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Das erfindungsgemässe Getriebe mit-veränderlicher Übersetzung ist
vorwiegend für Kraftfahrzeuge bestimmt.
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Stufenlos regelbare Getriebe mit entsprechender Steuereinrichtung
sind für Kraftfahrzeuge vorteilhaft, da sie so ausgelegt werden können, dass auf
die Betriebsbedingungen abgestimmt, eine vorgegebene Drehzahl der Antriebsmaschine
eingehalten wird, beispielsweise bei Weise geschwindigkeit auf Drehzahlen für wirtschaftlichen
Kraftstoffverbrauch, wobei bei grosser Drehmomentanforderung eine schnelle Anpassung
ermöglicht ist, die die Höchstleistung der Antriebsmaschine ermöglicht. Leistungsaufahmefähigkeit
und Wirkungsgrad des Getribbes sind für die Auslage wesentliche Faktoren.
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Derartige getriebe mit einem eingegliederten mechanischen Variator
sind beispielsweise durch die GB-PS 1 515 687 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde derartige Getriebe so auszugestalten,
dass ihr Bereich der Übersetzungsverhältnisse wesentlich grösser als der Bereich
der Sbersetzungsterhältnisse des in ihnen enthaltenen me-
chanischen Variators ist, um dadurci Bedingungen für ein Wechselgetriebe zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1
herausgestellten Merkmale gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben
sich aus den Unteransprüchen, Durch eine entsprechende Wahl der Übersetzung;-verhältnisse
der Planetenrädersätze kann der Bereich der Übersetzungsverhältnisse gegenüber dem
des mechanischen Variators etwa verdoppelt werden0 Die maximale Übersetzung des
mechanischen Variators beträgt beispielsweise 6:1 und die Vergrösserung dieses Bereichs
im Getriebe findet lediglich eine grenze in der Vergrösserung der Verluste bei der
Drehmomentrückleitung Im Betrieb läuft der Planetenträger des erste Planetenrädersatzes
mit.zur Drehzahl des Eingangsglieds des mechanischen Variators proportionaler Drehzahl
um, so dass von diesem aus die Drehmomentrückleitung erfolgt0 In abgewandelter Weise
kann dies aber auch von den Planetenträgern des zweiten und dritten Planetenrädersatzes
erfolgen, die ebenfalls mit zum Eingangsglied des 3Variator proportionaler Drehzahl
umlaufen, jedoch ist hier bei maximaler Übersetzung ein etwas geringerer Wirkungsgrad
vorhanden, da etwas grössere Verluste bei der Drehmomentrück leitung auftreten.
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In beiden Fällen werden normalerweise Drehzahländerungsvorrichtungen
in die erbindung einzugliedern sein, um unterschiedlichen Drehzahlen des Eingangsglieds
des Variators und der Planetenträger Kechnung zu tragen.
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Das Eingangsglied des Getriebes wird normalerweise
von
einer Antriebsmaschine angetrieben und es ist daher zweckmässig eine Wendevorrichtung
einzuschalten, die wahlweise betätigt Vorwärtsantrieb, Rückwärtsantrieb und Leerlauf
zu schalten gestattet. Diese kann als Ausgleichgetriebe mit Reibungsschaltbremsen
sein oder auch ein Planetenräderausgleichgetriebe.
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Ferner kann der Wendevorrichtung noch eine hydraulische Kupplung
vorgeschaltet werden. Um hydraulische Verluste bei Reisegeschwindigkeit zu vermeiden,
ist ferner eine Überbrückungskupplung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsglied
des Getriebes zweckmässig, die wahlweise betätigbar ist. Es wird hierdurch der Wirkungsgrad
verbessert0 Um Spinverluste zu vermeiden, kann eine zweckmässig als Mehrscheibenreibungsbremse
ausgebildete Bremse vorgesehen sein, die das zweite Glied des zweiten Planetenrädersatzes
festzulegen gestattet. Beim Lüften dieser Bremse wird die Ausgangsdrehzahl des Variators
etwa auf die Ausgangsdrehzahl des Getriebes verringert.
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Im übrigen sind unterschiedliche Arten des Aufbaus des Getriebes
möglich, um gegebenen Verhälttisser gerecht zu werden0 So können durch Verwendung
von Kegelrädersätzen die Drehrichtungen von Eingang und Ausgang senkrecht zu einander
liegen. Ebenso kann eine Anordnung getroffen werden, bei der die Drehachsen des
Eingangsglieder von Getriebe und Variator koaxial zueinander ausgerichtet
parallel
zur Drehachse des Ausgangsglieds des Getriebes liegen. Ferner ist es möglich die
Ausgangswelle des Getriebes mit einem umlaufenden Gehäuse eines Ausgleichgetriebes
zu verbindens das mit zwei in entgegengesetzter Richtung liegenden Ausgangswellen
versehen ist,
die partial zur Drehachse des Eingangsglieds des Getriebes liegen. Die eine der
Halbwellen ist dann zentral durch die inneren Zentralräder der Planetenrädersätze
und das Ausgangsglied des Variators mit Spiel zu führen, Bei einem Fahrzeuggetriebe
muss eine geeignete Steuereinrichtung für das Ubersetzungsverhältnis des mechanischen
Variators vorgesehen werden, die auf Betriebs bedingungen ansprtcht und einen-wahlweisen
Eingriff durch den Fahrer gestattet. Parameter können hierbei die Eingangsdrehzahl,
Fahrgeschwindigkeit über die Ausgangsdrehzahl des Getriebes, Antriebsmaschinenleistung
durch Ansaugdruck oder Drosselklappenstellung sein. Ferner ist auch eineKickdown-Stellung
zum schnellen Beschleunigen am Gaspedal zweckmässig.
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Die Steuersignale ermöglichen, dass die Antriebsmaschine jederzeit
mit zweckmässiger Drehzahl läuft, sei es für Reisegeschwindigkeit mit sparsamen
Kraftstoffverbrauch, oder für Höchstleistung bei Anfordern durch den Fahrer.
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Bei Überholbedingungen sollte das tbersetzungs verhältnis eine Motorbremsung
bis zur Höchstdrehzahl der
Antriebsmaschine ermöglichen.
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Eine wirtschaftliche Fahrweise wird dem Fahrer dadurch ermöglicht,
dass ein kombinierter Geschwindigkeits- und Drehzahlmesser zur Verfügung steht.
Dieser weist kalibrierte Skalen alif, die konzentrisch zueinander liegen und die
auf Antriebsmaschinendrehzahl und Bahrgeschwindigkeit ansprechenden Zeiger geben
durch ihre Relativstellung zueinander Hinweise auf das Detriebsverhalten des getriebes.
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Der mechanische Variator kann von beliebiger bekannter Bauart sein,
also ein Keilriemen- oder Kettentrieb mit stufenlos veränderlicher Übersetzung,
ein Kopp-Antrieb mit Reibantrieb durch Kugeln oder ein serbury-Getriebe mit schwenkbaren
Scheiben. Die ersterwähnte Bauart hat für Fahrzeugantriebe gewisse Vorteile, insbesondere
wegen der hohen Drehmomentaufnahmefähigkeit. Werden hier grössere Anforderungen
gestellt, wie z.B. bei schweren Arbeitsfahrzeugen, so können mehrere derartige Variatoren
zusammengeschaltet werden. Um Abriebe infolge geringer Unterschiede der Ubersetzungsverhältnisse
der
Variatoren/kann die Ziordnung von Ausgleichgetrieben zu den Variatoren erfolgen.
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Ausführungsbeispiele der «erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt. In den echnungen zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung
einer ersten Bauform eines Getriebes nach der Erfindung, Fig0 2 eine schematische
Barstellung einer zweiten Bauform, Fig. 3 bis 5 schematische Darstellung von Getrieben
für Kraftfahrzeuge, Fig0 6 ein Schaubild , das die Drehzahlen von Elementen des
Getriebes über dem Übersetzungsverhältnis darstellt, auf die Bauform nach Figo 5
bezogen, Fig. 7 binde Darstellung der übertragenen Drehmomente und Leistungen bei
fünf Übersetzungsverhältnissen an einigen Stellen eines Getriebes gemäss Fig0 5,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Anordnung mehrerer Variatoren, Fig. 9
bis 12 Darstellungen von Getrieben mit paralleler Anordnung von Eingang und Ausgang,
Fig. 13 und 14 Darstellungen von getrieben mit zum Eingang senkrechten Ausgang,
Fig. 15 und 16 eine Darstellung eines Kombibinatiänsgeschwindigkeits und Drehzahlmesers,
Fig0 17 eine Darstellung eines Getriebes für RaupenfahrzeugeO
Das
Getriebe mit veränderlicher Übersetzung gemäss Fig. 1 enthält einen mechanischen
Variator 10 und drei miteinander verbundene Planetenrädersätze 12, 14 und 16, über
die ein Antriebsdrehmoment von einer Eingangswelle 18 stufenlos geregelt auf eine
Ausgangswelle 20 übertragen wird.
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Der mechanische Variator ist von bekannter Bauart und weist Riemenscheiben
22 (Eingang) und 24 (Ausgang) mit veränderlicher Steigung auf, über die ein Keilriemen
26 läuft. Nicht dargestellte Regeleinrichtung, die auf betriebsbedingungen ansprechen,
bewirken die stufenlose Änderung der Übersetzung des mechanischen Variators in der
bekannten Weise, indem die Steigungen der Riemen scheiben in einander entgesetztem
Sinn geändert werden.
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Ein maximales Übersetzungsverhältnis von 6: 1 ist hier erreichbar.
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Die Ausgangsriemenscheibe 24 des Variators 10 ist mit einem inneren
entralrad 28 des ersten Planetenrädersatzes 12 verbunden. Ein äusseres Zentralrad
30 des'ersten Planetenrädersatzes 12 treibt ein inneres Zentralrad 32 des dritten
Planetenrädersatzes 16 an. Die Zentralrad der 28 und 30 kämmen mit Planetenrädern
34, die drehbar in einem Planetenträger 36 gelagert sind. Dieser ist mit einem inneren
Zentralrad 38 des zweiten Planetenrädersatze 14 verbunden.
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Ein äusseres Zentralrad 40 des dritten Planetenrädersatzes
16
ist mit der Ausgangswelle 20 des getrieb bes verbunden. Die Zentralräder 32 und
40 des dritten Planetenrädersatzes 16 kämmen mit Planetenrädern 42, die dreh bar
in einem Planetenträger 44 gelagert sind. Ein äusseres Zentralrad 46 des zweiten
Planetenrädersatzes 14 ist über eine Kupplung 47 an einem ortsfesten Getriebegehäuseteil
festlegbar. Die Zentralräder 38 und 46 des zweiten Planetenrädersatzes 14 kämmen
mit Planetenrädern 48, die dreh bar in einem Planetenträger 50 gelagert sind, der
mit dem Planetenträger 44 des dritten Planetenrädersatzes 16 verbunden ist.
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Der Planetenträger 36 des ersten Planetenrädersatzes 12 und das innere
Zentralsrad 38 des zweiten Planetenrädersatzes 14 besitzen eine Antriebsverbindung
52 zu einer Riemenscheibe 54, die über einen Riemen 56 oder eine Kette 56 mit einer
zweiten Riemenscheibe 58 zusammenarbeitet, die koaxial zur Eingangswelle 18 liegt.
Die zweite 58 Riemenscheibe ist wahlweise mit der- Eingangsriemenscheibe 22 über
eine Antriebsverbindung 60, eine Kupplung 62 und eine Welle 61 verbindbar. Im Kupplungsfall
sind beide Riemenscheiben mit der Eingangswelle 18 verbunden. Die Teile 52 bis 62
bewirken eine Drehmomentrückleitung vom Planeten träger 36 zur Ejngangsriemenscheibe
22 des Variators 10, Vorteilhaft ist eine zusätzliche Massnahme, die einen unmittelbaren
Antrieb zwischen der Singangswelle 18 und der Ausgangswelle 20 ermöglichtO Hierzu
ist eine
wahlweise einrückbare Mehrscheibenreibungskupplung 64
vorgesehen, die die Eingangswelle 18 mit einer Riemenscheibe 68 verbindet, die über
einen Riemen oder eine Kette 68 eine Riemenscheibe 70 antreibt, welche koaxial zur
Ausgang! ~ welle 20 liegt und mit dieser eine Antriebsverbindung 72 hat. Beim Einrücken
dieser Überbrückungskupplung 64 wird die Kupplung 62 ausgerückt0 Die in Fig. 2 dargestellte
zweite Bauform entspricht in vielen Teilen der ersten Bauform, so dass gleiche bauteile
gleiche bezugszeichen aufweisen. Die Dreh momentrückleitung erfolgt hier jedoch
von den miteinander verbundenen Planetenträgern 50 und 44 des zweiten bzw.
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dritten Planetenrädersatzes 14 bzw. 16 zu einer ersten Riemenscheibe
54t0 Auch hier kann wahlweise eine Überbrückungskupplung zum direkten Antrieb zwischen
Eingangswelle 18 un Ausgangswelle 20 vorgesehen werden (Teile 64 bis 72).
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Bei beiden Bauarten ist ein gleiches Verhältnis der Zähnezahlen des
äusseren Zentralrads zut4 den Zähne.
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des inneren Zentralrads vorgegehen; beim ersten Planetenrädersatz
12 4:1 , bei zweiten Planetenrädersatz 16 1,65:1 und beim dritten Planetenrädersatz
16 2:1.
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Die Arbeitsweise beider Bauarten ist im wesentlichen gleich. Bei
eingerückter Kupplung 62 wird das Drehmoment von der Eingangswelle 18 zur Eingangsriemenscheibe
22 des Variators 10 geleitet, der es mit der eingestellten
Übersetzung
über die Kette 26 und die Ausgangs riemenscheibe 24 auf das innere entralrad 28
des ersten Planetenrädersatzes 12 überträgt.Der Planetenträger 36 des ersten Planetenrädersatzes
12, wie auch das innere Zenw tralrad 38 des zweiten Planetenrädersatzes läuft in
gleicher Richtung um wie das innere Zentralrad 28, und zwar mit zur Eingangswellendrehzahl
proportionalerr Drehzahl und erhöhtem Drehmoment T =T5 (eR + 4), worin T c das Drehmoment
am Planetenträger 36 , T5 das Drehmoment am inneren entralrad 28 , R die Zähnezahl
des äusseren Zentralrads 30 und S die Zähnezahl des inneren Zentralsrads 28 sind.
Das äussere Zentralrad 30 des ersten Planetenrädersatzes, wie auch das innere Zentralrad
32 des dritten Planetenrädersatzes 16 weisen eine Drehmomentreaktion in entgegengesetzter
Richtung zum inneren Zentralrad 28 des ersten Planetenrädersatzes 12 auf. Diese
entspricht der Grösse nach für 95% vom Ende niedriger Drehzahl des Bereichs dem
Drehmoment am inneren Zentralrad 28. Bei 95 kommt das äussere Zentralrad 30 zum
Stillstand und dreht sich für die restlichen 5% des Bereichs in entgegenwl gesetzter
Richtung0 Diese %-Angaben ändern sich natürlich .
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mit den jeweiligen Übersetzungsverhältnissen, mit denen der Variator
und die Planetenrädersätze ausgelegt sind Bei einem Drehmoment am inneren Zentralrad
38 und durch Einrücken der Kupplung 47 festgelegtem äusserem
Zentralrad
46 des zweiten Planetenrädersatzes 14 übertragen dessen Planetenräder 48 Drehmoment
zu den vereinigten Planetenträgern 50 und 44 von den Planetenrädern 34 des ersten
Planetenrädersatzes 12 e Da am i-nneren Zentralrad 32 des dritten Planetenrädersatzes
16 ein Reaktionsdrehmoment in entgegengesetzter Richtung zum Drehmoment an dem inneren
entralrad 28 des ersten Planetenrädersatzee 12 wirkt, besteht eine Reaktion für
die Planetenräder 42 des dritten Planetenrädersatzes, die ein Drehmoment über das
äussere Zentralrad 40 auf die Ausgangswelle 20 übertragen.
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Das am äusseren entralrad 40 verfügbare Drehmoment ist jedoch durch
das am inneren Zentralrad 32 vorliegende Reaktionsmoment begrenzt. Ein Überschußdrehmoment
am Planetenträger 44 wird also am inneren Zentral rad 38 abgenommen und über die
Drehmomentrückleitungsverbindung 52 bis 62 an die Eingangsriemenscheibe 22 des Variators
10 abgegeben, In der Tat besteht ene sofortige Reaktion auf Balancekräfte und je
grösser das vom Variator bewirkte Drehmomentverhältnis ist, desdo grösser ist das
zu diesem zurückgeleitete Drehmoment und damit die Vergrösserung des Ausgangsdrehmoments.
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Erreicht der Variator sein kleinstes Übersetzungsverhältnis, so kann
die Kupplung 62 ausgerückt und die Überbrückungskupplung 64 zum direkten Antrieb
der Ausgangswelle 20 eingerückt werden. Hierdurch werden die
die
Drehmomentwandlung bewirkenden Bauteile entlastet und bei der Drehmomentrückleitung
entstehende Verluste vermieten Es treten aber trotzdem Spinverluste ein, die nicht
unbeachtlich sind, da diese Teile weiterhin umlaufen. Um diese Verluste zu vermeiden
und auch den Abrieb am Variator zu verringern, ist es lediglich erforderlcih, |
die Kupplung 47 auszukupplen, so dass diese leise freilaufen, wobei die Drehzahl
auf etwa 11% der bisherigen sinkt, Im Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 47 als
ehrscheibenreibungskupplung gezeichnet; sie könnte aber auch als Klauenkupplung
mit Synchronisierung ausgebildet sein.
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Die Arbeitsweise der Bauform nach Fig. 2 ist im wesentlichen die
gleiche0 Das Überschußdrehmoment wird hier von den vereinigten Planetenträgern 50
und 44 abgeleitet. Auch deren Drehzahl ist der Eingangsdrehzahl proportXonal, wenn
auch verschieden von der des inneren Zentralsrads 38.
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Die erste Bauform ist zu bevorzugen, da die Drehmomentrückleitung
weiter stromaufwärts im Drehmomentflß erfolgt und somit Verluste im zweiten Planetenrädersatz
14 vermieden sind0 Atsserdem kann in der Drehmomentrückleitungsverbindung ein vorteilhafteres
Ubersetzungsverhältnis, beispielsweise von 2:1 gegenüber einem Wert von 4:1 bei
der zweiten Bauform gewähltwerden0
Die Bauform nach Fig. 3 entspricht
wirkunggmässig der zweiten Bauform. Eine Antriebsmaschine 80 überträgt Drehmoment
auf eine ,einen chwingungsdämpfer enthaltende hydraulische Kupplung 82, der eine
nicht dargestellte wahlweise betätigbare Überbrückungskupplung zugeordnet ist. Anstelle
der hydraulischen Kupplung könnte auch ein hydrodynamischer Drehmomentwandler vorgesehen
sein.
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Am gehäuse der hydraulischen Kupplung, das umläuft, ist eine hydraulische
Pumpe 84 angetrieben. Das Ausgangs drehmoment der hydraulischen Kupplung 82 wird
einem Eingangsrad 86 einer Wende-Ausgleichvorrichtung 88 zugeleitet, das mit Ritzeln
kämmi.-, welche drehbar auf einem Querstift 91 gelagert sind. Der Querstift 91 sitzt
in einem umlaufenden Ausgleichgehäuse 94. Die Ritzel kämmen mit einem zum Eingangsrad
86 parallelen Ausgangsrad 90. Eine Reibungsbremse 96 hat Reibscheiben, die abwechseln
mit dem umlaufenden Ausgleichgehäuse bzw. einem ortsfestem Getriebegehäuse 98 verbunden
sind. Die Reibungsbremse 96 kann mittels eines zugeordneten hydrauluschen Stellkolbens
angelegt werden , um das Ausgleichgehäuse 94 festzuhalten.
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Es wird dann das Ausgangsrad 90 und eine mit ihm verbundene Welle
118 entgegengesetzt zur Eingangswelle angetrieben, also Rückwärtsantrieb bewirkt.
Eine weitere Reibungskupplung 102, die wahlweise durch einen hydraulischen Stellmotor
einrückbar ist, verbindet dann das Ausgleichgehäuse 94 mit einer Kupplungstrommel
104, die an der Welle 118 befestigt
ist. Es erfolgt dann Vorwärtsantrieb
mit der Eingangsdrehzahl. Bei gelüfteter Bremse 96 und ausgerückter Kupplung 102,
ist Leerlauf geschaltet, in dem kein Drehmoment übertragen wird0 Neben der hydraulischen
Pumpe 84 ist ein Magnet 106 und ein Ventilblock 108 vorgesehen, die wahlwelse auf
Grund von Steuersignalen die Stellmotoren beaufschlagen.Mit-.. -der Kupplungstrommel
104 ist wahlweise eine Sperrklinke 109 zum Verriegeln des Getriebes verbindbar,
Die Welle 118 ist mit einem mechanischen Vari*>-ator 110 und mit drei Planetenrädersätzen
112, 114 und 116 entsprechend Fig0 2 verbunden.
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Der mechanische Variator 110 hat eine Eingang -riemenscheibe 122,
eine Ausgangsriemenscheibe 124 und eine über diese laufende Kette 126, die das Drehmonent
veränder lich geregelt überträgt0 Der Variator 110 hat ein maximales Übersetzungsverhältnis
von 6:1.
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Die Ausgangsriemenscheibe 124 des Variators ist mit einem inneren
Lentralrad 128 des ersten Planetenrädersatzes 112 verbunden, Es kämmt zusammen mit
einem äusseren Zentralrad 130 mit Planetenrädern 134,.die drehbar in einem Planetenträger
136 gelagert sind, der mit einem inneren entralrad 138 des zweiten Planetenrädersatzes
114 verbunden ist.
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Ein äusseres Zentralrad 140 des dritten Planes tenrädersatzes 116
ist mit einem Ausgang verbunden der
eine Riemenscheibe 170 aufweist.
Die Zentralräder 132 und 140 des dritten Planetenrädersatzes 116 kämmen mit Planetenrädern
142, die drehbar in einem Planetenträger 144 ge lagert sind. Ein äusseres zentralrad
146 des zweiten Planetenrädersatzes 114 ist durch eine nicht dargestellte Kupplung,
entsprechend der Kupplung 47 in Fig.2, an einem ortsfestem Wehäuseteil festlegbar.
Die Zentralräder 138 und 146 des zweiten Planetenrädersatzes 114 kämmen mit Planetenrädern
148, die drehbar in einem Planetenträger 150 gelagert sind0 Die beiden Planetenträger
144 und 150 sind miteinander verbunden und weisen eine Verlängerung in Form einer
Riemsnscheibe 154 auf, die über eine Kette 156 eine zweite Riemenscheibe 158 antreibt,
die- koaxial einen Teil der Welle 118 umgibt.. Die zweite Riemenscheibe 158 hat
eine Antriebsverbindung 60 zu einer Mehrscheibenreibungskupplung 162, die wahlweise
eingerückt über eine Welle 161 die Verbindung zur Eingangsriemenscheibe 122 des
Variators 110 und zur Welle 118 herstellt. Die Teile 154 bis 162 stellen einen Weg
zur Drehmomentrückführung von den vereinigten Planetenträgern 144,150 zur Eingangsriemenscheibe
122 des mechanischen Variators dar.
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Wie bei der zweiten Bauform ist auch hier eine Überbrückung zwischen
der Welle 118-und der Riemenscheibe 170 vorgesehen. Eine wahlweise betätigbare zweite
Kupplung 64 verbindet die Welle 118 mit einer Riemenscheibe
166,
die über eine Kette 168 die Riemenscheibe 170 atreibt.
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Die Riemenscheibe 170 ist mit dem umlaufenden Gehäuse 182 eines Ausgleichgetriebes
180 verbunden, das in üblicher Weise als Kegelradausgleichgetriebe mit Querstift
ausgebildet iste Es enthält zwei einander entgegen gerichtete Ausgangswellen 184
und 186, die parallel zur den Eingang bildenden Welle 118 liegen. Die Ausgangswelle
186 erstreckt sich koaxial durch die Planetenrädersätze 116 114 und 112 und die
Ausgangsriemenscheibe 124 des Variators 110. Die Verhältniszahlen zwischen den Zähnen
der äusseren und inneren Zentralräder ist wie bei der zwei ten Bauform gewählt,
Die Arbeitsweise entspricht ebenfalls der der zweiten Bauform. Bei eingerückter
Kupplung 162 wird das Drehmoment von der Eingangswelle 118 zur Eingangsriemenscheibe
122 des mechanischen Variators 110 übertragen, der es- umgewandelt über die Kette
124 und die Ausgangsrie menscheibe 124 zum inneren Zentralrad 128 des ersten Plane
tenrädersatzes 112 weiterleitet.. Der Planetenträger136 des ersten Planetenrädersatzes
und das innere Zentralrad 138 des zweiten Planetenrädersatzes drehen sich in gleiche
Richtung wie das innere Zentralrad 128 mit der Eingangsdrehzahl proportionaler Drehzahl
und einem entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des ersten Slanetenrädersatzes
erhöhtem Drehmoment D entsprechen der bereits erwähnten
Gleichung
Tc = Ts ( # + 1).
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Das äussere Zentralrad 130 des ersten Planetenrädersatzes 112 und
das innere Zentralrad 132 des dritten Planetenrädersatzes 116 zu 6 bewirken ein
Reaktionsdrehmoment, das dem Drehmoment am inneren entralrad 128 entgegengesetzt
ist und bis 95 des Bereichs vom Ende kleinster Drehzahl gleiche Grösse hat. Bei
95% kommt das äussere Zentralrad 130 zum Stillstand und dreht sich dann für die
restlichen 5% des Bereichs in entgegengesetzter Richtung.
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Bei einem Drehmoment am inneren zentralrad 138 und festgelegtem äusseren
zentralrad 146 Ubertragen die Planetenräder 148 des zweiten Planetenrädersatzes
114 Drehmoment auf die Planetenträger 150 und 144 von den Planetenräders 134 des
ersten Planetenrädersatzes 112.
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Da am inneren entralrad 132 des dritten Planetenrädersatzes 116 ein
Reaktionsdrehmoment wirkt, besteht eine Reaktion für die Planetenräder 142, so dass
dar äussere Zentralrad 140 Drehmoment zum Antrieb des Ausgleichgetriebes 180 überträgt.
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Auch hier ist das verfübare Drehmoment durch das Reaktionsdrehmoment
am inneren Zentralrad 132 begrenzt so dass das Überschussdrehmoment über die Riemenscheibe
154 zur Eingsngsriemenscheibe 122 des Variators zurückgeleitet wird.
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Erreicht der Variator 120 sein kleinstes
Übersetzungsverhältnis,
so kann die Kupplung 162 ausgerückt werden und durch Einrücken der Kupplung 164
der direkte Antrieb zwischen Eingang und Ausgang geschaltet werden, um die Verluste
bei der Drehmomentrückleitung zu vermeiden.
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Ebenso können wie bei der zweiten Bauform Spinverluste vermieden
werden0 In Fig. 4 ist eine etwas gegenüber der Bauform nach Fig. 3 abgewandelte
bauform dargestellt. Gleiche Bauteile haben daher gleiche Bezugszeichen, jedoch
mi einem Beistrich versehen.
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Bei dieser Bauform sind die Wendevorrichtung 88t und der Ventilblock
108' nach aussen von der Eingangs riemenscheibe 122 des mechanischen Variators 110t
verleg -und der Antrieb erfolgt von der in Fig. 4 nicht dargesel -ten hydraulischen
Kupplung über eine Welle 89'.
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Die Bauformen nach Fig. 3 und 4 können für Vierradantriebe von Fahrzeugen
eingesetzt werden, indem die Ausgangswellen 184 und 186 als Antriebswellen für die
Vorderachs- bzw. Hinterachswellen dienen. Die Ausgleichgetriebe können durch Planetenrädereinheiten
ersetzt werden, um eine Drehmomentverteilung entsprechend der Achsbelastung zu erhalten.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Bauform, die wirkungsmässig der zweiten
Bauform entspricht, aber so aufgebaut ist, dass die Drehachse der Eingangswelle
senkrecht
zur Drehachse der Eingangsriemenscheibe des Variators
liegt, aber parallel zur Ausgangswelle des Getriebes.
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Eine Antriebsmaschine 187 ist, wie in Fig.3 beschrieben, mit einer
hydraulischen Kupplung mit zugeordnetem Schwingungsdämpfer verbunden, wobei eine
nicht dar gestellte Uberbrückungskupplung vorgesehen ist. Eine hydraulische Pumpe
ist an dem umlaufenden Gehäuse der hydraulischen Kupplung angetrieben. Ferner ist
auch hier Ein Eingangs-Ausgleichgetriebe 188 als Wendevorrichtung vorgesehen, dessen
Ausgangsrad 190 mit einer Welle 200 verbunden ist.
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Die Welle 200 treibe eine Regeleinrichtung 20:1 an und ist mittelbar
oder unmittelbar mit einer hohlen Ein gangswelle 218 verbunden, Diese treibt über
einen Kegelrädersatz 219 eine Eingangsriemenscheibe 222 eines mechanischen Variatots
210an, die über eine Kette 226 eine Ausgangsriemenscheibe 224 antreibt0 Die Ausgangsriemenscheibe
224 ist mit einem inneren entralrad 228 eines ersten Planetenrädersatzes 112 verbunden,
Dem ersten Planetenrädersatz 212 sind ein zweiter Planetenrädersatz 214 und ein
dritter Planetenrädersatz 216 zugeordnet. Diese Planetenrädersätze sind entsprechend
Fig. 2 ausgebildet und übertragen auf eine Ausgangswelle 220 Drehmoment.
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Ein äusseres Zentralrad 246 des zweiten Planetenrädersatzes 214 kann
durch eine Bremse 247 wahlweise
festgelegt werden. Eine Drehmomentrückleitung
von den vereinigten Planetenträgern 244 und 250 des zweiten und dritten Planetenrädersatzes
214 und 216 erfolgt über eine flanschartige Verlängerung 254 der Planetenträger,
die nach Art eines Kronenrades kegelförmige Verzahnungen trägt. Diese arbeiten mit
einem Seeelrad 258 zusammen9 um einen Weg für die Drehmomentrückleitung über eine
Kupplung 263, eine Welle 217 und den Kegelrädersatz 219 zur EingangsriemenscheiFe222
des mechanischen Variators zu bilden.
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Die Kupplung 263 ist zur Überbrückung wahlweise einrückbar, um die
Eingangswelle 218 entweder mit und dem Kegelrädersatz 254,258
dem Kegelrädersatz 219 zu verbinden oder über die Welle 217 mit einem Kegelrad 270/
266, das mit einer Kegelradverzahnung7am äusseren Zentralrad 240 des dritten Planetenrädersatzes
kämmt.
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Die Steuereinrichtung 202 an der Welle 200 spricht auf die Fahrgeschwindigkeit,
die Drehzahl der Antriebsmaschine, die Leistung der Antriebsmaschine und auf ein
willkürliches Signal des Fahrers an und bewirkt die Verstellung der Riemenscheiben
222 und 224 des mechanischn Variators 210, sowie der Überbrückungskupplung 63.
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Die Arbeitsweise der Bauform nach Fig. 5 ist im grundsätzlFihen gleich
wie bei der zweiten Bauform.
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In abgewandelter Weise könnte der direkte Antrieb auch dadurch bewirkt
werden dass eine Kupplung
zwischen dem äusseren Zentralrad 240
des dritten Planetenrädersatzes 216 und dem inneren Zentralrad 232 des dritten Planetenrädersatzes
vorgenommen wird, während gleichzeitig der mechanische Variator von der Eingangswelle
abgekuppelt wird. Diese Lösung ist jedoch weniger vorteilhaft, da das niedrigste
Übersetsungsverhältnis verscßlechtert und te Verluste bei der DrehmomentrUckleitung
grösser würden.
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Die Figo 6 und 7 veranschaulichen die Drehzahlverhältnisse und die
Drehmomentverteilung bei der Bauform nach Fig. 5. In beiden Schaubildern sind Werte
für fünf Sbersetzungsverhältnisse innerhalb des stufenlos regelbaren bereichs angegeben,
Die maximale Übersetzung des Variators ist mit 6:1 und die Übersetzungsverhältnisse
zwischen den Zähnen der äussern und inneren Zentralräder ist 4:1 beim ersten Planetenrädersatz
212 , 1,65:1 beim zweiten Planetenrädersatz 214 und 2:1 beim dritten Planetenrädersatz.
Der Kegelrädersatz 219 hat ein Zähneverhältnis von 1: 1. Die angegebenen Werte berücksichtigen
Verluste nicht.
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In Figo 6 sind die Drehzahlen in U/min für die einzelnen Elemente
angegeben. Die gerade Kurte 278 bei 100 U/min entspricht der Drahzahl der Eingangswelle
218; die gerade Linie 280 zeigt die kleinere Drehzahl des Planetenträgers 236 des
ersten Planetenrädersatzes an und die gerade Kurve 282 zeigt die noch kleinere Drehzahl
der vereinten Planetenträger 244 und 250 an. Die mit steigende
Übersetzung
des Variators kräftig ansteigende Kurve 284 gehört zum inneren Zentralrad 228 des
ersten Planete.
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dersatzes. Die mit steigendem ÜbersetzngsverhältnIs des Variators
sanft ansteigende Kurve 286 stellt die drehzahl des äusseren Zentralsrads 240 des
dritten Planetenrädersatzes 216 und der AusgangswellX 200 dar. Die fallende Kurve
288 zeigt die Drehzahl des äusseren Zentralrads 230 des ersten Planetenrädersatzes0
Die fallende gestrichelte Kurve R veranschaulicht die Gesamtübersetzung des Getriebes.
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Die Punkte P1 und P2 zeigen die Geschwindigkeit bei Steil gung Null
an.
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In Fig. 7 sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 verwendete
Fig0 8 zeigt schematisch eine Anordnung mit mehreren mechanischen ariatorenO Zwischen
den einzelnen Variatoren sind einfache Ausgleichgetriebe vorgesehen0 Handelt es
sich um unterschiedliche Variatoren so ist zum Ausgleich das Zwischenschalten eines
Planetenräder-Ausgleichgetriebes zweckmässigO emäss Fig, 8 ist eine Eingangswelle
300 mit mehreren Eingangsgliedern 301a, 301b, 301c von Variatoren verbunden, die
über Riemen oder Ketten 303aD 303b und 303c Ausgangsglieder 302a? 302b und 302c
antreibenO Die Ausgangsglieder 302a und 302 sind mit zwei Seitenrädern 304 eines
Ausgleichgetriebes 305 verbunden und ihre gemeinsame Leistung wird von den Ritzeln
306, einem
Querstift 707 und einer Welle 308 abgenommen. Zur Kupplung
mit einem dritten Variator wird das Drehmoment der Welle 308 in ein äusseres entralrad
309 eines Planetenräder-Ausgleichgetriebes 310 eingebracht und durch ein inneres
Zentralrad 311 ausbalanziert, das mit einem Ausgangsglied 302c verbunden ist. Das
gesamte Drehmoment wir dann über einen Planetenträger 312 zu einer Ausgangswelle
313 geleitet.
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Eine Kombination dieser Anordnung ist möglic um eine beliebige Anzahl
von Variatoren zu einer Einheit zusammenzufassen.
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Die Figuren 9 bis 14 zeigen bekannte Bauart von Variatoren, die im
Rahmen der i;rfindung-einsetzbar sind.
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In allen ist das gleiche Grundprinzip, dass der Variator auf die
drei Planetenrädersätze wie folgt einwirkt: 1. Der Ausgang des Variators ist unmittelbar
mit dem inneren zentralrad des ersten Planetenrädersatzes ver@@@@@@-bunden; 2. Drehmoment
wird zum Eingang des Variators durch eine geeignete Antriebskette von einem der
Planetenträger zurückgeleitet; 3. Eingänge von der Antriebsmaschien werden einem
der Planetenträger oder dem Eingang des Variators zugefXhr1
Hierdurch
ist eine grosse Anzahl von hariaZ tor-Typen für die Zwecke der brfindung einsetzbar
grundsätzlich drei Aufbaumöglichkeiten zu schaffen nämlich Eingan zum Ausgang entweder
parallel oder koaxial oder senkrecht zueinander. Falls erforderlich ist für beim:
dere Zwecke auch die Ausbildung mit Winkeltrieben verwirklicht werden, Die Fig,
15 und 16 zeigen den bereits erwähnten Fahrgeschwindigkeits- und Drehzahlmesser
zur Anzeige des betriebsverhaltens des Getriebes in verschieb denen Anzeigen.
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Fig. 17 zeigt eine Anordnung für ein Getriebe für Raupenfahrzeuge,
das eine Steuerung des Fahrzeugs ermöglich Eine Antriebsmaschine 480 treibt eine
Flüssig keitskupplung 482 an, die ein Drehmoment auf eine Welle 500 überträgt und
eine hydraulische Pumpe 484 antreibt0 Ein Riementrieb 510 mit Riemenscheiben und
Riemen oder Kette überträgt das Drehmoment auf eine zweite Welle 519D die die Leistung
auf je eine Hälfte des Getriebes verteilt, die beide einander gleich sind.
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Die eine Seite der zweiten Welle 519 ist mit einem Seitenrad eines
Kegelrad-Ausgleichgetriebes verbunden, Die weitere Ausgestaltung entspricht der
Baum form nach Fig0 3 mit der Ausnahme, dass eine Überbrückung hier nicht erforderlich
isto
Die Leistung wird auf jeder Seite über eine Ausgangswelle
520 abgenommen und dient dem Antrieb einer nicht dargestellten Raupe.
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Da beide Seiten voneinander unabhängig arbeiten, sind die Vorteile
der erfindungsgemässen Bauart beibehalten und es ergeben sich die weiteren Eigenschaften:
1. Einstellen unterschiedlicher Geschwindigkeit beider Raupen zur Lenkung des Fahrzeugs;
hierbei ist ein Blockieren es ausgleichenden Ausgleichgetriebes entbehrlich oder
letzteres überhaupt entbehrlich; 2. Schnelles Schwenken durch gegenläufigen Antrieb
der Raupen; gleicher Wirkungsgrad bei Vorwärts-und Rückwärtsfahrt; 4. einfache Steuerknüppel-Steuerung
möglich für Richtung, Beschleunigung und Lenken, Erfindungsgemässe Getriebe weisen
erhebliche Vorteile auf: 1. Das Getriebe ist voll automatisch und schaltet weich.
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Zur Minderung von Kupplungsverlusten kann unter gewisse Bedingungen
ein Überbrücken der Kupplung erfolgen.
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2. Das ziegeln der Übersetzung erfolgt stufenlos und stossfrei.
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3. Es ist ein erweiterter Bereich der Übersetzungsverhält nisse verfügbar,
während bei Variatoren die Grenze bei 6:1 liegt. Eine Verdopplung des Bereich-s
ist möglich.
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Wirtschaftlicher Fahrbetrieb ist erleichtert, dabei
aber
die Höchstleistung schnell bereit, wenn erforderlich0 4. Der Gesamtwirkungsgrad
ist gut und dem üblicher hydrodynamischer Getriebe überlegene 5.Der Wirkungsgrad
bei tberbrückungsbetrieb ist dem von üblichen Hypoid-Getrieben überlegen,, da eine
vorteilhaftere Lastverteilung eine Auslage auf maximale Drehmomente nicht erfordert.
Der hohe Wirkungsgrad von Kegelradverzahnungen kommt dem Gesamtwirkungsgrad zugute.
-6. Vorteilhaft ist die leichte Anpassung an besondere Ejnbauwünsche, wie z.b. querliegende
Antriebsmaschine für Frontantrieb, übliche Bauart mit Frontmotor und Hinterachsantrieb
oder Vierradantrieb. Es ist eine Auslage möglich, dass die Bodenwanne bei einem
Hinterachsantrieb so niedrig wird wie-an der Vorderachse, indem Einzelradantriebe
gewählt werden, die über Gelenkwellen von einem zentralen Ausgleichgetriebe angetrieben
sind, die unterhalb der Radmitten angeschlossen sind. Der Ausgang des Getriebes
kann exzentrisch zur Radmitte liegen, so dass ein Variator mit Riemenscheiben innerhalb
des Radumfangs zu liegen kommt und der Ausgang ein zum Rad konzentrisches Rainrad
aufweist Die Bremsen können dann in üblicher Weise neben dem Rad oder einwärts der
Antriebe angeordnet werden.
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7. Das Antriebsmaschinen-Reakti-onsdrehmoment wirkt bei einem Hinterachsantrieb
weniger, da in der Antriebskette
nur das Antriebsdrehmoment übertragen
wird. Bei.starkem Ausgangsdrehmoment ist die Neigung des rechten Hinterrads zum
Hüpfen und Spinnen geringer, es tritt kein Gieren des Fahrzeugkörpers auf oder Schwingungen
in der Antriebskette. Die verfügbaren grossen Ausgangsdrehmomente und die gedrängte
Bauart ermöglicht den Ersatz der übzeichen fiinterachsaufhängungen mit geringen
Bederhüben.
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Eine gute Bodenfreiheit ist erleichtert.
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8. Bei bergabfahrt ist maximale Motorbremsung möglich.
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9. Der höhere Wirkungsgrad des etriebes könnte Ölkühler im bisher
bei hydrodynamischen Getrieben üblichen Umfang entbehrlich machen, 10. Weitere Vorteile
dürften zu erwarten sein: a) Bessere Wirtschaftlichkeit. Theoretisch Eine Senkung
des Kraftstoffverbrauchs von 20 möglich. Verbesserte Aerodynamik und Senkung der
Reisegeschwindigkeit könnten eine Vergrösserung' des Bereichs der Ü bersetzungsverhältnisse
bringen.
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b) Bessere Beschleunigung. Höchstleistung stets bereit.
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c) Bequemlichkeit. Kein Gangschalten.
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d) Kleinere hntriebsmaschinendrehzahlen für Reisege schwindigkeit,
verbesserte Lenkfähigkeit, keine Getriebegeräusche.
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e) Sicherheit: kein Blockieren vEn Zahnrädern, maximale-Beschleunigung
vorhanden, verringter Lärm-im Fahr- -gasraum, geringere Gefahr des Spinnens der
Räder, ~ ~ Volle Motorbremsung verfügbar.
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f) Fortfall des Getriebeblocks und am Fahrzeugboden gelagerten Schalthebel
und Kupplungspedal.
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