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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für ein hydrostatisches
Getriebe zum Betätigen eines Pumpenstellgliedes zur Einstellung der Pumpenfördermenge
mit einer im festen Drehzahlverhältnis zur Pumpe angetriebenen Hilfspumpe mit konstanter
Verdrängung, deren Druckleitung mit dem Stellmotor verbunden ist, wobei das Pumpenstellglied
und somit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes (Pumpenverdrängung/Motorverdrängung)
in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck des Getriebes und von der Pumpendrehzahl gesteuert
ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine einfache
Steuerung zu schaffen, die bei allen Betriebsbedingungen eine eingestellte Drehzahl
der Antriebsmaschine konstant hält und dabei eine Überlastung dieser Antriebsmaschine
und des Getriebes vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Druckleitung
der Hilfspumpe ein einstellbares Drosselventil angeschlossen ist, durch das die
gesamte Fördermenge der Hilfspumpe geleitet wird, wobei der Druckabfall am Drosselventil
auf den Stellmotor einwirkt, und der Querschnitt der Drosselstelle bei überschreiten
eines vorbestimmten Druckes in der Getriebehochdruckleitung vom Getriebehochdruck
in einem die Pumpenfördermenge verringernden Sinn verändert wird.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1086 507 ist bereits eine Steuereinrichtung
für ein hydrostatisches Getriebe bekannt, bei der die Hilfspumpe zwar unter anderem
die Druckflüssigkeit für die Betätigung des Stellmotors liefert, jedoch ist an die
Druckleitung der Hilfspumpe ein Überdruckventil angeschlossen, das zur Aufrechterhaltung
eines bestimmten Druckes in der Druckleitung dient. Daher kann der Druck in der
Druckleitung nicht in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl geändert werden. Zur drehzahlabhängigen
Steuerung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes dient viehnehr ein Fliehkraftregler,
der ein in der Druckleitung angeordnetes Absperrventil steuert, wobei die Steuerung
des Übersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit vom Getriebehochdruck durch Belastung
des Fliehkraftreglers mit diesem Druck erfolgt. An Stelle dieses Fliehkraftreglers
kann bei einer zweiten Ausführung dieser bekannten Einrichtung eine zweite Hilfspumpe
vorgesehen werden, wobei der Druck der von dieser geförderten Druckflüssigkeit drehzahlabhängig
ist und das in der Druckleitung der ersten Hilfspumpe angeordnete Absperrventil
drehzahlabhängig steuert. In beiden Fällen ändert sich die eingestellte Drehzahl
der Antriebsmaschine, wenn sich der Getriebehochdruck ändert.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 630 681 ist eine Steuereinrichtung für
ein hydrostatisches Getriebe bekannt, bei der die gesamte Förderung einer mit der
Drehzahl des Hydromotors angetriebenen Hilfspumpe durch eine unveränderliche Drossel
geleitet wird. Der Druckabfall an dieser Drossel wirkt auf ein Steuerventil in der
Steuerleitung zum Stellmotor der Getriebepumpe, um deren Verdrängung so einzustellen,
daß die Drehzahl des Hydromotors konstant bleibt. Eine Konstanthaltung der Drehzahl
der Antriebsmaschine ist bei dieser Ausführung nicht möglich.
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Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 1095 670 eine Regelvorrichtung
für eine hydrostatische Pumpe bekannt, deren Druckleitung mit der Saugleitung durch
ein Drosselventil verbunden ist, das in Abhängigkeit von der Drehzahl des hydraulischen
Motors derart betätigbar ist, daß diese Drehzahl im wesentlichen konstant ist.
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Schließlich zeigt die deutsche Patentschrift 1022 101 eine
Steuereinrichtung für ein hydrostatisches Getriebe, bei der der Stellmotor für das
Pumpenstellglied vom Getriebehochdruck über ein drehzahlabhängig gesteuertes Drosselventil
betätigt wird, wobei ein Teil der Hochdruckflüssigkeit in die Getriebe-Niederdruckleitung
abströmen kann. Bei übermäßigem Druckanstieg kann diese Verbindung durch ein von
diesem Druck beaufschlagtes Ventil abgesperrt werden, wodurch der auf den Stellmotor
wirkende Druck erhöht und das Pumpenstellglied im Sinne einer Verringerung der Pumpenverdrängung
verstellt wird. Diese Ausführung hat den grundsätzlichen Nachteil, daß die Steuerung
mit Hilfe des Getriebehochdruckes vorgenommen wird, der einige Hundert atü betragen
kann, wodurch die Steuerungsgeräte sehr aufwendig ausgeführt werden müssen. Außerdem
tritt durch die Abzweigung eines Teiles der Hochdruckflüssigkeit ein Leistungsverlust
ein, der sich in einer erheblichen Wärmeentwicklung auswirkt.
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Durch die Erfindung wird die Drehzahl der Antriebsmaschine mit einfachen
Mitteln im wesentlichen konstant gehalten, wodurch diese stets im Bereich ihres
günstigsten Wirkungsgrades arbeiten kann. Gleichzeitig wird eine Überlastung der
Antriebsmaschine und des Getriebes verhindert, indem der Druckabfall an der Drosselstelle
in der nur geringen Druck führenden Druckleitung der Hilfspumpe für die Steuerung
der Pumpenverdrängung im Sinne einer Konstanthaltung der Pumpendrehzahl verwendet
wird und dieser Druckabfall erst dann vom Getriebehochdruck durch Veränderung des
Drosselquerschnitts im Sinn einer Verringerung der Pumpenverdrängung verändert wird,
wenn dieser Hochdruck einen bestimmten Wert übersteigt, bei dem das Getriebe gefährdet
oder die Antriebsmaschine überlastet werden könnte.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Querschnitt der
Drosselstelle durch einen Hebel zwecks willkürlicher Einstellung des Übersetzungsverhältnisses
veränderbar, wobei ein auf den Getriebehochdruck ansprechender Druckfühler den durch
den Hebel eingestellten Drosselquerschnitt übersteuernd im Sinne einer Verringerung
der Pumpenfördermenge verändert, wenn der Getriebehochdruck einen bestimmten Wert
übersteigt.
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Hierzu sei bemerkt, daß es aus der deutschen Auslegeschrift
1111035 bereits bekannt ist, die durch einen Handhebel bewirkte Übersetzungseinstellung
eines hydrostatischen Getriebes von anderen Getriebegrößen zu übersteuern.
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Der Hebel und der Druckfühler können mit einem den Drosselquerschnitt
einstellenden Schwinghebel verbunden sein, der die Drossel entsprechend der Differenz
zwischen den Stellbewegungen des Hebels und des Druckfühlers einstellt.
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Das Drosselventil kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung
zwei parallelgeschaltete Drosselstellen aufweisen, von denen die eine durch den
Hebel und die andere durch den Druckfühler veränderbar ist.
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand
der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische
Darstellung einer Steuereinrichtung für ein hydrostatisches Getriebe für Kraftfahrzeuge,
F i g. 2 eine Abwandlung der in F i g. 1 gezeigten Ausführung und F i g. 3 eine
weitere Abwandlung der Ausführung gemäß F i g. 1.
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Das hydrostatische Getriebe besteht aus einer Getriebepumpe 1 mit
veränderlicher Fördermenge, einem Getriebehydromotor 2 mit unveränderlichem Schluckvermögen
und zwei Zu- und Rückflußleitungen 3 und 4 zwischen der Getriebepumpe 1 und dem
Getriebehydromotor 2. Die Getriebepumpe 1 wird von einer Brennkraftmaschine
6 durch eine Antriebswelle 5 angetrieben. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine 6
wird durch einen Regler 7 von üblicher Bauart geregelt, der die Kraftstoffzufuhr
zur Brennkraftmaschine regelt. Die Brennkraftmaschine 6 treibt durch die Welle
5 auch eine kleine Hilfspumpe 8 mit unveränderlicher Verdrängung an.
Diese Pumpe ist vorzugsweise eine Zahnradpumpe.
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Die Hilfspumpe 8 saugt Flüssigkeit aus einem Behälter 9 an und fördert
sie in ihre Druckleitung 11. Die Druckleitung 11 führt zu einem Drosselventil
12, das ein Gehäuse 13 aufweist, welches durch eine Zwischenwand 14 in zwei Kammern
unterteilt ist. Die Zwischenwand 14 enthält eine Drosselöffnung
15, in der eine konische Nadel 17 axial verschiebbar ist. Die Nadel
17 ist auf einer verschiebbaren Stange angeordnet, die dichtend im Gehäuse
13 geführt ist. Die Förderung der Hilfspumpe 8 strömt durch die öffnung 15, so wie
sie von der konischen Nadel 17 freigegeben ist und verläßt das Drosselventil 12
durch eine Leitung 19. Die Leitung 19 ist über zwei Rückschlagventile
21 und 22 mit den Getriebeleitungen 3 und 4 in Verbindung. Die Rückschlagventile
21 und 22 gewährleisten, daß die durch die Leitung 19 geförderte
Flüssigkeit in diejenige der Getriebeleitungen 3 oder 4 gelangt, die
unter dem niedrigeren Druck steht. Die in die Getriebeleitung 3 oder
4 geförderte Flüssigkeit gleicht die Leckverluste des Getriebes aus. Übersteigt
die durch die Leitung 19 zugeführte Flüssigkeitsmenge die Leckverluste, so wird
die überschüssige Flüssigkeit über eines von zwei weiteren Rückschlagventilen
23 und 24 abgeführt, welche die unter dem geringeren Druck stehende
Getriebeleitung 3 oder 4 mit einer Leitung 25 mit einem Niederdrucküberströmventil
25 in Verbindung bringen. Das Niederdrucküberströmventi126 läßt die Flüssigkeit
zum Behälter 9 gelangen und dient dazu, den Wert des Niederdrucks in der unter dem
geringeren Druck stehenden Getriebeleitung 3 oder 4 festzulegen.
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Der Druckabfall an der Drosselöffnung 15 im Drosselventil
12 wirkt über Leitungen 27 und 28, ein Umschaltventil
29 mit Handhebel 31 und Leitungen 32 und 33 auf den Kolben 35 eines
Stellmotors 34. Von dem Stellkolben 35 erstreckt sich ein Pumpenstellglied
36 zur Getriebepumpe 1. Durch Längsverschiebung des Stellgliedes 36
wird die Fördermenge der Getriebepumpe 1 eingestellt. In der dargestellten Mittelstellung
des Stehkolbens 35 ist die Fördermenge der Pumpe 1 Null. Eine Bewegung des Stellkolbens
35 nach oben verursacht eine Vergrößerung der Pumpenfördermenge in der einen Förderrichtung,
und eine Bewegung des Stehkolbens 35 nach unten vergrößert die Fördermenge der Pumpe
in der anderen Förderrichtung. Im Stellmotor 34 sind zwei Druckfedern
37
und 38 angeordnet, die auf den Stehkolben 35 wirken und ihn in der Mittellage
zu halten bestrebt sind. Durch das Umschaltventil 29 kann der Druckabfall
an der Öffnung 15 wahlweise so auf den Stellmotor 34 wirken, daß der Stellkolben
35 nach oben oder nach unten bewegt wird.
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Zur Steuerung der Brennkraftmaschine und des Getriebes ist ein Hebel
39 vorgesehen, der um einen festen Drehpunkt 41 schwenkbar ist. Der Hebel
39
ist durch ein Glied 42 mit einem Schwinghebel 44
verbunden,
an dessen in der Mitte liegendem Drehzapfen 43 das Glied 42 angelenkt
ist. Von dem Drehzapfen 43 erstreckt sich ein weiteres Glied 45 zur Regelstange
46 des Maschinenreglers 7. Ein Ende des Schwinghebels 44 ist bei
47 drehbar mit der Stange 18 verbunden, die die konische Nadel 17 trägt.
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Zwischen den Getriebeleitungen 3 und 4 ist ein Doppelventil
48 vorgesehen, welches die unter höherem Druck stehende Getriebeleitung mit einer
Leitung 49 verbindet. Die Leitung 49 führt zu einem Druckfühler 51,
der auf den Getriebehochdruck anspricht. Innerhalb des Druckfühlers 51 ist
ein Zylinder 52 kleinen Durchmessers vorgesehen, in dem ein Kolben 53 angeordnet
ist. Der Kolben 53 trägt einen Federteller 54, auf dem sich eine starke Druckfeder
55 abstützt. Eine Regelstange 56 erstreckt sich von dem Federteller 54 zu
einem Gelenkglied 57, das seinerseits mit einem Drehzapfen 58 an dem dem
Drehzapfen 47 gegenüberliegenden Ende des Schwinghebels 44 befestigt ist.
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In F i g. 1 ist die Steuereinrichtung in dem Zustand, der der Leerlaufdrehzahl
entspricht. Bei dieser Drehzahl wirken der Hebel 39 und die Feder 55 über den Schwinghebel
44 derart auf die konische Nadel 17, daß diese gerade außerhalb der Öffnung 15 liegt.
Die von der Hilfspumpe 8 geförderte und durch die Öffnung 15 fließende Flüssigkeit
erleidet dann praktisch keinen Druckabfall. Um das Fahrzeug vorwärts zu bewegen,
ist das Umschaltventil 29 in die Vorwärtsstellung gebracht und der Hebel
39 wird aus seiner Nullstellung bewegt, um die Drehzahl zu erhöhen. Durch
diese Bewegung des Hebels 39 wird mittels der Glieder 42 und 45 die
Drehzahleinstellung des Maschinenreglers 7 erhöht und die konische Nadel
17 in der Zeichnung nach unten bewegt, so daß sie in die Öffnung 15 eintritt.
Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine 6 sich auf den von dem Regler 7 festgelegten
Wert erhöht, wird ein beträchtlicher Druckabfall an der Öffnung 15 erzeugt. Dieser
Druckabfall wirkt durch das Umschaltventil 29 auf den Stellmotor 34, um den
Stellkolben 35 und das Pumpenstellglied 36 in der Zeichnung nach oben zu bewegen
und eine Förderung der Getriebepumpe 1 in Vorwärtsrichtung zu bewirken. Wenn sich
die Drehzahl der Brennkraftmaschine 6 der durch den Regler 7 bestimmten Drehzahl
nähert, wird der Druckabfall an der Öffnung 15 so groß, daß er den Stehkolben 35
gegen die Spannung der Feder 37 in seine Endstellung bringt. Wenn die Windungen
der Feder 37 aneinander anliegen, so bildet diese Feder einen wirksamen Endanschlag
für den Stellkolben 35. Der Maschinenregler 7 regelt die Kraftstoffmenge in der
Weise, daß die Maschinendrehzahl auf einem bestimmten Wert bleibt.
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Wenn die Belastung des Getriebemotors 2 erhöht wird, so muß ein größeres
Drehmoment von der Brennkraftmaschine an die Getriebepumpe 1 abgegeben werden, und
der Maschinenregler 7 erhöht die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 6 entsprechend.
Wenn
die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine 6 einen Höchstwert erreicht hat, kann
der Regler 7 die Kraftstoffzufuhr nicht weiter erhöhen, und diese Drehzahl sei als
die vorbestimmte, durch den Hebel 39 am Regler 7 eingestellte Drehzahl angesehen.
Wenn die Belastung des Getriebemotors 2 weiter erhöht wird, fällt die Drehzahl der
Brennkraftmaschine 6 unter den vorbestimmten Wert. Die Anordnung ist so getroffen,
daß für jede Stellung des Hebels 39 der Druckabfall an der Öffnung 15 gerade ausreichend
ist, um den Stellkolben 35 vollständig in eine Endstellung zu bringen und damit
die größtmögliche Fördermenge der Pumpe einzustellen, wenn die Brennkraftmaschine
mit der vorbestimmten Drehzahl läuft. Wenn die Maschinendrehzahl unter die vorbestimmte
Drehzahl fällt, wird der Druckabfall an der Öffnung 15 geringer, wodurch sich der
Steilkolben 35 unter der Wirkung der Feder 37 oder 38 gegen seine Mittelstellung
hin bewegen kann. Dies hat eine Verringerung der Fördermenge der Pumpe 1 zur Folge,
wodurch verhindert wird, daß die Drehmomentanforderung an die Brennkraftmaschine
6 steigt.
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Bei der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise ist vorausgesetzt,
daß die Feder 55 den Federteller 54 fest an seinem Anschlag im Gehäuse des Druckfühlers
51 hält. Wenn während des Betriebes der Brennkraftmaschine und des Getriebes der
Hochdruck im Getriebe einen Höchstwert übersteigt, so ist dieser Druck, der durch
die Leitung 49 auf den Kolben 53 wirkt, in der Lage, den Kolben 53 und den Federteller
54 gegen die Kraft der Feder 55 zu verschieben. Wie aus der Zeichnung ersichtlich,
verursacht eine solche Bewegung eine Verschiebung der konischen Nadel
17 nach unten, um den Druckabfall an der Öffnung 15 zu verringern, wodurch
der Steilkolben 35 sich gegen seine Mittelstellung hin bewegt und die Fördermenge
der Pumpe 1 verringert. Dadurch wird der Hochdruck im Getriebe, gleichzeitig aber
auch das übersetzungsverhältnis des Getriebes verringert. Extrem hohe Drücke im
Getriebe treten normalerweise nur bei geringen Fördermengen der Getriebepumpe 1
auf, wenn die Brennkraftmaschine unterhalb der vorbestimmten, durch den Hebel
39
eingestellten Drehzahl läuft. Es ist ersichtlich, daß der Schwinghebel
44 zwei Steuerbewegungen auf die konische Nadel 17 übertragen kann. Die erste
dieser Bewegungen ist die normale Bewegung des Hebels 39, um den wirksamen Querschnitt
der Drosselöffnung 15 einzustellen. Die zweite dieser Bewegungen ist eine Folge
eines übermäßigen Druckes im Getriebe und bewirkt eine Vergrößerung des wirksamen
Querschnitts der Öffnung 15, um die Pumpenförderung zu verringern.
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Es sei nun auf F i g. 2 Bezug genommen, die eine weitere Ausführung
der Erfindung zeigt. Soweit als möglich wurden die gleichen Bezugszeichen wie in
F i g. 1 verwendet. Die Änderung gegenüber F i g.1 liegt in der Anordnung des auf
den Getriebehochdruck ansprechenden Fühlers 51. In dieser Ausführung ist der Druckfühler
51 mit dem Drosselventil 12 vereinigt. Der Druckfühler 51 enthält wiederum einen
Kolben 53 mit kleinem Durchmesser, der im Zylinder 52 verschiebbar ist und durch
eine Leitung 49 mit Hochdruck aus dem Getriebe beaufschlagt ist. Der Kolben 53 ist
mit einer konischen Nadel 61 verbunden, die einen Federteller 54 trägt. Die Feder
55 drückt den Federteller 54 gegen eine Wand 62, die eine Öffnung 63 enthält, durch
welche sich die konische Nadel 61 erstreckt. Normalerweise liegt der Federteller
54 durch die Feder 55 an der Wand 62 an, und die Öffnung 63 ist dadurch geschlossen.
In der Zwischenwand 64 zwischen dem Drosselventil 12 und dem Druckfühler 51 sind
zwei Löcher 65 und 66 vorgesehen, welche die Drosselöffnungen 15 und 63 parallel
schalten. Die von der Hilfspumpe 8 durch die Druckleitung 11 geförderte Flüssigkeit
verläßt die kombinierten Einheiten 12 und 51 durch die Leitung 19 und gelangt zum
Getriebe wie in F i g. 1 gezeigt. In der gleichen Weise wie in F i g. 1 wirkt der
an der Öffnung 15 entstehende Druckabfall über die Leitungen 27 und 28 und das Umschaltventil
29 auf den Stellmotor 34.
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Die normale Wirkungsweise der Ausführung gemäß Fig.2 ist dieselbe
wie diejenige von Fig.1. Bei Auftreten eines übermäßigen Druckes im Getriebe jedoch
wird dieser Druck durch die Leitung 49 auf den Kolben 53 übertragen, der sich gegen
die Kraft der Feder 55 verschiebt, wenn der Druck übermäßig ist. Bei Bewegung des
Kolbens 53 wird der Federteller 54 angehoben und die Öffnung 63, die parallel mit
der Drosselöffnung 15 liegt, mehr oder weniger freigegeben. Dies verringert die
Drosselwirkung der Öffnung 15 und demzufolge auch den Druckabfall, wodurch der Steilkolben
35 sich gegen seine Mittelstellung hin bewegen kann. Je größer der auf den Kolben
53 wirkende Drucküberschuß ist, desto größer ist die Bewegung des Kolbens 53 und
desto größer wird der wirksame Querschnitt der Öffnung 63, und entsprechend verringert
sich der Druckabfall an der öffnung 15, so daß der Steilkolben 35 sich noch mehr
seiner Mittelstellung nähert.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 enthält eine Abwandlung der
Ausführung gemäß F i g. 1 und ist für die Fälle gedacht, bei denen der Maschinenregler
7 die Brennkraftmaschine 6 auf eine einzige vorbestimmte Drehzahl regelt. Dabei
entfällt Hebel 39. Das Drosselventil 12 weist ein Gehäuse 71 auf, das zwei Kammern
72 und 73 enthält, zwischen denen eine Wand 74 mit einer Öffnung 75 liegt. In der
öffnung 75 ist eine konische Nadel 76 axial verschiebbar, um den wirksamen Querschnitt
der Öffnung 75 zu verändern. Von dem einen Ende der konischen Nadel 76 erstreckt
sich ein Kolben 77 kleinen Durchmessers in einem Zylinder 78. Der Zylinder 78 ist
mit der Leitung 49 verbunden, die den Hochdruck aus dem Getriebe durch das Ventil
48 (F i g.1) zuführt. Von dem anderen Ende der konischen Nadel 76 erstreckt
sich eine Stange 79 in eine Kammer 81, wo sie in einem Federteller 82 endet. Eine
Druckfeder 83 innerhalb der Kammer 81 wirkt auf den Federteller 82 und drückt diesen
gegen die eine Stirnwand der Kammer 81. Die Hilfspumpe 8 fördert Flüssigkeit durch
die Druckleitung 11 in die Kammer 73, wo sie durch die Öffnung 75 in die Kammer
72 strömt. Aus der Kammer 72 gelangt die Flüssigkeit durch die Leitung 19 und durch
eines der Ventile 21 oder 22 in das Getriebe, wie in F i g.1 gezeigt. Der Druckabfall
an der Öffnung 75 wirkt über das Umschaltventil 29 und die Leitungen 32 und 33 auf
den Stellmotor 34.
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Wenn die Feder 83 den Federteller 82 an der Stirnwand der Kammer 81
hält, schließt die konische Nadel 76 die Öffnung 75 nicht vollständig. Die Anordnung
ist derart, daß für den Bereich der Maschinendrehzahlen, innerhalb dessen der Maschinenregler
7 die Kraftstoffmenge zur Brennkraftmaschine 6 regelt,
der Druckabfall
an der Öffnung 75 ausreichend ist, um den Stellkolben 35 in einer Endlage zu halten,
was größtmöglicher Fördermenge der Pumpe 1 entspricht. Wenn keine übermäßig hohen
Drücke im Getriebe auftreten, verändert sich die Lage der Nadel 76 nicht, und die
Drehzahl der Getriebepumpe wird in der gleichen Weise wie in bezug auf F i g. 1
für eine bestimmte Einstellung des Hebels 39 geregelt. Wenn im Getriebe ein übermäßiger
Druck entsteht, so wirkt dieser Druck auf den Kolben 77 und verschiebt diesen und
die Nadel 76 gegen die Kraft der Feder 83, wodurch der wirksame Querschnitt
der öffnung 75 vergrößert wird. Dadurch wird der Druckabfall an der Öffnung 75 verringert,
und dies hat eine Verringerung der Fördermenge der Pumpe 1 und des Druckes im Getriebe
zur Folge.