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Die Erfindung betrifft ein hydrodynamischmechanisches Getriebe, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem
diesem nachgeschalteten; aus zwei Umlaufrädersätzen bestehenden Umlaufrädergetriebe,
bei dem das Pumpenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit der Antriebswelle
verbunden ist, das zwei Turbinenschaufeln aufweisende Turbinenrad auf einer Turbinenwelle
befestigt ist und das zwischen den Turbinenschaufeln liegende Leitrad mit einer
hohlen, zur Turbinenwelle koaxialen Leitradwelle verbunden ist, wobei auf der Turbinenwelle
das Sonnenrad des ersten Umlaufrädersatzes befestigt ist und mit der Leitradwelle
der mit dem Sonnenrad auf der Turbinenwelle und mit einem durch eine Bremse abbremsbaren
Hohlrad kämmende, Umlaufräder tragende Umlaufräderträger des ersten Umlaufrädersatzes
verbunden ist, der mit dem Sonnenrad des zweiten Umlaufräder-Satzes gekuppelt ist,
in das auf einem durch eine Bremse abbremsbaren Umlaufräderträger angeordnete Umlaufräder
eingreifen, die außerdem mit einem mit der Abtriebswelle verbundenen Hohlrad kämmen,
wobei beim Anlegen der dem Hohlrad des ersten Umlaufrädersatzes zugeordneten Bremse
das Leitrad und das Turbinenrad in gleicher Drehrichtung mit unterschiedlicher Drehzahl
umlaufen, beim Anlegen der dem Umlaufräderträger zugeordneten Bremse das Leitrad
entgegengesetzt der Drehrichtung des Turbinenrades umläuft und beide Bremsen willkürlich
einzeln oder gemeinsam angelegt werden können.
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Ein Getriebe dieser Art ist Gegenstand eines älteren Patents.
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Es sind ferner hydromechanische Getriebe mit hydraulischem Drehmomentwandler
vorzugsweise für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen das Turbinenrad und das Leitrad
mit je einer Welle verbunden sind, wobei die Turbinenwelle ein Ringrad und die das
Leitrad tragende Welle ein Sonnenrad eines Umlaufrädergetriebes trägt, dessen Umlaufräderträger
für den Anfahrvorgang im ersten Gang abgebremst werden kann. Beide Wellen sind unabhängig
voneinander angeordnet und durch eine ein- und ausschaltbare Kupplung miteinander
verbindbar. Für den Rückwärtsantrieb muß bei derartigen Getrieben die direkte Antriebsverbindung
zwischen dem Turbinenrad und der Abtriebswelle unterbrochen sein und ein zusätzliches
Sonnenrad über eine Kupplung mit der Abtriebswelle verbunden werden. Dieses Getriebe
erfordert also zwei Kupplungen, um einmal die Turbinenwelle mit der Abtriebswelle
und zum anderen das zusätzliche Sonnenrad mit der Abtriebswelle verbinden bzw. lösen
zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem mit zwei verschiedenen Doppelrotationsbereichen
arbeitenden hydrodynamisch - mechanischem Getriebe einen Rückwärtsantrieb mit einfachsten
Mitteln zu schaffen, ein gleichzeitiges Einrücken aller Schaltglieder sicher zu
vermeiden und ein stoßfreies Umschalten des Getriebes sicherzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Turbinenwelle
und die Abtriebswelle in an sich bekannter Weise voneinander unabhängig drehbar
angeordnet sind und die Turbinenwelle und die Abtriebswelle in an sich bekannter
Weise durch eine Kupplung miteinander verbindbar sind und die Kupplung wahlweise
entweder zusammen mit der Bremse des Hohlrades des ersten Umlaufrädersatzes oder
zusammen mit der Bremse des Umlaufräderträgers des zweiten Umlaufrädersatzes einrückbar
ist und, wenn beide Bremsen gemeinsam angelegt sind, die Kupplung ausrückbar ist.
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In den Zeichnungen sind in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterte
Ausführungsbeispiele des hydrodynamisch-mechanischen Getriebes nach der Erfindung
schematisch dargestellt. Es zeigt F i g.1 einen Längsschnitt durch ein hydrodynamisch-mechanisches
Getriebe nach der Erfindung, wobei Teile der Steuervorrichtung in die Zeichenebene
gedreht sind, F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines
hydrodynamisch-mechanischen Getriebes nach der Erfindung, F i g. 3 bis 7 Einzelheiten
der Steuervorrichtung der Ausführungsform gemäß F i g.1 mit den verschiedenen Ventilen
in den verschiedenen Betriebszuständen des hydrodynamisch-mechanischen Getriebes.
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Gemäß F i g. 1 ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler in einer
fahrzeugfesten Wandlerglocke 10 angeordnet. Der hydrodynamische Drehmomentwandler
weist ein Wandlergehäuse 12 auf, das über Lager 14 und 16 in der Wandlerglocke
10
drehbar gelagert ist.
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Das Wandlergehäuse 12 bildet einen Teil des hydraulischen Kreislaufes
18 und trägt auch in einem Stück montierte Schaufeln, so daß es mit diesen
das Pumpenrad 20 des hydrodynamischen Drehmomentwandlers darstellt.
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Das Gehäuse 12 ist durch einen Flansch 22 mit dem Antrieb verbunden.
Das Pumpenrad bewirkt den Umlauf des hydraulischen Arbeitsmittels im hydraulischen
Kreislauf in einer Richtung, die mit dem Pfeil 23 angegeben ist, wobei das
hydraulische Arbeitsmittel zuerst durch erste Turbinenschaufeln 24, dann durch Leitradschaufeln
26 und schließlich durch zweite Turbinenschaufeln 28 eines Turbinenrades strömt,
bevor es zu der Einlaufseite des Pumpenrades 20 zurückkehrt. Die ersten und
zweiten Turbinenschaufeln 24 und 28 sind durch einen Ringteil 30 verbunden,
welcher einen Teil des Kernes in dem hydraulischen Kreislauf bildet. Das Turbinenrad
wird generell mit 32 bezeichnet, hat einen Flansch 34, der die zweiten Turbinenschaufeln
28 trägt und ist auf einer Turbinenwelle 36 befestigt, die relativ drehbar zu dem
. drehbaren Wandlergehäuse 12 angeordnet ist: Die Leitradschaufeln 26 sind Teil
eines Leitrades 38, das einen Flansch 40 hat, der mit einer hohlen
Leitradwelle 42 verbunden ist, wobei das Leitrad relativ drehbar zum Turbinenrad
32 und zum Wandlergehäuse 12 angeordnet ist.
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Auf der Turbinenwelle 36 ist ein Sonnenrad 44 eines Umlaufrädersatzes
.befestigt, der einen Teil eines zweisätzigen Umlaufräderwechselgetriebes darstellt,
das später im einzelnen beschrieben werden soll. .
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Die Turbinenwelle 36 ist mittels einer schaltbaren Kupplung 45 mit
der Abtriebswelle 48 verbindbar. Diese Kupplung besteht aus wenigstens einer Kupplungslamelle
46, die drehfest mit der Turbinenwelle 36 verbunden ist, aus einem hydraulisch verschiebbaren
Kolben 47, der in einem kreisförmigen Zylinder 49 angeordnet ist, der über eine
Zulaufleitung 51 in der Abtriebswelle 48 gespeist werden kann,
und
aus einer Gegendruckplatte 53, die mit der Abtriebswelle drehfest verbunden ist,
sowie eventuell auch aus mit der Abtriebswelle drehfesten Kupplungslamellen.
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Die hohle Leitradwelle 42 ist durch eine Keilverzahnung mit einem
Umlaufräderträger 50 verbunden, der Umlaufräder 52 trägt, welche mit dem Sonnenrad
44 im Eingriff stehen. Dieser Umlaufrädersatz hat ferner ein Hohlrad 54, mit dem
die Umlaufräder 52 kämmen. Das Hohlrad 54 ist in beiden Drehrichtungen drehbar und
mittels einer schaltbaren Bremse 56 festbremsbar.
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Der Umlaufräderträger 50 hat auf der der Abtriebswelle zugewandten
Seite der Umlaufräder 52 eine Verlängerung, die ein Sonnenrad 62 eines anderen Umlaufrädersatzes
bildet. Das Sonnenrad 62 kämmt mit Umlaufrädern 64, die von einem Umlaufräderträger
66 getragen werden, der eine Trommel 68 bildet, die durch eine schaltbare Bremse
70 festbremsbar ist, wodurch der Umlaufräderträger festgehalten wird. Die Umlaufräder
64 greifen in die Innenverzahnung eines Hohlrades 72 ein, das drehfest mit der Abtriebswelle
48 verbunden ist.
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Von einer als Zahnradpumpe ausgebildeten Steuerpumpe 74, die
vom Wandlergehäuse 12 über Zahnräder 76, 77, 78 und 80 angetrieben wird,
wird durch einen in der Turbinenwelle 36 vorgesehenen Kanal 84 und von diesem durch
Kanäle 86, 87, 88 und 89 zu einem überdruckventil90 gefördert, das einen Minimaldruck
in dem Steuerkreislauf aufrechterhält. Von dem überdruckventil wird die Flüssigkeit
durch einen Kühler 91 und ein Filter 92 zu einem Ölsumpf 94 zurückgeführt.
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Zum Betätigen der Bremse 56 ist ein Kolben 100 vorgesehen, der in
einem Zylinder 102 verschiebbar geführt ist, und zum Betätigen der Bremse 70 ist
in gleicher Weise ein Kolben 104 vorgesehen, der in einem Zylinder 106 geführt ist.
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Ein auf der Abtriebswelle 48 angeordneter Zahnkranz 108 kämmt mit
einem Zahnrad 110, das seinerseits mit einem Zahnrad 112 auf einer Hülse 114 im
Eingriff steht, die einen Teil einer Steuerhülse in der hydraulischen Steuervorrichtung
darstellt, welche später im: einzelnen beschrieben wird.
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F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des hydrodynamisch-mechanischen
Getriebes nach der Erfindung und unterscheidet sich von der in F i g. 1 beschriebenen
Ausführungsform durch folgende Einzelheiten. Der Umlaufräderträger 50 des einen
Umlaufrädersatzes ist mit einer Bremstrommel 58 verbunden, die mit einer
Bremse 60 zusammenarbeitet. Zum Betätigen dieser Bremse 60 ist ein Kolben 96 vorgesehen,
der in einem Zylinder 98 geführt ist.
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Die Steuervorrichtung der Ausführungsform des hydrodynamisch-mechanischen
Getriebes wird in Verbindung mit den F i g. 1 und 3 bis 7 beschrieben. Die Steuervorrichtung
ist zum Betätigen der zwei Bremsen 57 und 70 sowie der Kupplung 45 bestimmt und
weist drei Ventile auf. Zum ersten ein Drehzahlverhältnisventil, das, abhängig von
dem Drehzahlverhältnis zwischen der Abtriebswelle und dem Pumpenrad, beim Vorwärtsantrieb
das Leitrad zwischen der Drehung in entgegengesetzter Richtung des Turbinenrades
und der Drehung in derselben Richtung wie das Turbinenrad umschaltet. Das Drehzahlverhältnisventil
kann außerdem manuell zur zwangsweisen Einschaltung der Gegendrehung, das Leitrad
zum Bremsen beeinflußt werden. Zum zweiten ein selektiv einstallbares Wählventil
mit drei verschiedenen Stellungen für Leerlauf, für Vorwärtsantrieb und für Rückwärtsantrieb.
Zum dritten ein Lastventil, das durch die Stellung des Kraftstoffregelgliedes, beispielsweise
des Gaspedals einer Brennkraftmaschine, in zwei Stellungen verstellt wird, entsprechend
einem wenig bzw. stark durchgetretenem Gaspedal.
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Die Steuervorrichtung wird von der Steuerpumpe 74 mit Druckflüssigkeit
versorgt, welche infolge des Klappens in die Zeichenebene scheinbar weit oberhalb
des Bodens des Ölsumpfes liegt, wo sie sich in Wirklichkeit befindet.
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Die von der Steuerpumpe 74 geförderte Druckflüssigkeit wird
durch eine Leitung 116 auf die oben angeführte Weise zu dem hydraulischen Kreislauf
18 des hydrodynamischen Drehmomentwandlers geführt. Durch eine Zweigleitung 118
wird Druckflüssigkeit zu der Bohrung des Wählventils 120 geführt, das als
willkürlich einstellbares Kolbenventil ausgeführt wird. Diese Bohrung steht ihrerseits
durch zwei Leitungen 122 und 124 mit einer Bohrung für das Drehzahlverhältnisventil
126 in Verbindung.
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Der Ventilschieber des Drehzahlverhältnisventils ist an seinem einen
Ende mittels einer Keilverzahnung 128 drehfest, aber axial verschiebbar mit dem
von dem Wandlergehäuse angetriebenen Zahnrad 78 verbunden. An seinem anderen Ende
ist der Ventilschieber durch ein Gewinde 130 mit einer Reibscheibe 132 im Eingriff,
die mittels einer Feder 134 im Eingriff mit der Hülse 114 gehalten wird.
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Die Bohrung des Drehzahlverhältnisventils 126
steht weiter durch
Leitungen 136 und 138 mit den Zylindern 102 und 106 für die Bremsen 56 und 70 in
Verbindung.
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Die Leitung 116 für die Druckflüssigkeit steht weiter mittels einer
Zweigleitung 140 mit der Bohrung für das Lastventil 142 in Verbindung, das zwischen
zwei Stellungen 142 a, 142 b abhängig von der Stellung des Kraftstoffregelgliedes,
beispielsweise des Gaspedals einer Brennkraftmaschine, einstellbar ist, das beim
Passieren einer gewissen Stellung einen elektrischen Kontakt auslöst, der seinerseits
einen Stromkreis beeinflußt. Die Leitung 140 verzweigt sich in zwei Arme
140 a und 140 b. In dem Arm 140 b
ist eine
Drossel 144 angeordnet, die den Druck der Druckflüssigkeit verringert. Dieser Arm
140 b steht weiter durch die Bohrung für das Lastventil 142 in ständiger Verbindung
mit einer Leitung 146 zwischen der genannten Bohrung und der Bohrung für das Wählventil
120. An die Bohrung für das Lastventil 142 ist weiterhin ein überströmventil 148
angeschlossen, das den Druck in den damit verbundenen Kanälen und Räumen verringert.
Eventuell kann eines von beiden, die Drossel 144 oder das überströmventil 148 entfallen.
Die Bohrung für das Wahlventil 120 steht weiter durch eine Leitung 150 mit der Zulaufleitung
51 und damit mit dem Stellmotor der Kupplung 45 in Verbindung und ist durch
drei Leitungen 152, 154 und 156 mit dem Ölsumpf 94 verbunden.
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Das Wählventil ist in drei verschiedene Stellungen 120 a, 120
b und 120 c einstellbar.
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In der Stellung 120 a des Wählventils sind die Zweigleitung 118 und
die Leitung 146 abgeschlossen, und die Bohrungen 122 und 124, die Leitung 150 und
die Zulaufleitung 51 stehen mit dem Ölsumpf über die Leitungen 154,152 bzw. 156
in Verbindung. Sowohl die Bremsen 56 und 70 als auch die Kupplung 45 sind dabei
ausgeschaltet. Das hydrodynamischmechanische
Getriebe ist somit
auf Leerlauf geschaltet (F i g. 3).
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In der Stellung 120 b steht die Zweigleitung 118 durch die Bohrung
122 mit der Bohrung des Drehzahlverhältnisventils 126 in Verbindung und, abhängig
von der Einstellung des Ventilschiebers des Drehzahlverhältnisventils, entweder
mit der Leitung 136 und dem Zylinder 102 für die Bremse 56 oder mit der Leitung
138 und dem Zylinder 106 für die Bremse 70. Gleichzeitig kann über die Zweigleitung
140 und über die Bohrung für das Wählventil 120 sowie die Leitung 150 und die Zulaufleitung
51 der Stellmotor der Kupplung 45 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt werden.
Abhängig von der Stellung des Lastventils, gelangt hierbei die Druckflüssigkeit
entweder durch den Arm 140 b mit der Drossel 144, wobei der Druck auf einem bestimmten,
relativ niedrigen Wert durch das überströmventil148 gehalten wird, oder durch den
Arm 140 a, wobei das Überströmventi1148 außerhalb des Strömungsweges liegt und voller
Druck wirkt, in den Stellmotor der Kupplung 45 (F i g.1, 4 und 5).
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In der Stellung 120 c steht die Zweigleitung 118 durch die Bohrung
124 mit der Bohrung des Drehzahlverhältnisventils 126 in Verbindung, und als Folge
davon, daß der Ventilschieber des Drehzahlverhältnisventils in seiner linken Stellung
steht, mit der Leitung 136 und dem Zylinder 102 für die Bremse 56. Die Leitung 140
steht gleichzeitig durch die Leitung 146, die Bohrung 122 und die
Leitung 138 mit dem Zylinder 106 für die Bremse 70 in Verbindung. Abhängig von der
Einstellung des Lastventils 142 strömt hierbei die Flüssigkeit entweder durch den
Arm 140 b mit der Drossel 144, wobei der Druck auf einem bestimmten relativ niedrigen
Wert mittels des überströmventils 148 gehalten wird, oder durch den Arm 140
c, wobei voller Druck im Zylinder 106 der Bremse 70 wirkt. Die Kupplung 45 wird
gleichzeitig ausgekuppelt gehalten, da die Zulaufleitung 51 und die Leitung
150 mit der Leitung 156 und damit mit dem Ölsumpf 94 verbunden wird (F i
g. 6 und 7).
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Beim Andrehen der Brennkraftmaschine wird das Wählventil in seiner
Leerlaufstellung 120 a gehalten, wobei jegliche Drehmomentübertragung unterbrochen
wird (F i g. 3).
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Bei Verschiebung des Wählventils in die Vorwärtsantriebsstellung 120
b wird der Zylinder 106 sofort beaufschlagt, und der Umlaufrädersatz für die Gegenrotation
wird eingeschaltet. Außerdem wird dem Stellmotor der Kupplung 45 Druckflüssigkeit
unter verringertem Druck zugeleitet, wobei der Druck zu niedrig ist, um die Turbinenwelle
36 und die Abtriebswelle 45 miteinander zu verbinden, aber ausreichend hoch ist,
um durch Reibung das Turbinenrad 32 so zu belasten, daß dessen Drehzahl so hinuntergedrückt
wird, daß der Drehzahlenunterschied zwischen dem Turbinenrad und der Abtriebswelle
nicht so groß wird, daß irgendein Ruck entsteht, wenn die Turbinen- und Abtriebswelle
endgültig gekuppelt werden (F i g. 4). Das Einschalten der Kupplung geschieht durch
Hinunterdrücken des Gaspedals, wobei ein nicht gezeigter elektrischer Kontakt ein
Solenoid zur Verschiebung des Kolbens des Lastventils 142 von dessen Stellung
142 a in dessen Stellung 142 b betätigt, so daß der Arm 140
a
geöffnet und dadurch der Druck im Stellmotor der Kupplung steigt und die
Kupplung der Turbinen-und Abtriebswelle erfolgt (F i g. 5). Bei gesteigerter Geschwindigkeit
auf der Abtriebswelle wird das Drehzahlverhältnis zwischen dieser und dem Pumpenrad
erreicht, bei dem der Ventilschieber des Drehzahlverhältnisventils verschoben wird,
was mit sich bringt, daß die die Gegenrotation des Leitrades schaltende Bremse 70
gelöst wird und die die Mitrotation des Leitrades schaltende Bremse 50 eingelegt
wird (F i g. 1). Diese Schaltstellung wird so lange beibehalten, wie das Drehzahlverhältnis
zwischen der Abtriebswelle und dem Pumpenrad hoch ist, und beim Sinken des Drehzahlverhältnisses
wird über das Drehzahlverhältnisventil die die Mitrotation des Leitrades schaltende
Bremse 56 ausgerückt und die die Gegenrotation schaltende Bremse 70 eingelegt.
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Bei Verschiebung des Wählventils 120 in die Stellung für Rückwärtsantrieb
120 c wird der Zylinder 102 der Bremse 56 unmittelbar gefüllt, und die die Mitrotation
des Leitrades schaltende Bremse 56 wird eingelegt, wodurch das Leitrad 38 in derselben
Richtung wie das Turbinenrad 32 mit einem bestimmten Drehzahlverhältnis umläuft.
Außerdem wird Druckflüssigkeit unter verringertem Druck zu dem Zylinder 106 für
die Bremse 70, die die Gegenrotation des Leitrades schaltet, gefördert, wobei der
Druck zu niedrig ist, um den Umlaufräderträger 66 festzuhalten, aber hoch genug,
um dessen Drehzahl bedeutend herabzusetzen. Hierbei wird die Drehzahl des Leitrades
38 genügend herabgesetzt, um einen Ruck zu vermeiden, wenn der Umlaufräderträger
völlig festgebremst wird (F i g. 6). Dieses geschieht durch Hinunterdrücken des
Gaspedals, wobei auf oben angeführte Weise das Lastventil 142 von seiner Stellung
142 a in seine Stellung 142 b verschoben wird, in welcher es den Arm140a
öffnet, wodurch der volle Druck in dem Zylinder 106 zur Wirkung kommt und der Umlaufräderträger
66 festgebremst wird (F i g. 7). Hierdurch wird die Abtriebswelle gezwungen, in
entgegengesetzter Richtung als das Leit- und Turbinenrad umzulaufen, d. h., der
Rückwärtsantrieb ist eingeschaltet.