getriebefluids innerhalb des Getriebesumpfes und des Getriebes verringert, und die Viskosität des Fluids ist maximal, wodurch das Sumpf- und Getriebefluidvolumen aufgrund von Fluidbeschichtung oder Anhaftung an Getriebekomponenten und -oberflächen weiter verringert wird.
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Die maximale Auslegungs- oder Betriebstemperatur bestimmt das maximale Getriebesumpf-Fluidvolumen, das einen Fluidpegel unter den rotierenden Komponenten des Getriebes aufrechterhält. Wenn das Getriebefluid die rotierenden Bauteile berührt, wird das Fluid mit mitgerissener Luft schaumig, was den Reibungswiderstand erhöht und dem Getriebefluid Wärme hinzufügt. Letztendlich wird die mitgerissene Luft die Wirkung der Getriebepumpe stören, der Getriebefluiddruck wird abfallen, wobei ein Herunterfahren des Getriebes erzwungen und möglicherweise eine Beschädigung des Getriebes hervorgerufen wird.
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Es ist daher ersichtlich, dass das Automatikgetriebe und Getriebefluid-Kühlsystem das kalte und, noch wichtiger, das heiße Volumen von Getriebefluid aufnehmen bzw. ausgleichen muss, während das vorgesehene und gewünschte Leistungsvermögen des Fahrzeugs aufrechterhalten wird. Diese Anforderung hat zusätzlich zu den Anforderungen verschiedener Fahrzeuglaufhöhen, Fahrwerkkomponenten und verschiedener Maschinenkonfigurationen die Anzahl von Getriebefluid-(ATF-)Wannen und Filter-/Pumpenaufnahmen für das gleiche Automatikgetriebemodell vermehrt.
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DE 10 2005 007 386 A1 offenbart ein Verfahren zur Befüllung eines Ölausgleichsbehälters mit Drucköl, welches vom Ölkreislauf in Abhängigkeit von der Temperatur abgezapft wird. Das Verfahren wird über ein Thermoventil in der Leitung von einem Getriebe zu dem Ölausgleichsbehälter durchgeführt.
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Die
JP H05-33 853 A offenbart eine Vorrichtung in einem Ölkreislauf eines Automatikgetriebes, bei welcher ein Verteilerventil in Abhängigkeit von der Öltemperatur Öl teilweise zu einem Ölkühler und teilweise zu einem Reservoir lenkt. Es ist auch ein Ventil in einem Rücklaufweg von dem Reservoir vorgesehen, das ein Bimetallventil sein kann.
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Die
US 4 962 830 A offenbart einen Ölkühlreislauf mit einem Kühler und einem Akkumulator, wobei keine Ventile benutzt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zum Aufnehmen der Volumenänderung von Getriebefluid von kalt zu warm unter Beibehaltung geeigneter Getriebesumpf- und Betriebspegel gerichtet.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen aktiven Fluidbehälter für das Getriebefluid eines Automatikgetriebes bereit. In einer ersten Ausführungsform umfasst der Fluidbehälter einen länglichen Behälter, der benachbart und parallel zu Fluidleitungen angeordnet ist, die von dem Automatikgetriebe zu dem Getriebeöl-(Fluid-)Kühler (TOC) führen. Je nach Platzangebot kann der Behälter ein einziger größerer Behälter, dem entweder die Versorgungs- oder die Rückführleitung zugeordnet ist, oder zwei kleinere Behälter, denen beide Leitungen zugeordnet sind, sein. Thermisch betätigte Ventile an jedem Ende der/des Behälter(s) öffnen, um eine Fluidströmung durch den Behälter zuzulassen, wenn die Fluidtemperatur ansteigt, und ein Umlenkventil in der/den Kühlerleitung(en) schließt, um die Strömung in den Behälter umzulenken. In einer zweiten Ausführungsform umfasst der Fluidbehälter ein Gefäß, einen Tank oder eine ähnliche Speichervorrichtung in Fluidverbindung mit einer Getriebeölkühler-(TOC-)Leitung. Wieder umfasst die Vorrichtung thermisch betätigte Ventile, die öffnen, um eine Fluidströmung von der Ölkühlerleitung zu dem Behälter vorzusehen, und ein Umlenkventil in der Ölkühlerleitung, das bei einer Temperaturerhöhung schließt, um die Strömung zu dem Behälter umzulenken. In beiden Ausführungen muss der Behälter über dem Getriebesumpf angeordnet sein, so dass das Getriebefluid durch Schwerkraft in den Sumpf zurückkehrt, wenn die Maschine und das Getriebe nicht in Betrieb sind.
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Es ist daher ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen aktiven Getriebefluidbehälter für Automatikgetriebe bereitzustellen.
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Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Getriebefluidbehälter mit einem Paar thermisch betätigten Durchflussventilen und einem thermisch betätigten Umlenkventil bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Getriebefluidbehälter mit mindestens einem länglichen Behälter, der entlang einer Getriebeölkühlerleitung angeordnet ist, bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Getriebefluidbehälter mit mindestens einem länglichen Behälter, der entlang einer Getriebeölkühlerleitung angeordnet ist, einem Paar Durchfluss-Steuerventilen und einem Umlenkventil bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Getriebefluidbehälter mit mindestens einem länglichen Behälter, der entlang einer Getriebeölkühlerleitung angeordnet ist, einem Paar thermisch betätigten Durchfluss-Steuerventilen und einem thermisch betätigten Umlenkventil bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Getriebefluidbehälter mit einem Paar länglichen Behältern, die entlang eines jeweiligen Paares Getriebeölkühlerleitungen angeordnet sind, bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Getriebefluidbehälter mit einem Speichergefäß bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Getriebefluidbehälter mit einem Speichergefäß, einem Paar Durchfluss-Steuerventilen und einem Umlenkventil bereitzustellen.
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Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Getriebefluidbehälter mit einem Speichergefäß, einem Paar thermisch betätigten Durchfluss-Steuerventilen und einem thermisch betätigten Umlenkventil bereitzustellen.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
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1 ein schematisches Schaubild eines Teils eines beispielhaften Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, der einen Radiator, eine Maschine und ein Getriebe aufweist und die vorliegende Erfindung enthält;
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2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Getriebefluidbehälters gemäß der vorliegenden Erfindung in einem kalten oder Niedertemperatur-Betriebszustand oder unter einer kalten oder Niedertemperatur-Betriebsbedingung;
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3 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Getriebefluidbehälters gemäß der vorliegenden Erfindung in einem heißen oder Hochtemperatur-Betriebszustand oder unter einer heißen oder Hochtemperatur-Betriebsbedingung;
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4 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Getriebefluidbehälters gemäß der vorliegenden Erfindung in einem kalten oder Niedertemperatur-Betriebszustand oder unter einer kalten oder Niedertemperatur-Betriebsbedingung; und
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5 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Getriebefluidbehälters gemäß der vorliegenden Erfindung in einem heißen oder Hochtemperatur-Betriebszustand oder unter einer heißen oder Hochtemperatur-Betriebsbedingung;
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Abschnitt eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, der die vorliegende Erfindung enthält, veranschaulicht und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der veranschaulichte Antriebsstrang 10 umfasst einen Radiator 12, der mit einer Maschine 14, die eine Gas-, Diesel- oder Flex-Fuel-Maschine sein kann, in Fluidverbindung steht. Der Ausgang der Maschine 14 ist mit dem Eingang eines Getriebes 16 gekoppelt. Das Getriebe umfasst einen Fluidsumpf 18, in den Getriebefluid unter dem Einfluss der Schwerkraft hineinströmt und gesammelt wird. Das Getriebe 16 umfasst auch eine Ausgangswelle 20, die eine Endantriebsanordnung (FDA) 22 antreibt, die zum Beispiel eine Kardanwelle, ein Differenzial, Achsen und Reifen und Räder (alle nicht veranschaulicht) umfassen kann.
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Der Radiator 12 umfasst einen darin angeordneten Getriebeöl-(Fluid-)Kühler 24. Der Getriebeölkühler 24 steht mit dem Getriebe 16 über ein Paar Fluidleitungen, Rohre oder Schläuche 26 und 28 in Fluidverbindung, von denen eine/r/s (26) als eine Versorgungsleitung des heißeren Fluids von dem Getriebe 16 zu dem Getriebeölkühler 24 in den Radiator 12 fungiert und von denen der andere (28) als eine Rückführleitung des kühleren Fluids von dem Getriebeölkühler 24 zu dem Getriebe 16 fungiert.
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In einer/m der Fluidleitungen, Rohre oder Schläuche, bevorzugt der Versorgungsleitung 26, ist eine aktive Getriebefluid-Ausdehnungsbehälteranordnung 30 angeordnet. Zu Beginn sei darauf hingewiesen, dass die Getriebefluid-Ausdehnungsbehälteranordnung 30 im Allgemeinen über dem Pegel des Sumpfes 18 des Getriebes 16 angeordnet sein muss, so dass, wenn die Maschine 14 und das Getriebe 16 nicht in Betrieb sind, Fluid, das sich in der Getriebefluid-Ausdehnungsbehälteranordnung 30 angesammelt hat, unter dem Einfluss der Schwerkraft in den Sumpf 18 zurückkehren wird.
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Nun den 2 und 3 zugewandt, ist eine erste Ausführungsform einer aktiven Getriebefluid-Ausdehnungsbehälteranordnung 30 in Fluidverbindung mit der Getriebeölkühler-Versorgungsleitung 26 veranschaulicht. Die Getriebefluid-Ausdehnungsbehälteranordnung 30 ist eine in Reihe angeordnete, zylindrische Anordnung und nimmt in der Regel eine axiale Distanz von mehreren Zoll entlang der Länge und parallel zu der Kühlerversorgungsleitung 26 ein. Wenn Packungs- und Platzgründe eine solche Konfiguration nicht erlauben, können mehrere, kleinere Behälteranordnungen verwendet werden, zum Beispiel eine an jeder der Versorgungs- und Rückführleitungen 26 und 28.
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Innerhalb der Kühlerversorgungsleitung 26 ist ein erstes oder Umlenkventil 32 angeordnet, das in der Lage ist, den Strömungsweg durch die Kühlerversorgungsleitung 26 im Wesentlichen vollständig zu öffnen und vollständig zu schließen. Das erste oder Umlenkventil 32 umfasst bevorzugt eine kreisförmige Scheibe 34 oder eine ähnliche Ventilstruktur, wie etwa ein Kugelventil, die durch eine 90-Grad-Drehung geöffnet und geschlossen wird. Andere Ventilkonfigurationen, wie ein Schieberventil, ein Tellerventil oder ein Irisventil – wobei das gemeinsame Merkmal solcher Ventile ihre volle Öffnung und Schließung mit einer relativ beschränkten Eingangsbewegung ist – können hier und an den anderen Ventillagen ebenfalls benutzt werden. Die kreisförmige Scheibe 34 ist an einer Welle oder Stange 36 befestigt, die von der Wand der Kühlerversorgungsleitung 26 oder einer anderen geeigneten Struktur abgestützt wird, und ist mit einer Bimetall-Betätigungseinrichtung 38 gekoppelt. Wenn die Temperatur des Getriebeöls in der Kühlerversorgungsleitung 26 zunimmt, dreht die Bimetall-Betätigungseinrichtung 38 die kreisförmige Scheibe 34 aus der in 2 veranschaulichten Position, die eine uneingeschränkte Fluidströmung von Getriebeöl durch die Kühlerversorgungsleitung 26 zulässt, in die in 3 veranschaulichte Position, die die Kühlerversorgungsleitung 26 versperrt und eine Strömung dort hindurch verhindert. Alternativ kann die Bimetall-Betätigungseinrichtung 38 durch eine Betätigungseinrichtung, die die Wärmeausdehnung eines Fluids benutzt, ersetzt werden. Außerdem ist festzustellen, dass die kreisförmige Scheibe 34 (oder andere Ventilkonfiguration) mit einem elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktor gekoppelt sein und durch diesen gedreht werden kann, welcher durch ein Signal von einem Temperatursensor, wie etwa einem Thermistor, gesteuert wird, der zum Beispiel in dem Getriebe 16 angeordnet ist.
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Die in Reihe angeordnete Getriebefluid-Ausdehnungsbehälteranordnung 30 umfasst auch einen Behälter 40, der sich bevorzugt axial entlang einer Seite der Kühlerversorgungsleitung 26 erstreckt. Alternativ kann der Behälter 40 konzentrisch um die Kühlerversorgungsleitung 26 angeordnet sein, wie es durch die gestrichelte Bezugslinie 42 angedeutet ist. Am stromaufwärtigen Ende des Behälters 40, zwischen der Kühlerversorgungsleitung 26 und dem Behälter 40, ist ein zweites oder Einlassventil 44 angeordnet. Das zweite oder Einlassventil 44 kann einen ähnlichen Aufbau wie das erste oder Umlenkventil 32 haben. Somit kann es eine kreisförmige Scheibe 46 umfassen, die an einer Welle 48 angebracht ist, die durch eine Bimetall-Betätigungseinrichtung 52 gedreht wird. Am stromabwärtigen Ende des Behälters 40, zwischen der Kühlerversorgungsleitung 26 und dem Behälter 40, ist ein drittes oder Auslassventil 54 angeordnet. Das dritte oder Auslassventil 54 kann auch vom Aufbau her ähnlich wie das erste oder Umlenkventil 32 sein. Somit kann es eine kreisförmige Scheibe 56 umfassen, die an einer Welle 58 angebracht ist, die durch eine Bimetall-Betätigungseinrichtung 62 gedreht wird.
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Das zweite oder Einlassventil 44 und das dritte oder Auslassventil 54 arbeiten gemeinsam aber entgegengesetzt zu dem ersten oder Umlenkventil 32. Das heißt, wenn die Temperatur des Getriebefluids zunimmt, drehen die Bimetall-Betätigungseinrichtungen 52 und 62 jeweils das zweite oder Einlassventil 44 bzw. das dritte oder Auslassventil 54 aus den in 2 veranschaulichten geschlossenen Positionen in die in 3 veranschaulichten offenen Positionen. Wenn das zweite oder Einlassventil 44 und das dritte oder Auslassventil 54 öffnen, schließt somit das erste oder Umlenkventil 32. Wiederum ist festzustellen, dass alle drei Ventile 32, 44 und 54 durch eine oder mehrere elektrische, hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtungen gesteuert werden können, die durch ein Signal von einem Temperatursensor gesteuert werden, der zum Beispiel in dem Getriebe 16 angeordnet ist.
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Während des Betriebes der Maschine 14 und des Getriebes 16, wenn die Temperatur des Getriebefluids zunimmt, schließt dementsprechend das Umlenkventil 32 und das Einlassventil 44 und das Auslassventil 54 öffnen, wobei das zusätzliche Volumen des Behälters 40 für den Fluidkreis bereitgestellt wird, das die mit der Temperatur in Beziehung stehende Ausdehnung des Getriebefluids aufnimmt bzw. ausgleicht. Wenn die Maschine 14 abgeschaltet ist und das Getriebefluid und das Getriebe 16 abkühlen, öffnet das Umlenkventil 32 wieder und das Einlassventil 44 und das Auslassventil 54 schließen. Wenn dies auftritt, zieht sich das Getriebefluid auch zusammen, und bevor das Auslassventil 54 vollständig schließt, strömt das Getriebefluid, das sich die dem Behälter 40 gesammelt hat, unter dem Einfluss der Schwerkraft in den Sumpf 18 des Getriebes 16.
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Nun unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform einer aktiven Getriebefluid-Ausdehnungsbehälteranordnung 70, die ein Gefäß oder einen Tank als den Fluidbehälter anwendet, in Verbindung mit der Getriebeölkühler-Versorgungsleitung 26 veranschaulicht. Die Getriebefluid-Ausdehnungsbehälteranordnung 70 umfasst ein Gefäß oder einen Tank 72, der an jeder zweckmäßigen Stelle über dem Pegel des Sumpfes 18 des Getriebes 16 angeordnet und an jeder zweckmäßigen Komponente im Motorraum, wie etwa dem Radiator 12, der Maschine 14 oder dem Getriebe 16, montiert sein kann. Das Gefäß oder der Tank 72 enthält eine Einlassleitung oder ein Einlassrohr 74 in Fluidverbindung mit der Getriebeölkühler-Versorgungsleitung 26 und eine Auslassleitung oder ein Auslassrohr 76 ebenfalls in Fluidverbindung mit der Getriebeölkühler-Versorgungsleitung 26.
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Innerhalb der Getriebeölkühler-Versorgungsleitung 26 ist ein erstes oder Umlenkventil 82 angeordnet, das in der Lage ist, den Strömungsweg durch die Kühlerversorgungsleitung 26 im Wesentlichen vollständig zu öffnen und vollständig zu schließen. Das erste oder Umlenkventil 82 umfasst bevorzugt eine kreisförmige Scheibe 84 oder eine ähnliche Ventilstruktur, die durch eine 90-Grad-Drehung geöffnet und geschlossen wird. Die kreisförmige Scheibe 84 ist an einer Welle oder Stange 86 befestigt, die durch die Wand der Kühlerversorgungsleitung 26 oder eine andere geeignete Struktur abgestützt ist, und ist mit einer Bimetall-Betätigungseinrichtung 88 gekoppelt. Wenn die Temperatur des Getriebeöls in der Kühlerversorgungsleitung 26 zunimmt, dreht die Bimetall-Betätigungseinrichtung 88 die kreisförmige Scheibe 84 aus der in 4 veranschaulichten offenen Position, die eine uneingeschränkte Fluidströmung von Getriebeöl durch die Kühlerversorgungsleitung 26 zulässt, in die in 5 veranschaulichte geschlossene Position, die die Kühlerversorgungsleitung 26 versperrt und eine Strömung dort hindurch verhindert. Wieder ist festzustellen, dass die kreisförmige Scheibe 84 mit einem elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktor gekoppelt sein und durch diesen gedreht werden kann, welcher durch ein Signal von einem Temperatursensor gesteuert wird, der zum Beispiel in dem Getriebe 16 angeordnet ist.
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An der Verbindungsstelle der Einlassleitung oder des Einlassrohrs 74 und der Getriebefluidkühler-Versorgungsleitung 26 umfasst die Getriebefluid-Ausdehnungsbehälteranordnung 70 vom Tank-Typ ein zweites oder Einlassventil 92. Das zweite oder Einlassventil 92 kann einen ähnlichen Aufbau wie das erste oder Umlenkventil 82 haben. Somit kann es eine kreisförmige Scheibe 94 umfassen, die an einer Welle 96 angebracht ist, die durch eine Bimetall-Betätigungseinrichtung 98 gedreht wird. An der Verbindungsstelle der Auslassleitung oder des Auslassrohrs 76 und der Kühlerversorgungsleitung 26 befindet sich ein drittes oder Auslassventil 102. Das dritte oder Auslassventil 102 kann auch vom Aufbau her ähnlich wie das erste oder Umlenkventil 82 sein. Somit kann es eine kreisförmige Scheibe 104 umfassen, die an einer Welle 106 angebracht ist, die durch eine Bimetall-Betätigungseinrichtung 108 gedreht wird.
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Das zweite oder Einlassventil 92 und das dritte oder Auslassventil 102 arbeiten gemeinsam aber entgegengesetzt zu dem ersten oder Umlenkventil 82. Das heißt, wenn die Temperatur des Getriebefluids zunimmt, drehen die Bimetall-Betätigungseinrichtungen 98 und 108 jeweils das zweite oder Einlassventil 92 bzw. das dritte oder Auslassventil 102, aus den in 4 veranschaulichten geschlossenen Positionen in die in 5 veranschaulichten offenen Positionen. Wenn das zweite oder Einlassventil 92 und das dritte oder Auslassventil 102 öffnen, schließt somit das erste oder Umlenkventil 82. Wiederum ist festzustellen, dass alle drei Ventile 82, 92 und 102 durch eine oder mehrere elektrische, hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtungen gesteuert werden können, die durch ein Signal von einem Temperatursensor gesteuert werden, der zum Beispiel in dem Getriebe 16 angeordnet ist.
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Während des Betriebes der Maschine 14 und des Getriebes 16, wenn die Temperatur des Getriebefluids zunimmt, schließt dementsprechend das Umlenkventil 82 und das Einlassventil 92 und das Auslassventil 102 öffnen, wobei das zusätzliche Volumen des Gefäßes oder Tanks 72 für den Hydraulikkreis bereitgestellt wird, das die mit der Temperatur in Beziehung stehende Ausdehnung des Getriebefluids aufnimmt oder ausgleicht. Wenn die Maschine 14 abgeschaltet ist und das Getriebefluid und das Getriebe 16 abkühlen, öffnet das Umlenkventil 82 wieder und das Einlassventil 92 und das Auslassventil 102 schließen. Wenn dies auftritt, zieht sich das Getriebefluid zusammen, und bevor das Auslassventil 102 vollständig schließt, strömt das Getriebefluid, das sich in dem Gefäß oder Tank 72 gesammelt hat, unter dem Einfluss der Schwerkraft in den Sumpf 18 des Getriebes 16.
