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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft Abstimmventile zur Bereitstellung einer hydraulischen
Druckregelung des Einrückdrucks
in selektiv einrückbaren
Reibungsvorrichtungen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Viele
moderne Automatikgetriebe verwenden Abstimmventile, um den Druckanstieg
eines Anwendungsdrucks in einer sich nahenden Reibungsvorrichtung
wie z.B. einer Scheibenkupplung oder Scheibenbremse zu steuern.
Das Abstimmventil steuert den Anwendungsdruckanstieg von einem Wert,
der ausreicht, um die Kolbenrückstellfedern
zu einem vollen Einrückdruck
zu überwinden.
Der maximale volle Einrückdruck
tritt auf, während
ein Motorbetrieb ein maximales Motordrehmoment benötigt, und
in einigen Fällen
wird das maximale Motordrehmoment mit dem Drehmomentverhältnis des
Drehmomentwandlers multipliziert, das 3,0 betragen kann.
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Das
System erfordert es, dass der Druck zwischen 0 (Null) und 1,7237
MPa (250 psi) gesteuert wird. Dieser Druckbereich in aktuellen Getrieben
ist allgemein eine lineare Funktion. Mit dem von herkömmlichen
Abstimmventilen verfügbaren
aktuellen Druckbereich erfordert dies eine 3-zu-1-Druckverstärkung. Wenn der Anwendungsdruck
z.B. von 62,053 kPa bis 1,8616 MPa (9 bis 270 psi) beträgt, beträgt der Abstimmdruck
von 20,684 kPa bis 620,53 kPa (3 bis 90 psi), was mit der aktuellen
Ventiltechnologie übereinstimmt.
Die Abstimmdruckregelung an dem unteren Ende des Bereiches ist sehr
wichtig, da es in diesem Abschnitt der An wendungsfunktion notwendig
ist, die Kolbenrückstellfedern
zu überwinden und
ein Reibungseinrücken
einzuleiten. Wenn der Druckanstieg zu schnell erfolgt, tritt ein
raues „Schaltgefühl" auf.
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Bei
gegenwärtig
erhältlichen
Abstimmventilen muss der Druck in dem Bereich von 20,684 kPa bis
34,473 kPa (3 bis 5 psi) (62,053 kPa bis 103,42 kPa (9 bis 15 psi)
Anwendungsdruck) geregelt werden, um diese Funktion zu erfüllen. Somit
sind extrem genaue Steuerungen erforderlich. Diese Situation wird
durch die Notwendigkeit erschwert, die Anwendungssteuerung unter
einer Vielzahl von Gaszuständen
einschließlich
eines Vollgas-Maximalzustands
bereitzustellen.
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Die
gemeinsam anhängige
US 09/135 757, eingereicht am 18. August 1998 und der Inhaberin dieser
Anmeldung erteilt, beschreibt eine Druckregelungs-Abstimmventilanordnung
zur Bereitstellung zweier unterschiedlicher ansteigender Druckfunktionen
für den
Einrückdruck
gegenüber
dem Steuerdruck. Während
dieses System wirksam ist, erfordert es den Einbau von zwei Schiebeventilen,
einem Stopfenventil und drei Vorspannfedern. Die in der gemeinsam
anhängigen
Anmeldung offen gelegte Druckregelung sieht zwei unterschiedliche
Anwendungsdruckfunktionen vor, die jeweils zwei unterschiedliche
Druckverstärkungsraten
bereitstellen.
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Die
EP-A-0 768 481 offenbart eine Kraftübertragung, die Übersetzungsverhältnisse
mit einer Vielzahl von Vorwärtsgängen, einem
Leerlaufzustand und zumindest einem Rückwärtsgang enthält. Der Betrieb
eines jeden Ganges wird durch selektiv einrückbare, hydraulisch betätigte Reibungsvorrichtungen,
wie z.B. Kupplungen und Bremsen, gesteuert. Der Wechsel zwischen
Vorwärtsgängen wird
durch den Wechsel von zumindest einer Reibungsvorrichtung gesteuert.
Die Steuerelemente zur Bewerkstel ligung des Betriebs und Wechsels
der Gänge
umfassen eine Druckquelle, ein Schaltventil, Magnetsteuerventile
und Druckregelventile. Die Magnetventile werden elektrisch betätigt und
der hydraulische Abschnitt der Steuerung umfasst Elemente, die einen kontinuierlichen
Betrieb des Getriebes in gewählten Gängen in
dem Fall einer elektrischen Unterbrechung zulassen. Ebenfalls innerhalb
der hydraulischen Steuerung vorgesehen ist ein Druckabbau- oder
Druckverminderungsventilelement, das mit einem der Schaltventile
arbeitet, um in den Vorwärtsgängen ein
maximales Druckniveau herzustellen, das kleiner ist als das maximale
Druckniveau in dem Rückwärtsgang.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Regelventil
zur Steuerung des Einrückdrucks
einer selektiv einrückbaren,
fluidbetriebenen Reibungsvorrichtung bereitzustellen.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Schiebeventil
mit einer Differentialfläche, die
einem Einrückdruck
unterworfen ist, und einer Steuerfläche, die einem Abstimmsteuerdruck
unterworfen ist, und ein Stopfenventil, das einem Abstimmsteuerdruck
unterworfen ist, in einer Ventilbohrung kombiniert, um eine einzige
Verstärkungsrate zwischen
dem Einrückdruck
und dem Abstimmsteuerdruck bereitzustellen. In einem weiteren Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird eine Differentialfläche an dem
Stopfenventil durch einen sekundären
Steuerdruck an einem vorbestimmten Niveau gegen den Abstimmdruck
unter Druck gesetzt, um dadurch einen Einrückdruck mit doppelter Verstärkungsrate
zu bewirken.
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In
einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verstärkungsrate
eine lineare Funktion, wenn der sekundäre Steuerdruck abge lassen wird.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt die
Verstärkungsrate,
wenn ein sekundärer
Steuerdruck vorhanden ist, eine erste, schwach-lineare Funktion
und eine zweite, hochlineare Funktion mit einem Knick an dem Verbindungspunkt
der zwei Verstärkungsraten.
In einer noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die
Position des Knicks zumindest zum Teil von dem sekundären Steuerdruck
bestimmt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nützlich
in vielen derzeit verfügbaren
Steuersystemen einschließlich
jener, die in den US-Patent-Nrn. 5 601 506 und 5 616 093, die der
Inhaberin dieser Anmeldung erteilt wurden, beschrieben sind. Der
Fachmann wird den Nutzen dieser Abstimmventilanordnung auch in weiteren
Steuersystemen erkennen. Die Ventilanordnung, die die vorliegende
Erfindung enthält,
verbessert die Genauigkeit des Einrückdruckniveaus in einer sich
nähernden
Reibungsvorrichtung während
eines Gangwechsels. Die vorliegende Erfindung verringert die Schwankung
des Einrückdrucks,
die auf Grund äußerer Faktoren
wie z.B. Motordrehzahl und Temperatur- und Steuerstromschwankungen
an den Schaltmagneten auftreten können.
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Die
vorliegende Erfindung weist ein einzelnes Schiebeventil und Stopfenventil
auf, die zusammenarbeiten, um einen gesteuerten Einrückdruck
bei einer hohen Verstärkungsrate
(4,2 zu 1,0) bereitzustellen. Das Schiebeventil kann separat während eines
Abschnitts der Abstimmfunktion des Einrückdrucks und in Übereinstimmung
mit dem Stopfenventil während
des Rests der Abstimmfunktion verwendet werden, um eine variable
Verstärkungsrate
bereitzustellen. Die variable Verstärkungsrate besitzt eine Verstärkungsrate
mit einer niedrigen Anfangsstufe in einem Bereich von 1,0 zu 1,0
und 1,96 zu 1,0 und eine hochstufige Verstärkungsrate von 4,2 zu 1,0.
Dies resultiert in einer Gesamtverstärkungsrate von weniger als 4,2,0
bis 1,0. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber der
oben erwähnten gleichzeitig
anhängigen
US-Nr. 09/135 757 besteht darin, dass ein sekundäres Schiebeventil und eine Stopfenventil-Vorspannfeder
nicht notwendig sind, wodurch der Platzbedarf und die Anzahl der
Komponenten reduziert werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Steuersystems für eine Kraftübertragung,
die die vorliegende Erfindung enthält, wobei sich ein Abstimmventil
in einer Position hoher Verstärkung
befindet.
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2 ist
eine schematische Darstellung ähnlich 1,
wobei sich das Abstimmventil in einer Position niedriger Verstärkung befindet.
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3 ist
ein Graph, in dem der Signaldruck gegen den Einrückdruck für die verschiedenen Betriebszustände des
Abstimmventils aufgetragen ist.
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Beschreibung
einer beispielhaften Ausführungsform
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugsziffern in den
verschiedenen Ansichten durchwegs die gleichen oder entsprechende
Teile bezeichnen, ist in den 1 und 2 ein Abschnitt
eines Getriebesteuersystems 10 zu sehen, das eine Pumpe 12,
eine elektrohydraulische Steuerung 14, ein Abstimmventil 16 und
einen Drehmomentübertragungsmechanismus 18 umfasst.
Die Pumpe 12 ist ein herkömmlicher Verdrängungsmechanismus,
der Fluid aus einem Behälter 20 ansaugt und
das Fluid durch einen Hauptkanal 22 an die elektrohydraulische
Steuerung 14 liefert.
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Die
elektrohydraulische Steuerung 14 umfasst eine elektronische
Steuereinheit (ECU) mit einem herkömmlichen, vorprogrammierten
Digitalcomputer und die Steuerung 14 umfasst auch herkömmliche
Steuerventile, die Hydraulikflüssigkeit
an die vielen Vorrichtungen an einem Automatikgetriebe einschließlich der
Drehmomentübertragungsmechanismen
verteilt. Wie gut bekannt, sendet die ECU elektrische Steuersignale
an verschiedene elektronische Elemente wie z.B. Schaltmagneten aus,
die wiederum den Ausgangsdruck der Hydraulikventile steuern. Die
elektrohydraulische Steuerung erzeugt ein variables Hydraulik-Abstimmsteuersignal,
das durch einen Abstimmkanal 24 verteilt wird, und ein Steuersignal
zur Verhinderung einer hydraulischen Verstärkung, das durch einen Kanal 26 verteilt
wird. Die elektrohydraulische Steuerung 14 stellt auch
eine Hydraulikflüssigkeit
mit einem Hauptdruck in einem Hauptkanal 28 bereit. Ein
solches Getriebesteuersystem, das mit der Erfindung vorteilhafterweise
verbessert werden kann, ist in dem US-Patent Nr. 5 616 093, ausgestellt
an Long et al. am 1. April 1997 und der Inhaberin dieser Anmeldung
erteilt, gezeigt.
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Das
Abstimmventil 16 weist ein Schiebeventil 30 und
ein Stopfenventil 32 auf, die in einer konzentrischen,
länglichen
Anordnung in einer abgestuften Ventilbohrung 34, die in
einem Ventilkörper 36 ausgebildet
ist, verschiebbar angeordnet sind. Das Schiebeventil 30 weist
beabstandete Stege 38 und 40 mit gleichem Durchmesser
und einen kleineren Endsteg 42 auf. Der Endsteg 42 ist
in einem kleinen Durchmesser 44 der Bohrung 34 positioniert
und die Stege sind in einem Zwischendurchmesser 46 der Bohrung 34 positioniert.
Eine Vorspannfeder 48 ist in einer in dem Schiebeventil 30 ausgebildeten
Federtasche 50 angeordnet. Die Feder 48 ist zwischen
einem Ende 52 der Bohrung 34 und einem Ende 56 der Federtasche 50 zusammengedrückt. Die
Feder 48 bringt eine Vorspannkraft (Fs) auf das Schiebeventil 30 auf,
um das Schiebeventil 30, wie in den 1 und 2 gezeigt,
nach rechts zu drängen.
Das Stopfenventil 32 weist einen kleinen Steg 58,
der in dem Zwischendurchmesser 46 verschiebbar angeordnet
ist, und einen großen
Steg 60 auf, der in einem großen Durchmesser 62 der
Bohrung 34 verschiebbar angeordnet ist.
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Der
Ventilkörper 36 besitzt
einen Hauptdruckanschluss 64, der mit dem Kanal 28 verbunden ist,
einen Verstärkungssteueranschluss 66,
der mit dem Kanal 26 verbunden ist, einen Abstimmdruckanschluss 68,
der mit dem Kanal 24 verbunden ist, einen Vorrichtungsversorgungsanschluss 70,
der mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus 18 in Verbindung
steht, und ein Paar Auslassanschlüsse 72 und 74,
das mit dem Behälter 20 in
Verbindung steht. Der Versorgungsanschluss 70 steht in
Fluidverbindung mit einem Raum 76 zwischen den Stegen 38 und 40.
Der Hauptanschluss 64 wird durch den Steg 38 selektiv
geöffnet
und geschlossen. Der Auslassanschluss 72 wird durch den
Steg 40 selektiv geöffnet
und geschlossen. Wenn der Hauptanschluss 64 durch den Steg 38 geöffnet wird,
wird der Hauptdruck in dem Kanal 64 an den Anschluss 70 weitergeleitet,
und wenn der Auslassanschluss 72 geöffnet wird, steht der Anschluss 70 mit
dem Auslass in Verbindung. Die Anschlüsse 64 und 72 werden
durch die Stege 38 und 40 gesteuert, um die Fluidströmung und
daher den Druck der an den Anschluss 70 weitergeleitet
wird, auf gut bekannte Weise zu steuern. Der Druck in dem Anschluss 70 wird
durch eine Verengung oder Öffnung 76 an
eine durch die Stege 38 und 42 gebildete, Druckreaktions-Differentialfläche 78 (A1)
weitergeleitet.
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Der
Abstimmanschluss 68 steht in Fluidverbindung mit der Bohrung 34 zwischen
einem Ende 80 des Stegs 40 des Schiebeventils 30 und
einem Ende 82 des Stegs 58 des Stopfenventils 32.
Das Ende 80 arbeitet mit der Bohrung 34 zusammen,
um eine Druckreaktionsfläche
(A2) zu bilden. Der Druck in dem Abstimmanschluss 68 erzwingt
eine Trennung des Schiebeventils 30 und des Stopfenventils 30.
Der Druck zwischen den Stegen 40 und 58 drängt auch das
Schiebeventil 34 gegen die Feder 48 nach links. Der
Druck in dem Abstimmanschluss 68 wirkt auch auf eine durch
die Bohrung 34 und das Ende 84 des Stopfenventils 32 gebildete
Druckreaktionsfläche (A4),
um das Stopfenventil nach links zu drängen. Dem Druck an dem Ende 48 wirkt
ein selektiv ausgegebener Verstärkungssteuerdruck
an dem Anschluss 66 entgegen, der auf eine Druckreaktions-Differentialfläche 86 (A3)
zwischen den Stegen 58 und 60 und der Bohrung 34 reagiert.
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Der
Drehmomentübertragungsmechanismus 18 ist
eine herkömmliche,
selektiv betreibbare, fluidbetätigte
Reibungsvorrichtung, wie z.B. eine Kupplung oder Bremse. Der Mechanismus 18 umfasst
ein Eingangselement 88, ein Ausgangselement 90,
eine Vielzahl von Reibungselementen 92, die mit dem Eingangselement 88 verbunden
ist, eine Vielzahl von Reibungselementen 94, die mit den
Ausgangselement 90 verbunden ist, und einen fluidbetriebenen
Kolben 96, der mit dem Versorgungsanschluss 70 in
Verbindung steht.
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Wenn
der Mechanismus 18 als eine Kupplung verwendet wird, wird
das Eingangselement 88 üblicherweise
eine Triebachse sein und das Ausgangselement 90 wird im
Allgemeinen ein Zahnradelement sein. Wenn der Mechanismus 18 eine
Bremse ist, wird das Eingangselement 88 üblicherweise
mit einem Zahnradelement verbunden sein und das Ausgangselement 90 wird
im Allgemeinen mit einem feststehenden Element wie z.B. dem Getriebegehäuse verbunden
sein. Der Betrieb dieser Vorrichtungen ist gut bekannt. Im Betrieb
wird der Kolben 96 unter Druck gesetzt, um ein Reibungseinrücken der
Reibungselemente 92 und 94 zu erzwingen. Der Fachmann
wird auch erkennen, dass der Druckanstieg an dem Kolben für den sanften
Betrieb des Getriebes, in dem der Mechanismus 18 verwendet
wird, wichtig ist. Der Druckanstieg an dem Kolben 96 und
der letzte Einrückdruck
müssen
gesteuert werden, um einen sanften Betrieb des Getriebes zu bewirken.
Für diese Zwecke
ist das Abstimmventil 16 von Vorteil.
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Während drehmomentstarker
Zustände
wie z.B. einem Rückwärtsgang
oder einem niedrigen Handschaltgang ist ein schnellerer Anstieg
des Einrückdrucks
an dem Drehmomentübertragungsmechanismus
erforderlich. Das Abstimmventil 16 erfüllt diese Bedingung, indem
es die in 3 gezeigte Verstärkungskurve 98 bereitstellt.
Diese Kurve 98, die eine Funktion eines Signaldrucks (Abstimmdrucks Pt)
gegenüber
einem Einrückdruck
(Pc) ist, ist eine lineare Funktion. Das Abstimmventil 16 und
die Steuerung 14 stellen diese Funktion bereit, indem sie
den Druck in dem Kanal 26 und daher dem Verstärkungssteueranschluss 66 auf
einen Anzeigedruck von null reduzieren. In diesem Zustand ist der
Abstimmdruck an dem Anschluss 68 auf der gesamten Fläche (A4) des
Endes 84 des Stopfenventils 32 wirksam, während der
Kolbeneinrückdruck
an dem Anschluss 70 auf die Differenzialfläche 78 (A1)
wirkt. Durch Steuern des Verhältnisses
von A4/A1 während
der Konstruktion des Abstimmventils 16 kann die Verstärkungsrate
gesteuert werden. Dies kann in Form einer Gleichung als Pc = Pt·(A4/A1) – Fs/A1
ausgedrückt werden.
In zumindest einer Getriebefamilie liegt die Verstärkungsrate
in dem Bereich von 3,4 bis 4,2. Anders ausgedrückt, für jeden Anstieg von 68,947
kPa (10 psi) des Abstimmdrucks (Pt) erhöht sich der Einrückdruck
(Pc) entweder auf 234,42 kPa oder 289,58 kPa (34 oder 42 psi) in
Abhängigkeit
von dem speziellen Getriebe.
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Während anderer
Fahrzustände
wie z.B. wenig Gas, ist eine niedrigere anfängliche Verstärkungsrate
und eine höhere
Endverstärkungsrate wünschenswert.
Die Differenzialfläche 86 (A3)
wird während
dieser Zustände
mit einem Steuerdruck (Pb) unter Druck gesetzt. Wenn die Differenzialfläche 86 unter
Druck gesetzt wird, ist das Stopfenventil 32 zu Beginn
nicht wirksam, wenn der Steuerdruck (Pb) größer ist als der Abstimmdruck
Pt. Während
dieser Periode wird, wie durch die Kurve 100 in 3 dargestellt,
die Verstärkungsrate
von Einrückdruck
Pc zu Abstimmdruck Pt durch das Flächenverhältnis A2/A1 bestimmt. Dies
kann in Form einer Gleichung als Pc = Pt·(A2/A1) – Fs/A1 ausgedrückt werden.
Die Fläche
A2 ist gleich der Größe (A4 – A3).
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Wenn
der Abstimmdruck Pt jedoch gleich oder größer als der Steuerdruck Pb
ist, ist die Verstärkungsrate
proportional zu dem Flächenverhältnis A4/A1,
wie durch die Kurve 102 in 3 dargestellt ist.
Dies kann in Form einer Gleichung als Pc = Pt·(A4/A1) – Pb·(A3/A1) – Fs/A1 ausgedrückt werden.
Es sollte angemerkt werden, dass in dem bereitgestellten Beispiel
der Druck Pb für
alle praktischen Zwecke eine Konstante wie die Federkraft Fs ist.
Somit kann die Gleichung neu als Pc = Pt·(A4/A1) – K umgeformt werden, wobei
K eine Konstante ist, die den Einfluss der Feder 48 und
des Verstärkungssteuerdrucks
Pb darstellt. Wie oben beschrieben ist dies das hohe Verstärkungsverhältnis und
es sollte angemerkt werden, dass die Kurve 102 parallel
zu der Kurve 98 ist.
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Wie
in 3 zu sehen, tritt an der Verbindungsstelle der
Kurven 100 und 102 ein Knick auf. Die Position
des Knicks 104 wird durch die Konstruktionswerte der beteiligten
Flächen
und durch das Druckniveau des Steuerdrucks Pb gesteuert. Wenn der
Wert des Steuerdrucks Pb erhöht
ist, wird der Abstimmdruck Pt höher
sein müssen,
um zu dem Knick 104 zu gelangen. In Abhängigkeit von einer speziellen
Getriebeanwendung kann der Wert des Steuerdrucks Pb variiert werden,
indem er direkt oder indirekt proportional zu einem variablen Druck
in der Steuerung 14 wie z.B. dem Drosselklappenstellungsdruck
gemacht wird. Falls gewünscht,
kann der Steuerdruck Pb eine Konstante sein, sodass der Knick 104 während aller
Betriebe mit niedriger Verstärkung an
demselben Abstimmdruckwert auftreten wird.