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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft hydraulisch betätigte Kolben für Drehmomentübertragungsmechanismen
und insbesondere solche Kolben mit einer Luftauslassstruktur.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Drehmomentübertragungsmechanismen, wie
Kupplungen und Bremsen, setzen einen hydraulisch betriebenen Kolben
ein, um den Reibeingriff unter einer Vielzahl von Reibungsplatten
zu vergrößern, die
abwechselnd mit einem den Kolben enthaltenden Gehäuse und
einem Nabelelement kerbverzahnt sind, welches allgemein mit einem
Getriebeelement verbunden ist. Wenn die Drehmomentübertragungsmechanismen
während
des Betriebs des Fahrzeugs nicht aktiv sind, bleibt ein Hohlraum
oder eine Kammer zwischen dem Kolben und dem Gehäuse mit Öl, das unter sehr geringem
Druck steht, gefüllt.
Wenn das Fahrzeug angehalten wird und der Motor für eine Zeitdauer,
wie beispielsweise über
Nacht, nicht betrieben wird, kann das hydraulische Fluid in dem Hohlraum
bis zur Senke ablaufen und die Kammer wird mit Luft gefüllt.
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Bei
einem nachfolgenden Anlassen des Fahrzeugs muss die Luft aus der
Kammer verdrängt werden,
bevor eine durchgängige
Verschiebungsgüte
erzielt werden kann. Dies kann fünf
oder mehr Verschiebungszyklen erfordern, was nachteilig ist. Bei den
heutigen elektro-hydraulischen Steuerungen sind für eine durchgängige Verschiebungsgüte gleichbleibende
Füllzeiten
und Volumina des hydraulischen Fluids notwendig. Der elektronische
Controller der elektro-hydraulischen Steuerung verwendet die Daten
von der vorherigen Verschiebung zur Berechnung der optimalen Fluss-
und Druckraten zu berechnen, die während des ak tuellen Verschiebungsereignisses
eingesetzt werden sollen. Da Luft ein komprimierbares Medium und
hydraulisches Fluid ein verhältnismäßig nicht
komprimierbares Medium ist, ist es bei Vorhandensein von Luft in
der Kammer für
den Controller schwierig, die optimalen Fluss- und Druckraten zu
bestimmen. Während
der ersten fünf oder
mehr Verschiebungsereignisse wird die Luft langsam aus der Kammer
unter den Kolbendichtungen ausgelassen, bis die Kammer nur noch
mit hydraulischem Fluid gefüllt
ist.
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Einige
der aktuell verfügbaren
Leistungsgetriebe, die hydraulisch betriebene Drehmomentübertrager
umfassen, verwenden Kugelauslassventile und andere derartige Vorrichtungen,
um einen kontrollierten Durchgang bereitzustellen, durch den die eingeschlossene
Luft freigesetzt werden kann. Diese Vorrichtungen erlauben oftmals
die Leckage einer großen
Menge hydraulischen Fluids aus der Kammer, nachdem die Luftauslassfunktion
abgeschlossen ist. Die Wiederholbarkeit dieser Vorrichtungen ist aufgrund
der Veränderlichkeit
der Viskosität
von Öl infolge
der Änderungen
der Betriebstemperatur in dem Getriebe inkonsistent.
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In
US-A-5,421,439 wird
ein feiner Durchgang in einer Kupplung bereitgestellt, der eine
Kammer mit freier Luft verbindet. Der feine Durchgang ist gegenüber einem
radial inneren Abschnitt der Kammer freigelegt, so dass bei Drehung
der Kupplungstrommel alle verbleibende Luft durch das Betriebsfluid
in der Kammer zu einer Bewegung zu dem feinen Durchgang gezwungen
wird. Der feine Durchgang ist so bemessen, dass der den Durchlass
von Luft dadurch zulässt,
den Durchlass von Betriebsfluid jedoch blockiert. In
WO 89/02546 A ist analog
ein Lüftungsventil mit
der Kammer verbunden, um die in der Kammer enthaltene Luft freizusetzen.
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In
US-A-5,522,769 wird
eine biegsame, einführbare
Lüftungsabdeckung
aus einem biegsamen, elastischen Material gebildet. Die Abdeckung
weist einen Durchgang, eine den Durchgang durchquerende gasdurchlässige, für Flüssigkeit
undurchlässige Membran
und einen kreisringförmigen
Sicherheitsring auf, der das Ventil bezüglich der Membran in einer
Schutzstellung hält,
um die Membran vor dem Eindringen oder Auftreffen von Flüssigkeit
zu schützen.
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ZUSAMMEMFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
verbesserten Luftauslassstruktur für die Anlagekammer eines Drehmomentübertragungsmechanismus,
wodurch die Luftauslassstruktur insbesondere hinsichtlich der Befestigungsanordnung
des gasdurchlässigen
Elements verbessert ist. Diese Aufgabe wird mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus
nach Anspruch 1 gelöst.
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Bei
mit Fluid betriebenen, scheibenartigen Drehmomentübertragungsmechanismen
kann es sich entweder um einen sich drehenden Übertrager, wie eine Kupplung,
oder einen stationären Übertrager,
wie eine Bremse handeln. Die in einer Kupplung eingeschlossene Luft
wird beim Drehen der Kupplung zu deren Innenradius gedrängt, da
das schwerere hydraulische Fluid zu dem Außenradius der Kupplung zentrifugiert
wird. Daher ist in einem sich drehenden Drehmomentübertragungsmechanismus
ein dampfdurchlässiges,
für Flüssigkeit
undurchlässiges Material,
wie beispielsweise gewebtes Polytetrafluorethylen (PTFE) in einem
Durchgang an oder nahe dem Innenradius der Kupplungsanlagekammer
ange ordnet. Ein solches Produkt, das sich als geeignet für die Anwendung
in dieser Umgebung erwies, wird unter dem Handelsnamen Hydrolon® von
der Firma PALL Specialty Materials vertrieben.
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Während des
ersten Eingriffs der Kupplung nach einer Leerlaufzeitdauer muss
die eingeschlossene Luft allgemein aus der Kupplungsanlagekammer
verdrängt
werden. Durch das eindringende hydraulische Fluid wird die Luft
radial nach innen gedrängt
und durch das PTFE in das Innere des Getriebes durchgeleitet, von
wo sie in die Umgebung abgegeben werden kann.
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In
einer Bremse ist das PTFE-Material in einem an oder nahe der Oberseite
des Außenradius der
Anlagekammer gebildeten Durchgang angeordnet. Beim Betätigen der
Bremse wird das hydraulische Fluid etwaige eingeschlossene Luft
zu dem Außenumfang
der Bremsenanlagekammer drängen. Das
PTFE-Material ermöglicht
das Entweichen der Luft zu dem Inneren des Getriebegehäuses, verhindert
jedoch die Leckage einer signifikanten Menge des Hydraulikfluids.
Während
das anfängliche
Einrücken
der Kupplung oder Bremse etwas unzulänglich ist, werden nach Freigabe
der eingeschlossenen Luft die nachfolgenden Einrückungen der Bremse oder Kupplung
die gewünschten
Richtlinien hinsichtlich Leistung und leichter Betätigung erfüllen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsmechanismus.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts aus 1.
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3 ist
eine Schnittansicht eines verschachtelten Drehmomentübertragungsmechanismus,
der die vorliegende Erfindung enthält.
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4 ist
eine Schnittansicht eines stationären Drehmomentübertragungsmechanismus,
der die vorliegende Erfindung enthält.
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BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
sich drehender Drehmomentübertrager oder
Kupplung 10, 1, bei der es sich um ein Element
eines nicht gezeigten Lastschaltgetriebes handelt, weist ein antriebsmäßig über eine
Keilverbindung 16 mit einer Eingangswelle 14 verbundenes Gehäuse 12 auf.
Das Gehäuse 12 ist
drehbar auf einer Trägerhülse 18 gelagert,
die Teil eines nicht gezeigten Pumpgehäuses sein kann. Das Gehäuse 12 weist
einen ringförmigen
Hohlraum 20 auf, in dem ein Kolben 22 verschiebbar
angeordnet ist. Der Kolben 22 weist eine Dichtung 24 auf,
die mit einem Außenumfang 26 des
Hohlraums 20 dichtend in Eingriff steht. Eine ringförmige Dichtung 28,
die an einem Innenumfang 30 des Hohlraums 20 angeordnet
ist, steht mit dem Kolben 22 dichtend in Eingriff. Der
Kolben 22, der Hohlraum 20 und die Dichtungen 24 und 28 wirken
zusammen, um eine Anlagekammer 32 für die Kupplung 20 zu
bilden. Die Kammer 32 stellt über einen Durchgang 34 in
dem Gehäuse 12 und
einen Durchgang 36 in der Trägerhülse 18 selektiv eine
Hydraulikfluidverbindung mit einer herkömmlichen, nicht gezeigten Druckquelle
und Steuerung her, wenn das Einrücken
der Kupplung 10 erforderlich ist.
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Zwischen
einer Wand 40 an dem Kolben 22 und einem in einer
Rille 44 in dem Gehäuse 12 befestigten
Sicherungsring 42 ist eine Rückstellfederanordnung 38 angeordnet.
Die Rückstellfederanordnung 38 wirkt
so, dass sie den Kolben 22 nach links drängt, wenn
die Kammer 32 nicht unter Druck steht. Ein herkömmlicher
Kugelventilmechanismus, der nicht gezeigt ist, kann enthalten sein,
um das zentrifugale Abdriften der Kupplung 10 zu verhindern.
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Das
Gehäuse 12 weist
einen Keilabschnitt 46 auf, in dem eine Vielzahl von Reibungsplatten 48 und
eine Reaktionsplatte 50 drehbar und antriebsmäßig in Eingriff
stehen. Die Reaktionsplatte 50 ist durch einen Verriegelungsring 52,
der in einer in dem Keilabschnitt 46 gebildeten Rille 54 befestigt
ist, in der Bewegung nach rechts beschränkt. Eine Vielzahl von Reibungsplatten 56,
die mit einem an einer Ausgangsnabe 60 geformten Keil 58 drehbar
und antriebsmäßig verbunden
sind, ist abwechselnd mit den Reibungsplatten 48 beabstandet.
Die Ausgangsnabe 60 ist antriebsmäßig mit einem nicht gezeigten
Zahnrad oder anderen Getriebeelement auf herkömmliche Weise verbunden. Wenn
die Anlagekammer 32 mit Druck beaufschlagt ist, wird sich
der Kolben 22 nach rechts bewegen, um einen Reibeingriff
zwischen den Reibungsplatten 48 und den Reibungsplatten 56 zu bewirken
und so zwischen der Welle 14 und der Nabe 60 eine
das Drehmoment übertragende
Strecke bereitzustellen.
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Das
Gehäuse 12 weist
eine Öffnung
oder einen Durchgang 62 auf, 2, der eine
Verbindung zwischen der Anlagekammer 32 und einem inneren Teil 64 des
Getriebes herstellt. Die Öffnung 62 weist einen
ersten Bohrungsabschnitt 66 und einen zweiten Bohrungsabschnitt 68 auf,
dessen Durchmesser größer als
der erste Bohrungsabschnitt 66 ist, so dass eine ringförmige Schulter 70 in
der Öffnung 62 gebildet
ist. Die zweite Bohrung 68 weist eine mit Gewinde versehene äußere Oberfläche 72 auf.
Eine gasdurchlässige-flüssigkeitsundurchlässige Matte 74 ist
in der zweiten Bohrung 68 angeordnet und wird mit einem
ringförmigen
Stopfen 76, der gegen einen durchlässigen oder porösen Metallträger 77 in
die Bohrung 68 eingeschraubt wird, gegen die Schulter 70 gehalten.
Die Matte 74 ist vorzugsweise ein Polytetrafluorethylen-(PTFE)-Material
mit einem mit der Oberfläche
neben der Schulter 70 verbundenen Polyestergewebe. Ein
solches Material wird als Hydrolon® von
der Firma Pall Specialty Materials vertrieben. Während nur ein Durchgang 62 und
eine Matte 74 gezeigt werden, kann eine Vielzahl solcher
Anordnungen um den Innenumfang des Gehäuses 12 beabstandet
sein.
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Wenn
das Getriebe über
eine längere
Zeit, wie über
Nacht, nicht aktiv ist, kann das restliche hydraulische Fluid in
der Kammer 32 zu dem Getriebesumpf ablaufen und durch Luft
ersetzt werden. Wenn das Fahrzeug dann nach der nicht aktiven Dauer
in Betrieb genommen wird, wird die Betätigung der Kupplung weniger
angenehm sein, als der Bediener erwartet, bis die Luft in der Kammer 32 verdrängt worden
ist. Während
der ersten Betätigung
der Kupplung 10 wird die Drehung des Kupplungsgehäuses 12 das
in die Kammer 32 eindringende hydraulische Fluid radial
nach außen
drangen, wodurch die eingeschlossene Luft nach innen gedrängt wird.
Die Matte 74 ermöglicht
das Entweichen der eingeschlossenen Luft zu dem inneren Abschnitt 64.
Wenn die Kupplung für
einen längeren
Abschnitt nach der ersten Einrückung
betätigt
wird, wird die Luft während
der ersten Einrückung
verdrängt.
Wenn vor der Verdrängung
der gesamten Luft eine Übersetzungsänderung in
dem Getriebe auftritt, sind möglicherweise
zwei oder mehr Zyklen notwendig, dies ist jedoch weniger, als die
gegenwärtig
verfügbaren
Systeme benötigen.
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In 3 ist
ein Paar verschachtelter, sich drehender Drehmomentübertragungsmechanismen oder
Kupplungen 80 und 82 gezeigt. Die Kupplung 82 befindet
sich radial innen bezüglich
der Kupplung 80. Die Kupplung 80 weist ein Gehäuse 84 auf,
das drehbar auf einem Hülsenträger 86 gelagert
ist. Das Gehäuse 84 ist
antriebsmäßig über eine
Keilverbindung 90 mit einer Eingangswelle 88 verbunden.
Die Eingangswelle 88 weist auch einen Keilabschnitt 92 auf, der
mit einer Vielzahl von Reibungsplatten 94 und eine Reaktionsplatte 96,
die darauf verschiebbar angeordnet sind, in Eingriff steht. In dem
Gehäuse 84 ist ein
inneres Gehäuse 98 befestigt.
Ein Kolben 100 ist in dem Gehäuse 98 verschiebbar
angeordnet. Der Kolben 100 und das Gehäuse 98 wirken zusammen, um
eine Anlagekammer 102 zu bilden, die sich über Durchgänge 104 und 106 in
hydraulischer Fluidverbindung mit einer herkömmlichen Getriebesteuerung befindet.
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Die
Kupplung 82 enthält
eine Abtriebsnabe 108 mit einer Vielzahl von Reibungsplatten 110,
die darauf in abwechselnder Anordnung mit den Reibungsplatten 94 verschiebbar
angeordnet sind. Eine Zentrifugenausgleichskammer 112 ist
durch einen Damm 114, das Gehäuse 98 und eine Wand 116 des Kolben 100 gebildet.
Zwischen einem Verriegelungsring 118, der an dem Gehäuse 84 befestigt
ist, und dem Kolben 100 ist eine Rückstellfederanordnung 117 angeordnet,
um den Kolben 100 in eine ausgerückte Position zu drängen. Der
Druck des hydraulischen Fluids in der Kammer 102 wird bewirken,
dass sich der Kolben nach rechts bewegt, wodurch ein Eingriff zwischen
den Reibungsplatten 94 und 110 zum Abschluss einer
das Drehmoment übertragenden
Verbindung zwischen der Eingangswelle 88 und der Ausgangsnabe 108 bewirkt
wird.
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Das
Gehäuse 98 weist
eine erste Bohrung 120 und eine zweite Bohrung 122 auf,
die eine Verbindung zwischen der Kammer 102 und einem Raum geringen
Drucks 124 zwischen dem Gehäuse 98 und einem Kolben 126 der
Kupplung 80 herstellen. Eine gasdurchlässige-flüssigkeitsundurchlässige Matte 128 ist
in der Bohrung 120 durch ein Gewindeelement 130 und
ein poröses
Metallstützelement 131 befestigt.
Die Matte 128 ist ähnlich
aufgebaut wie die Matte 74, um das Verdrängen des
eingeschlossenen Gases aus der Kammer 102 zu gestatten.
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Der
Kolben 126 der Kupplung 80 ist in dem Gehäuse 84 verschiebbar
angeordnet. Ein Paar Ringdichtungen 132, 134 wirken
mit dem Kolben 126 und dem Gehäuse 94 zusammen, um
eine Anlagekammer 136 bilden, die sich über einen Durchgang 138 in
hydraulischer Fluidverbindung mit der Getriebesteuerung befindet.
Das Gehäuse 84 weist
einen Keilabschnitt 140 auf, in dem eine Vielzahl von Reibungsplatten 142 und
eine Kombinations-Stütz/Transfer-Platte 144 angeordnet
ist. Die Platte 144 ist in dem Gehäuse 84 mit einem Verriegelungsring 146 befestigt.
Die Platte 144 weist einen Keil 148 auf, der zur
Verbindung mit weiteren Eingangselementen stromabwärts der
Kupplung 80 ausgelegt ist. Eine Vielzahl von Reibungsplatten 150 ist auf
einem an einer Ausgangsnabe 154, die mit anderen, nicht
gezeigten Getriebeelementen, wie Zahnrädern, verbunden ist, geformten
Keil 152 angeordnet und antriebsmäßig mit ihm verbunden.
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Das
Gehäuse 84 weist
eine erste Bohrung 156 und eine zweite Bohrung 158 auf,
die verbunden sind, um eine Verbindung zwischen der Kammer 136 und
einem Raum geringen Drucks 160 bereitzustellen. Eine gasdurchlässige-flüssigkeitsundurchlässige Matte 162 ist
in der Bohrung 158 durch ein Gewindeelement 164 und
ein poröses
Metallelement 165 befestigt. Der Aufbau der Bohrung 158,
des Gewindeelements 165, des porösen Metallelements und der Matte 162 ist ähnlich wie
der Aufbau der in 1 und 2 beschriebenen
Bauteile. Die Matte 162 ermöglicht das Entweichen eingeschlossener
Luft aus der Kammer 136, während sie die Leckage des hydraulischen
Fluids erheblich einschränkt.
Wie bei der in 1 beschriebenen Kupplung wird
die Luft während
der ersten Einrückung
der Kupplungen 80 und 82 verdrängt, wenn nicht kurz nach der
ersten Einrückung
der Kupplung eine Übersetzungsänderung auftritt,
so dass die Zeit nicht ausreicht, um die Luft vollständig aus
den Kammern 102 und 136 abzulassen. Bei der nachfolgenden
Einrückung
der Kupplung 80 oder 82 wird die Luft jedoch vollkommen
abgelassen sein.
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Die
Kupplung 80 weist auch eine zwischen dem Gehäuse 84 und
dem Kolben 126 gebildete Zentitfugaldruckausgleichskammer 166 auf.
Die Kammer wird durch einen ringförmigen Damm 168 und
eine ringförmige
Endwand 170 des Kolbens 126 gebildet. Der Damm 168 ist
in dem Gehäuse 84 durch
einen Verriegelungsring 172 befestigt. Die Ausgleichskammer 166 wird
durch einen Durchgang 174 mit Fluid aus der Kammer 136 versorgt.
Das Fluid in der Ausgleichskammer 166 wirkt den Zentrifugalkräften in
der Kammer 136 entgegen, wenn Hydraulikfluid in der Kammer
vorhanden ist. Die Ausgleichskammer 112 wird mit Hydraulikfluid
von dem Schmierkreis durch einen Durchgang 176 versorgt. Das
Hydraulikfluid in der Ausgleichskammer 112 wird die in
der Kammer 102 erzeugten Zentrifugalkräfte ausgleichen. Die Kammer 102 kann
auch mit einem herkömmlichen
Kugelventil versehen sein, um den Zentrifugalkräften weiter entgegenzuwirken,
wenn die Kupplung 82 ausgerückt ist.
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In 4 wird
ein stationärer
Drehmomentübertragungsmechanismus
oder Bremse 178 gezeigt. Die Bremse 178 weist
einen Kolben 180 auf, der in einem in einem Getriebegehäuse 184 gebildeten
ringförmigen
Hohlraum 182 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 180 weist
ein damit angeordnetes Paar von Ringdichtungen 186 und 188 auf,
die mit dem Hohlraum 182 zusammenwirken, um eine ringförmige Anlagekammer 190 zu
bilden. Eine Rückstellfederanordnung 192 ist
zwischen dem Gehäuse 184 und
dem Kolben 180 platziert, um den Kolben 180 nach
links, wie in 4 gezeigt, in eine ausgerückte Position
zu drängen.
Der Kammer 190 wird Fluiddruck zugeführt, um den Kolben 180 nach
rechts in eine eingerückte
Position zu bringen. Eine Vielzahl von Reibungsplatten 194 und
eine Stützplatte 196 sind über einen
Keil 198 mit dem Gehäuse 184 ver bunden.
Die Stützplatte 196 wird
durch einen Verriegelungsring 200 an der Bewegung nach
rechts gehindert. Eine Vielzahl von Reibungsplatten 202 ist
mit den Reibungsplatten 194 abgewechselt und über einen
Keil 206 mit einer Ausgangsnabe 204 verbunden.
Die Ausgangsnabe 204 ist mit einem nicht gezeigten Zahnradelement
verbunden, um die Drehung davon zu verhindern, wenn dies durch den
Betrieb des Getriebes verlangt wird.
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Das
Gehäuse 184 weist
eine gestufte Bohrung 208 auf, die einen Abschnitt mit
großem
Durchmesser 210 und einen Abschnitt mit geringem Durchmesser 212 umfasst,
der nahe der Oberseite davon gebildet ist. Eine PTFE-Matte 214 ist
in dem Abschnitt großen
Durchmessers durch ein mit Gewinde versehenes Befestigungselement 216 und
ein poröses
Metallstützelement 218 auf
eine der in 2 gezeigten ähnlichen Art befestigt. Der
Abschnitt kleinen Durchmessers 212 steht mit der Anlagekammer 190 nahe
des oberen Außenumfangs
davon in Verbindung. Der Abschnitt großen Durchmessers 210 steht mit
dem Inneren des Gehäuses 184 in
Verbindung, um einen gasdurchlässigen-flüssigkeitsundurchlässigen Durchgang
zwischen der Anlagekammer 190 und dem Inneren des Gehäuses 184 zu
bilden. Wenn die Kammer 190 nach einer längeren Fahrzeugstillstandzeit
erstmalig unter Druck gesetzt wird, wird Luft, die sich in der Kammer 190 angesammelt
hat, durch das eindringende hydraulische Fluid zu dem oberen Außenumfang
der Kammer 190 gedrängt
und durch die Matte 214 an das Innere des Gehäuses 184 abgegeben.
Wenn die Bremse 178 für
eine längere
Zeit bei der ersten Einrückung
betätigt
wird, wird alle Luft während
dieser Zeitdauer entleert, wenn diese Zeitdauer jedoch während einer
schnellen Übersetzungsänderung
kurz ist, kann es zwei oder möglicherweise
drei Betätigungen
der Bremse 178 erfordern, um die Luft vollständig aus
der Kammer 190 zu entleeren.
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Während die
obigen beispielhaften Ausführungsformen
eine Belüftungsöffnung pro
Hohlraum zeigen, wird Fachleuten klar sein, dass eine Vielzahl solcher
Belüftungen
in jedem Hohlraum verwendet werden kann.