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Schalt getriebe Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe, das insbesondere
für Kraftfahrzeuge und Werkzeugmaschinen bestimmt ist und als Kraftübertragungsorgan
einen Zahnriemen, eine Zahnkette oder ein Zahnrad aufweist.
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Es sind bereits derartige Schaltgetriebe bekannt, bei denen die treibenden
oder angetriebenen Rotationsorgane in Seg nt unterteilt sind, die im Bereich ihres
vom Kraftübertragungaorgan nicht umschlungenen Teiles in die Ebene des Kraftübertragungsorganes
ein- und ausrückbar sind. Diese bekannten Schaltgetriebe haben jedoch den Nachteil,
daß der Übergang von einer Schaltstufe zur nächsten, der sowohl in aufsteigendem
als auch in absteigendem Sinn jeweils während einer Umdrehung erfolgt, infolge der
notwendigen großen abstufung einen starken Stoß bewirkt. Ein
starker
Stoß tritt auch dann auf, wenn die Aufteilung der Rotationsorgane in Segmente soweit
getrieben wird, daß jeder einzenle Zahn, der mit dem Kraftübertragungsorgan in Eingriff
kommt, ein Segment darstellt. Insbesondere wenn es sich um hochtourige Maschinen
oder Apparate handelt, für die solche Schaltgetriebe verwendet werden, wie beispielsweise
Automobile, wären die Schaltstöße so stark, daß sie nicht ndr d den ruhigen Lauf
der maschine beeinträchtigen wUrden, sondern auch zum Bruch von Naschinenelementen
fUhren könnten. Eine kleine Abstufung wäre zwar in manchen Fällen möglich, wUrde
aber entweder das Getriebe untragbar vergrößern, oder aber die Segmente zu sehr
schwächen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Schaffung eines
stoßarmen Schaltgetriebes, bei welchem jeder Schaltvorgang, das Heißt, der Ubergang
von jeweils einer Schaltstufe auf die nächste, nur zu einer geringfügigen Veränderung
des Durchmessers des oder der Rotationsornage fahrt.
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Dies wird beim erfindungegemäßen Schaltgetriebe, das ein als Zahnriemen,
Zahhkette oder Zahnrad ausgebildetes übertragung,-organ, sowie mindestens ein Rotationsorgan
aufweist, welches in axial verschiebbare Segmente unterteilt ist, dadurch erreicht,
daß zwischen den Segmenten jedes Rotationsorganes und dem Kraftiibertragungsorgan
eine Endlose laschenkette so angeordnet ist, daß ein Teil von ihr sich im Inneren
des Rotationsorganes mehr oder weniger speichert.
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Diese Anordnung ermöglicht es, den einzelnen Segmenten eine sehr geringe
Dicke zu geben, so daß, obwohl auch beim erfindungsgemäßen Sohaltgetriebe der Übergang
von einer Schaltstufe zur anderen jeweils während einer Umdrehung erfolgt, die Schaltstöße
auf ein Minimum herabgesetzt werden. Zweckmäßig ist jedoch darauf zu achten, daß
die doppelte Dicke der Segmente mal gir dem Modul der Laschenkette bzw. dem Abstand
von deren Bolzen entspricht.
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Weitere Einzelheiten gehen aus der Zeichnung hervor, in der eine Reihe
von Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes beispielsweise dargestellt ist.
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Fig. 1 ist der Aufriß eines halben Schaltgetriebes gemäß der Erfindung,
bei welchem als Ubertragungsorgan ein Kettenrad dient und zu dem Fig. 2 ein horizontaler
Atialschnitt nach der Linie A-A in Fig. 1 ist.
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Fig. 3 ist ein wesentlich vergrößerter Ausschnitt aus einem der Fig.
t entsprechenden Aufriß einer leicht veränderten Variante und Fig. 4 stellt, im
gleichen Masstab, einen Schnitt nach der Linie B-M der Fig. 5 ciar.
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Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Variante zu Fig. 1
beo welcher als Übertragtirigsorgan eine Zahnkette Verwendung findet.
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Fig. 6 ist eine schenatische Darstelllang einer weiteren Variante,
bei welcher die ',reicherung der Laschenkette im Inneren des Rotationsorganes auf
andere Weise erfolgt, als bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 5.
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die Fig. t: ni 8 beranschaulichen in einen Teilschnitt durch das Hotaticnsorgan
senkreent zu dessen Achse uhd in einer perspektivischen Teilansicht die Lagerung
und Führung der Segmente.
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Deren Betätigung geht aus den Fig. 9, loa, lob und 11 hervor, die
in Teilschnitten mehrere Ausführungsmöglichkeiten zeigen.
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Fig 12 veranschaulicht ein Beispiel einer Laschenkette, wie sie fiir
das Rotationsorgan Verwendung finden kann und die Fig 13 ist eine #ahnkettenform
und Fig. 14 eine Zahnriemenform, wie sie sich besonders als Übertragrmgsorgane eignen.
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Fig. 15 gibt das Schema eines Schaltgetriebes gemäß der Erfindung
mit zwei Rotationsorganen, die in umgekehrter Weise gleic;zeitig geschaltet werden,
so daß sich die Anbringung von Spannrollen für das Übertragungsorgan eriibrigt iind
Fig 16 ist ein ähnliches Schaltgetriebe, bei dem jedoch ein separates Abtriebsrad
vorgesehen ist.
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Fig. 17 zeigt die Darstellung eines weiteren Schaltgetriebes im Aufriß
A-B Fig. 18 ist ein horizontaler Axialschnitt nach der Linie C - D in Fig. 17.
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Fig. 19 ist ein wesentlich vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 17, mit
Kette und deren Steuermechanismus.
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Fig. 20 und Fig 20a sind weitere Ausführungsmöglichkeiten des Schaltgetriebes.
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Fig. 21 zeigt die Ansicht der Winkellamellen und den Schnitt durch
die Segmente.
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Fig. 21 a ist ein liorizontaler Achsscnitt G - H zu Fig. 21 und tellt
die Lamellen (Winkellamellen) 50, sowie die Führungsboizen 44 und die Steuernuten
52 dar.
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Fig. 22 ist ein Vertikalschnitt durch den Schlauchriemen 53 und 54,
sowie durch die Segmente.
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Fig. 23 ist der Aorizontalschnitt I - K zu den Fig. 22 fiir Sohlauchriemen
53 - 54.
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Fig. 24 a, b, und c ist eine weitere Variante eines Schlauchriemens.
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Das Schaltgetriebe nach den Fig. 1 bis 4 besteht ais dem Rotationsorgan
1, dem Gegenrad 2 und einem beweglichen Zwischenrad 3, dessen Achsdistanz zum Rotationsorgan
1 variabel ist.
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Das Rotationsorgan 1 dreht sich auf oder mit der Welle 4 und umfaßt
im wesentlichen den ein- oder Mehrstückig ausgebildeten Radkörper 5, die übereinander
geschichteten Segmente 6 und die Laschenkette 7. Der Radkörper 5 weist eine innere
Nabe 8, mit der er auf der Welle 4 angeordnet ist und eine äußere Nabe 9 auf, auf
welcher sich die Segmente 6 abstützen. Die beiden Naben 8 und 9 begrenzen einen
Hohlraum 1o, welcher die Reserve 7' der Laschenkette 7 beherbergt. Der Hohlraum
1o ist durch ein Führungeglied 11 unterteilt, welches dafür sorgt, daß die Reserve
7' der Laschenkette 7 nicht ungewollt nach der falschen Seite in den Hohlraum 10
eindringt, während ein Schaltrad 12, das mit der Kettenreserve 7' im Eingriff steht,
dazu bestimmt ist, die Bewegungsrichtung der Kettenreserve 7' zu steuern. Das Heißt,
daß bei jeder Vergrößerung des Außendurchmessers des Paketes der Segmente 6, bewirkt
durch eine sukzessive Verschiebung der Segmente 6, beginnend mit dem innersten,
ein Kettenglied durch das Schaltrad aus dem Hohlraum 1o gefördert wird. Beim Zurückschalten
hingegen wird durch den verringerten Umfangsbedarf das mit dem Schaltrad 12 nicht
in Eingriff stehende Trum der Kettenreserve 7' über das tibertragungsorgan 3 in
den Hohlraum 10 hineingeschoben.
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Das Gegenrad 2, das auf oder mit der Welle 13 dreht, weist an seinem
Umfang entweder ebenfalls eine Laschenkette 14 auf, die die gleiche Teilung besitzt,
wie die Laschenkette 7, oder ist mit Bolzen 15 bestückt bzw. als negatives Kettenrad
ausgebildet. Die Verbindung zwischen dem Rotationsorgan 1 und dem Gegenrad 2 wird
durch das Zwischenrad 3 hergestellt, dessen Achse 16 in einer gekrummten Bahn 17
beweglich ist, deren Krummungsmlttelpunkt
in der Achse der Welle
13 gelegen ist, so daß die Zähne des Zwischenrades 3 immer mit der Kette oder den
Zähnen des Gegenrades kämmen. Für den dauernden Eingriff mit der Laschenkette 7
sorgt eine Feder 18, die das Zwischenrad 3 an das Rotatiosorgan 1 heranzieht.
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Das oben beschriebene Schaltgetriebe arbeitet auf folgende Weise:
in der Darstellung nach Fig 1 und 2 ist das üb.ersetzungs verhältnis am größten,
wenn alle Segmente 6 eingerückt sind und die ganzen Lamellenpakete unter der Laschenkette
7 liegen.
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Soll nun das Übersetzungsverhältnis verkleinert werden, so werden
die ußersten Segmente 6 auf eine Weise, die später beschrieben werden wird, eines
nach dem anderen unter der Laschenkette 12 hervorgezogen, so daß diese sich auf
die nächste, unmittelbar unterhalb der äußersten Segmente liegende Segmentreihe
auflegt. Die dadurch entstehende Verminderung des Außendurchmessers der Segmentpakete
bzw. des Umfanges derselben bedingt eine Verktirzung der Laschenkette 7. Dies hat
zur Folge, daß die überschüssige Lasche durch das Zwischenrad 3, das auf das nicht
mit dem Schaltrad 12 in Eingriff stehende Trum der Kettenreserve 7 drückt, in den
Hohlraum hineingedrückt wird. Dieser Vorgang kann so oft wiederholt werden, bis
auch die letzten, das heißt, die Innersten Segmente 6 unter der Laschenkette 7 weggezogen
wurden und diese sich nun direkt auf die äußere Nabe 9 auflegt.
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Jeder Schaltschritt bedingt also eine Verrinererung des Durchmessers
der Auflagefläche der Lascilenkette 7 um die doppelte Dicke der Segmente 6, die,
mit JZ multipliziert, dem Achsabstand der Kettenbolzen entspricht. Je kleiner dieser
Achsabstand
ist, desto dünner können demnach die Segmente 6 ausgebildet
werden, bis sie eigentliche Lamellen darstellen. Und Je dünner die Segmente 6 sind,
desto geringer ist die Änderung des Übersetzungaverhältnisses bei jedem Schaltschritt
und demgemäß auch der hiebei auftretende Schaltstoß.
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Soll das Getriebe wieder hinaufgeschaltet werden, was natürlich von
jeder Schaltstufe aus erfolgen kann, so wird das Schaltrad 12 sukzessive um einen
Zahn in Pfeilrichtung weitergedreht und dadurch ein Glied der Laschenreserve 7'
nach außen geschoben, so daß sich die Laschenkette 7 um ein Glied vergrößert, das
im Hohlraum 10 gespeichert war. Dadurch ist Platz für das ausfahren einer Schicht
der Segmente 6 geschaffen worden, auf die sich die Laschenkette auflegt. Dieser
Schaltschritt ist entsprechend Wiede rhelbar.
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In Fig. 5 wird eine Variante gezeigt, bei der als Ubertragungs organ
kein Zwischenrad, sondern eine Zahnkette 19 verwendet wird.
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Außerdem ist kein Schaltrad vorgesehen, sondern die Kette, deren beide
Trums durch ein Gleitstück 20 voneinander getrennt sind, wird durch einen nicht
dargestellten Mechanismus, der beispielsweise einen oder mehrere Schaltfinger enthalten
kann, von Innen aus dem Hohlraum 1o herausgezogen, wobei dieses Herausziehen schrittweise
oder synchron mit jedem Schaltvorgang erfolgt.
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Die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von denjenigen
nach Fig. 1 und 5 dadurch, daß der Hohlraum lo nicht durch ein EEhrungsglied 11
in zwei Teile unterteilt ist, sondern
ein Ganzes bildet, in welchem
sich die Kettenreserve 7' speichern kann, wobei sie sich zickzackförmig einordnet.
In Stelle eines Schaltrades kann eine Einrichtung, wie sie flir Fig. 5 beschrieben
wurde. vorgesehen sein, wobei auch hier die beiden Trums der Laschenkette 7 bzw.
der Kettenreserve 7' durch ein Gleitstück 20 voneinander getrennt Sind.
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Aus den Fig. 7 und 8 ist ersichtlich, wie die Segmente 6 in dem der
Laschenkette benachbarten Bereich durch radial angeordnete Speichen 21 geffihrt
sind Diese Speichen 21 weisen zweckmäßig Seitenflachen auf, die Führungsnuten enthalten,
wobei diese letzteren auf beiden Seiten gegeneinander versetzt sind, so daß die
Querschnittschwächung gering gehalten werden kann. Außer den weisen die Segmente
6 Parallel zur Achse des Rotationsorgans verlaufende Schlitze 22 Mf, die einerseits
durch einen gemeinraten Bolzen 23 durchragt werden und anderseita eine Druckfeder
24 enthalten, die die Segmente 6 in der gezeigten ausgerickten Stellung zu halten
sucht. Schließlich sind di. Segmente an ihrer von der laschenkette sbgewu.dten Seite
mit Schaltrampen 25 versehen, dank welcher das Einschalten der Segmente bewirkt
werden kann.
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Es kann auch eine Zugfeder 28 vorgesehen werden, welche die Druckfeder
24 ersetzt oder ihre Wirkung unterstützt und die in achsparallelen Bohrungen der
Segmente 6 angeordnet ist.
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Die Fig 9 veranschaulicht, wie die Segmente 6 dank ihrer Schaltraupen
25 von beiden Seiten unter die Laschenkette 7 gerückt werden können. Zu diesem Zweck
sind Rollen oder Bolzen 26 vorgesehen, die Parallel zur Rotationsachse des Rotationsorgans
1 verschiebbar
Sind und die Segmente, wenn die Rampen 25 an ihnen
entlang gleiten, in die Einschaltstellung drücken, wodurch die Federn 24 Komprimiert
und die Federn 28 gespannt werden. Eine nahe den Rampen in den Segmenten 6 angeordnete
Bohrung 27 erlaubt das Einrasten eines federnden Stiftes 29, der die Segmente in
der eingerickten Stellung festhält.
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Wie aus den Fig. 10 los, lo und 11 hervorgeht, können die Bolzen oder
Rollen 26, die über die Rampen 25 das Einrücken der Segmente 6 bewirken, auf einer
Kulisse 3o angeordnet sein, die auf den Bolzen 31 gleitet und mittels der Schubstange
32 nach oben oder unten bewegt werden kann. Die Bolzen 31 sind im Getriebegehäuse
37 befestigt, in welchem die Welle 4 mit dem Rotationsorgan 1 dreht. In der Fig.
los liegt die Kulisse so weit unten, daß die Einschaltbolzen 26 die untersten bzw.
innersten Segmente 6 über deren Rampen 25 nach rechts verschieben, wodurch der Stift
29 in die jeweilige Bohrung 27 einrasten kann und daher ein ungewolltes Zurückspringen
der Segmente verhindert.
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Dieser Stift 29 ist am oberen Ende einer Hülse 33 angeordnet, die
unter Belastung einer Druckfeder 34 steht und an ihrer der Kulisse 30 zugewendeten
Seite eine Schaitrampe 35 aufweist.
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Wird nun ein Segment 6 durch den Bolzen 26 von der ausgerückten Lage,
wie die in Fig. ioa oben dargestellt ist, in die eingerückte Lage in Fig ioa unten
und Fig. lob gebracht, so rastet der Stift 29 von unten in die Bohrung 27 ein und
hält das Segment entgegen der Belastung durch die Federn 24 und 28 in der eingerückten
Stellung. Soll nun umgekehrt ein Segment wieder ausgerückt werden, so senkt man
die Kulisse 3o mittels der Schubstange 32 so weit nach unten, daß sie mit der Schaltrampe
35 während der nächsten Umdrehung in Wirkverbindung tritt und dadurch
die
Hülse 33 und mit ihr den Stift 29 nach unten riickt,dodaß letzterer ausser Eingriff
mit der Bohrung 27 kommt und das betreffende Segment 6 durch die Belastung der Federn
24 und / oder 28 ausgerückt wird.
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Es können selbstverständlich auch andere Schaltaggregate vorgesehen
werden als die beschriebenen,bei denen die einzelnen Segmente z.B. durch schräg
gestellte Schaltrippen,die in entsprechende Schaltnuten eingreiJen, ein- und a--lsgerückt
werden.
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Das in Fig. 15 schematisch gezeigte Schaltgetriebe besteht aus den
beiden Rotationsorganen 1, 1 ' von denen eines das treibende lmd das andere das
getriebene ist'wobei beispielsweise eine Zahnkette 19 die beiden Rotationsorgane
miteinander verbindet.Wenn beide Rotationsorgane gleichzeitg im umgekhrten Sinne
geschaltet werden, sodaß die Zahnkette 19 auf dem Rotationsorgan 1 schrittweise
jeweils auf eine innere Seginentreihe herunter-und bein Rotationsorgan 1 ' auf eine
äußere Segmentreihe hinaufgeschaltet wird,so kann auf einen beweglichen Abstand
der Rotationsorgane 1, 1 bzw. ihrer Wellen 4, 4 ' oder auf die Anbringung einer
Spannrolle für die Zahnkette 19 verzichtet werden.
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Bei der Anordnung des Sthaltgetriebes nach Fig. 16 ist das Rotationsorgan
1 das treibend Organ,das mittels einer Zahnkette 19 das nicht schaltende Abtriebsrad
36 antreibt,wodurch der Schaltsprung halb so groß ist wie bei der vorbeschriebenen
Anordnung.
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Um für den iaängenausgleich der Zahnkette 19 in den verschiedenen
Schaltstufen zu sorgen,ist ein zweites leerdrehendes Rotationsorgan 1 e vorgesehen,
das gleichzeitg mit dem Rotationsorgan 1 jedoch in umgekehrter Reihenfolge wie dieses
geschaltet wird.
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Das in Fig. 17 und 18 gezeigte Schaltgetriebe besteht aus der Wabe
4e, die fest auf der Welle 4 sitzt. Die Nabe 40 hat Radiale Einschnitte 41, zur
Aufnahme und Püiiruüg; der Dreieckspeichen 42. Die Radialen Einschnitte 41 verlaufen
in einer gewissen Tiefe nach außen in einen Winkel in Richtung der Wellenenden 4.
Auf der Weile 4, die an den Enden als Keilwellen ausgebildet sind, werden die Steuersxheiben
44 und dadurch gleichzeitig die Drei(eckspeichen 42 hin- und zuruckbewegt. Durch
diese Bewegung steigen oder fallen die Segmente 43. Die Segmente 43 werden mittels
Zugfedern gehalten. Die Steuerung des Getriebes erfolgt mechanisch, hydraulisch,
elektrisch oder mittels Druckluft. Die endlose Laschen- oder Zahnriemenkette 7 liegt
auf den äuße@en Segmentteilen, die Kettenreserve 7' ist in den ab'enhohiraum gespeichert.
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In Fig. 19 wird durch axiale Verschiebung des Impulsgebers 47 der
Hebel 45 niedergedrückt. Dadurch befördert die Bowdendrucknase 46, die in der Aussparung
des Laschengliedes 57 im Eingriff steht, die Kette um eine Teilung nach außen.
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Die Segmente 43 werden sofort nach dem Schaltvorgang angehoben und
ergeben den neuen, größeren Umfang. Der ImptilSgeber 47 wird nach dem eimmaigen
Niederdrücken des Hebels 45 durch eine schiefe Ebene am Hebelende 45 sofort wieder
in die Neutralstellung gedrückt. Der Hebel 45 und die Bowdendrucknase 46 gehen in
die Äusgangsstellung zurück. Diese Bowdendrucknasen werden mit Druckplatten 48,
die federnd gelagert sind beim Schub in die Aussparungen der Ladchen hineingedrückt
und beim Zurückziehen der Nasen gleiten dieselben am Laschenrand in die Ausgangsstellungen.
Die Bowdenzüge sind an den Segmanten 43 befestigt.
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Beim Herunterschalten werden erset die Segmente 43 zurückgeschaltet
und anschließend durch den Impulsgeber 47 der Hebel 45 niedergedrückt und wieder
losgelassen. Der Impulsgeber 47 schiebt sich durch die schiefe Ebene am Hebelende
45 wieder in die Neutralstellung.
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Bei einem Bowdenzug werden die Hebel 45 gehoben und die Anschlußenden
getauscht.
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In Fig. 20 bewirken Streben 49 das Heben und Senken der Segmente 43.
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Die Streben sind auf der Nabe 40 durch Ringe 54 gesichert und rutschen
in den Nuten der Naben. Die anderen Enden der Streben 49 sind mit den Segmenten
43 mittels Bolzen gelagert. Die Schaltung erfolgt über Druck-gellager.
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Die Nabe hat wieder rajiale Einschnitte 41, in denen die Segmente
43 geführt und bewegt werden. Gegen Wegfliegen sind die Segmente 43 und die Streben
mit Zugfedern gesichert.
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In Fig. 21 bewirken Winkellaschen 50 eine Vergrößerung der Aufliegeflächen
der Segmente 43. Die Winkellaschen sind in den Segmenten 43 versetzt gelagert, sie
kämmen sich gegenseitig und sind durch Bolzen gegen Wegfliegen gesichert.
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Um den jeweiligen Hadius der segmente 43 angepaßt zu sein, sind Bolzen
51 in den Steuernuten 52 der Naben geführt.
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Die Steuernuten 52 laufen nicht radial zur Welle 4, sondern verjüngen
sich zum radialen Einschnitt 41 nach außen.
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Fig. 22 zeigt im Schnitt zu den Segmenten 43 einen Riemen aus Gummi
oder kunststoff 53+ der außer den Draht- oder Cordseilen einen oder mehrere Schläuche
54, die feste mit der Unterseite des Riemens 53 verbunden sind, hat.
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Die Schläuche 54 sind mit Luft, Gasen, Flüssigkeiten oder mit Moosgummiartigen
Bestantteilen gefüllt und bewirken ein Umschließen der Segmente 43 direkt - oder
auch auf der Zahnkette 7, bzw. Zahnriemenkette.
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Durch das Nachgeben des oder der Schläuche 54 bei der Auflage auf
den Segmenten 43 oder Kette 7, werden diese zusammengedrückt. Dazwischen bleiben
die Schläuche in ihrer normalen Form und ergeben dadurch eine Art Zahnriemen, der
sich auch immer den veränderlichen Abständen der Segmente anpaßt und damit auch
stufenlos - ohne der Kette 7 - gesehaltet werden kann.
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Fig. 23 zeigt einen Schnitt quer zum Riemen 53 - 54 In Fig 24 a, b,
und c ist ein solcher Schlauchriemen noch mit Noppen 55 versehen. Diese Noppen 55
bewirken einen festeren, seitlichen Halt der Schläuche 54, da sich die Schläuche
in den Leerräumen, zwischen den Noppen 55 hineinpressen. Außerdem bewirken die Noppen,
die auch versetzt angeordnet werden können, ein ganzliches Zusammsndrücken 54.
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Diese Schlauchriemen haben eine starke, stoßdämpfende Wirkung und
einen geräuschiosen Lauf.
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Das so ausgebildete Schåltgetriebe, das dank der Einfachheit seiner
Konstruktion große Betriebssicherheit gewährleistet und nur geringe Wartung erfordert,
kann folglich bedenkenlos, auch für schnellaufende, empfindliche Maschinen verwendet
werden