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Selbsttätiges Wechselgetriebe.
Vorliegende Erfindung bezieht sieh auf selbsttätige Wechselgetriebe zwischen einer treibenden und einer getriebenen Welle, bei denen Kraft zwischen den genannten Wellen mittels Elementen übertragen wird, die abwechselnd positive und negative Drehmomente an mit der getriebenen Welle und mit einem feststehenden Teil zusammenwirkende Sperrvorriehtungen abgeben.
Der hauptsächlichste Zweck der Erfindung ist, Wechselgetriebe der oben angegebenen Art in einfacher Weise auch als Wendegetriebe auszubilden, und die Erfindung besteht im wesentlichen darin. dass zwei Paare von in entgegengesetzter Richtung wirksamen (sperrenden) Freilaufgesperren vorgesehen sind, die paarweise durch eine gemeinsame Umsteuervorrichtung derart geschaltet werden, dass in der einen Sehaltstellung die positiven Drehmomente von der angetriebenen Welle, die negativen Drehmomente von einem stillstehenden Teil und in der andern Schaltstellung die positiven Drehmomente von diesem stillstehenden Teil, die negativen Drehmomente von der getriebenen Welle aufgenommen werden.
Auf den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen eines Wechselgetriebes gemäss der Erfindung
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in Fig. 2 gesehen, und Fig. 2 ist ein axialer Schnitt durch diese Ansführungsform. Fig. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2. Fig. 4 ist ein axialer Schnitt durch ein Weehselgetriebe gemäss einer veränderten Ausführungsform. Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie 9-9 der Fig. 4, von
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ist ein Querschnitt in grösserem Iassstabe von Teilen einer Sperrvorrichtung.
Das Prinzip der Erfindung wird zuerst unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 erläutert.
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Zapfen 5 getragen sind, welche Zapfen somit an der Umdrehung des Schwungrades teilnehmen.
In dem Schwungrad 2 ist ein durch geeignete Lageranordnungen getragenes zentrales Zahnrad 6 koaxial angebracht. An den Planetenrädern 3 sind Gewichte 7 exzentrisch angebracht, welche bei Umlauf der Räder, somit der Umdrehung der Räder um ihre Achse, teilnehmen, wobei die Gewichte axial
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und des zentralen Rades auf, und das Getriebe wirkt als eine direkte Kupplung zwischen der treibenden und der getriebenen Welle 1 bzw. 9.
Unter näherem Eingehen auf Fig. S bezeichnet S. wie erwähnt, eine äussere Sperrhülse, welche das zentrale Stirnrad 6 trägt. Innerhalb der Hülse 8'sind zwei weitere Sperrhülsen 10 und 11 angebracht,
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verbunden ist, während die zweite Hülse 11 mit einem äusseren feststehenden Gestell oder Gehäuse 72 fest verbunden ist. Zwischen den erwähnten äusseren und inneren Hülsen 8 bzw. 10, 11 sind vier Gruppen von kegeligen Sperrollen 18, 14 bzw. 15, 16 vorgesehen, welche in Taschen oder Aussparungen in den inneren Hülsen 10 und 11 gelegen und durch Federn 17, welche sich auch in genannten Aussparungen befinden, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, beeinflusst werden.
Die Gruppen der Rollen 7. 3 und 74 sind
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der Rollen 14 und die innere Sperrhülse 10 übertragen wird, während die negativen Drehmomente von dem Gestell 1. 2 durch die Gruppe der Rollen l') und die feststehende SpelThülse 11 absorbiert werden. Die zwei andern Gruppen von Rollen 1-5 und 16, welche für Rückwärtsgang bestimmt sind. sind kegelig in einer den Rollen 7. 3 und 74 entgegengesetzten Richtung und wirken auch in entgegengesetzten peri-
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durch axiale Verschiebung der gemefinsamen äusseren Sperrhülse S erfolgt, so dass immer nur die Rollen 1. 3, 14 oder die Rollen 15. 16 wirksam sein können.
Die erwähnte Hülse 8 ist in Fig. 2 in einer zwischenliegenden, unwirksamen Lage gezeigt, d. h. sie steht überhaupt nicht in Eingriff mit irgendeiner der Gruppen von Sperrollen. Die Hülse 11 und die Gruppen von Rollen 1. 3 und 7J sollen in der nachfolgenden Beschreibung als die feststehende Sperrvorrichtung und die Hülse 10 mit den Gruppen von Rollen 14 und 16 als die bewegliche Sperrvorrichtung bezeichnet werden. Bei Verschiebung der gemeinsamen äusseren Hülse 8 wird die eine Gruppe von Rollen 1. 3 bzw. 15 der feststchenden Sperrvorrichtung stets wirksam, u. zw. gleichzeitig mit der einen Gruppe von Rollen 14 bzw. 16 der beweglichen Sperrvorrichtung.
Obgleich nun die gemeinsame Hülse 8 abwechselnd positiven und negativen Drehmomenten ausgesetzt wird, wie dies oben beschrieben worden ist, gestattet die feststehende Sperrvorrichtung 11, 13 eine Umdrehung der Hülse 8 nur in der Richtung des Pfeiles P, Fig. 1. Zu gleicher Zeit verhindert die bewegliche Sperrvorriehtung 10, 14 eine Umdrehung der äusseren Hülse 8 in derselben Richtung P im Verhältnis zu der getriebenen Welle 9, und infolgedessen wird das auf die Hülse 8 ausgeübte positive Drehmoment auf die getriebene Welle 9 übertragen und setzt die erwähnte Welle in Umdrehung in der Richtung des Pfeiles P, während die negativen Drehmomente von der feststehenden Sperrvorrichtung absorbiert werden, welche eine Umdrehung der Hülse 8 in der entgegengesetzten Richtung verhindert, wobei angenommen wird, dass die Hülse 8 von rechts nach links in Fig.
2 verschoben worden ist, in welcher
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verbunden, welches die periodisch wirkende treibende Kraft von der beweglichen Sperrvorrichtung in eine praktisch gleichförmige Umdrehung umwandelt. wobei die Welle 9 mit der Hülse 10 und den Gruppen von Rollen M, 16 in der obenerwähnten Richtung P auch frei umlaufen kann. Wie ersichtlich,
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Bewegung ausführen (die Hülse. 10) oder feststehend sind (die Hülse 11), und infolgedessen werden die Rollen keinen oszillierenden Bewegungen ausgesetzt, was einen Kraftverlust zur Folge haben kann und ausserdem ungünstig auf die Sperrvorrichtungen einwirken würde.
Durch Verschiebung der gemeinsamen Hülse 8 in der Richtung von links nach rechts in Fig. 2 werden die Gruppen von Rollen-M und- ? 6 wirksam und verursachen bei gleicher Drehrichtung der Motorwelle einen Rückwärtsgang der Welle 9.
Zwecks Herbeiführung einer Umdrehung der getriebenen Welle 9 in der einen oder andern Richtung
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ausgesetzt werden, und die Umlaufrichtung der Welle ist nur von der Lage der axial verschiebbaren Hülse 8 abhängig, welche entweder die Gruppen der Rollen 13. 14 für Vorwärtsgang oder die Gruppen der Rollen 15, 16 für Rückwärtsgang wirksam macht. Solche abwechselnde Drehkräfte entstehen und beeinflussen das zentrale Stirnrad 6 und somit auch die äussere Hülse S, wenn die die Gewichte 7 tragenden Planetenräder 3 zum Umlaufen um das zentrale Rad 6, wie oben beschrieben, gebracht werden.
Da die durch einen in einer gebogenen Bahn sich bewegenden Körper erzeugte Schleuderkraft
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ist es einleuchtend, dass das von den Schwunggewichten erzeugte Drehmoment, welches von der Schleuderkraft abhängig ist, auch zu dem Quadrat der Geschwindigkeit der erwähnten Gewichte direkt proportional ist.
Wenn ein Wechselgetriebe laut obiger Beschreibung z. B. in einem Automobil verwendet wird, so ergibt sich, dass die treibende Traft durch die Tourenzahl des Motors bestimmt ist. Wenn die
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Drehmoment erreicht ist. Es soll bemerkt werden, dass, wenn das Automobil stillsteht, keine Kraft durch das Getriebe iibertragen wird, aber auf jeden Fall ist ein gewisses Drehmoment vorhanden, welches von der Geschwindigkeit des Motors abhängig ist. In solchem Falle läuft der Motor frei, vermag aber dennoch ein Drehmoment abzuliefern, welches bei Erhöhung der Geschwindigkeit des Motors einen für das Ingangsetzen des Automobils geeigneten Wert erreicht. Das oben beschriebene Getriebe bildet somit eine selbsttätige Vorrichtung, bei welcher die Verhältnisse zwischen den
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Weise einstellen.
Das Automobil kann somit ohne Schwierigkeit, z. B. in einer steilen Steigung, angehalten werden, wobei der Motor selbsttätig fortfährt, ohne Kraftablieferung zu laufen, und wobei die feststehende Sperrvorriehtung 11, z ein Rückwärtsgehen des Automobils verhindert. Wenn dann die Geschwindigkeit
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wobei es zu diesem Zwecke nur nötig ist, die gewöhnliche Drosselung oder das Beschleunigungspedal zu betätigen. Wenn anderseits das Automobil auf horizontaler Bahn läuft, welche nur einen geringen Widerstand bietet, wird das erforderliche Drehmoment vermindert. Die Gewichte der Planetenräder nehmen in diesem Falle eine geeignete Zwischenlage zwischen dem Umkreis und der Mitte ein. und das zentrale Stirnrad läuft mit derselben Geschwindigkeit wie das Planetensystem, was eine direkte Kupplung darstellt.
Wenn die Wirkungsweise des Wechselgetriebes allgemein studiert wird, ist es einleuchtend, dass
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ein zufolge der feststehenden Sperrvorrichtung zum Stillstand gebrachtes zentrales Rad wirken, wobei eine erhöhte peripherisehe Geschwindigkeit den Schwunggewichten erteilt wird, welche Geschwindigkeit ihren Höchstwert an dem äusseren Umkreise des Planetensystems erreicht.
Wenn dann die Schwunggewiehte dazu gebracht werden, sich von dem Umkreise nach der Mitte
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Welle unter Zuhilfenahme der beweglichen Sperrvorrichtung. Die Schwunggewicht wirken somit als eine Art Kraftspeicher, welche ausser der direkt vom Motor itberffthrten Kraft abwechselnd Kraft empfangen und Kraft abgeben. Wenn der Motor aufhört zu laufen oder seine Geschwindigkeit unter diejenige sinkt, welche direkter Kupplung entspricht, setzt das Automobil fort zu laufen, indem es unter Zuhilfenahme der Sperrvorrichtungen vom Motor freigemacht ist, wie erwähnt.
Infolge eines Fehlers oder sorgloser Handhabung kann es eintreffen, dass, um einen Rückwärts- gang zu bewirken, die Sperrvorrichtungen umgesteuert werden, wenn das Automobil noch vorwärts läuft. In solchem Falle würden die beweglichen Massen des Getriebes, d. h. das Planetensystem mit seinen Sehwunggewiehten und dem Schwungrad der getriebenen Welle einem plötzlichen Anhalten ausgesetzt sein, was ein Zerbrechen des gesamten Getriebes herbeiführen konnte.
Um den genannten Nachteil zu vermeiden, d. h. um ein Drehen der getriebenen Teile, zur selben Zeit, wo die Sperrvor- riehtungen umgesteuert oder ausgelöst werden, zu vermeiden, steht der Handgriff 19, Fig. 2, welcher
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Sperrhülse 8 verbunden ist, vermittels genannten Rades 20 mit einer Zahnstange 22 in Eingriff, welche an ihrem freien Ende mit Zähnen 23 versehen ist, welche mit entsprechenden Zähnen 24 am inneren Umkreis des Schwungrades. ? in Eingriff gebracht werden können, u. z. w nur dann, wenn das Schwungrad zum Stillstand gebracht worden ist, z. B. durch Bremsen.
Wenn das Schwungrad sich in Bewegung befindet, können die Zähne 23 und 24 nicht aneinander vorbeigeführt werden, und infolgedessen kann das Rad 20, durch welches die axiale Verschiebung der
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hülse 8 mit einem Zahnkranz 25 versehen, welcher an einem Zahnkranz eines feststehenden ringförmigen Gliedes 26 vorbeigehen muss, wenn die Hülse 8 zwecks Herbeiführung einer Umsteuerung der Sperr- vorriehtung axial verschoben werden soll.
Da es geschehen kann, dass die Sperrhülse 8 sowie das Schwungrad 18 in einer Lage angehalten worden sind, welche keinen Eingriff der zusammenwirkenden Zähne gestattet, d. h. keine axiale Verschiebung der Hülse 8 gestattet, ist das Zahnrad 20 des Handgriffes 19 in oben erwähntem, ringförmigem Glied 26 angebracht, welches um einen mit Gewinden versehenen Teil 27 des Gestelles 12 gedreht werden kann.
Durch geringe Bewegung des Handgriffes 19 in peripherische Richtung ist es somit möglich, die Lage der Zähne derart einzustellen, dass dieselben aneinander vorübergehen können. Zwecks Verhinderung eines Bruches der Zahnkränze besitzt das Gewinde 27 eine verhältnismässig grosse Steigung, welche. wenn die Zähne der Kränze beim Umlaufen zum Anstossen gegeneinander gebracht werden, durch eine geringe Drehung des Gliedes 26 eine axiale Bewegung bewirkt, die eine Beschädigung der Zähne verhindert. Um hiebei zu verhüten, dass der Griff 19 die Hand des Fahrers durch einen Ruck verletze, ist der Griff mit einer federnden Verbindung 28, Fig. 2, versehen.
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Eine Umsteuerung kann auch, falls erwünscht.. durch ein besonderes Zahnradgetriebe, welches die getriebene Welle z. B. mit der Cardanwelle des Automobils verbindet, bewirkt werden. In solchem Falle kann von einer Umsteuerung der Sperrhülse 8 abgesehen werden.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 4-7 entspricht in bezug auf die wesentliche Anordnung und Wirkung der Ausführungsform gemäss Fig. 1-3, obwohl gewisse Unterschiede in bezug auf die Einzel- ausfÜhrungen vorhanden sind.
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3 bezeichnet die Planetenräder, welche die exzentrischen Gewichte 7 tragen und durch das Schwungrad vermittels der Kugellager 4 und der Zapfen 5 getragen werden. 6 bezeichnet das zentrale Stirnrad, welches in die Planetenräder J eingreift und mit der äusseren, gemeinsamen Sperrhülse 8 verbunden ist, welche die Sperrvorrichtungen und die getriebene Welle 9 umgibt.
10 bezeichnet die mit der getriebenen Welle verbundene bewegliche Sperrhülse und 11 bezeichnet die feststehende Sperrhülse. ist das Gestell oder feststehende Gehäuse, welches die verschiedenen Organe des Wechselgetriebes umgibt, und 18 ist das mit der getriebenen Welle 9 verbundene Schwungrad.
Im vorliegenden Fall besteht jede Sperrvorrichtung aus nur einer Gruppe von zylindrischen
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gesetzt geneigten Reibungs-oder Sperrfläehen 35 und 36, wie in Fig. 7 gezeigt ist, versehen. Die Rollen 33 und 34 sind in einem Halter 37 angebracht, welcher gegenüber den Hülsen-M, bzw. 8 drehbar ist, und die Rollen sind durch Blattfedern 38 betätigt, welche sieh längs der Zwischenrippen oder Zwischenwände 39 des Rollenhalters erstrecken und gegen radiale Verschiebung zufolge Schleuderkraft durch Flanschen 40 der erwähnten Zwischenwände 39 gehalten sind.
Die Federn 38 besitzen eine doppelte Keilform, wie dies durch gestrichelte Linien in Fig. 4 an der rechten unteren Rolle 34 gezeigt ist, und erstrecken sich mit ihren Enden in Öffnungen 41 der Endwände des Halters hinein, wie in Fig. 7 gezeigt wird. Die Wirkung der Federn gegen die Rollen, wenn sie sich in einer mittleren oder unwirksamen Lage befinden (dem oberen Teil der Fig. 7), ist durch die erwähnten Öffnungen begrenzt, wodurch eine Gegenwirkung der Federn untereinander auf die Rollen verhindert wird.
Zwecks Herabsetzung von Reibungsverlusten können die Federn 38 der feststehenden Sperrvorrichtung 11, 34 zweckmässig schwächer gemacht werden als diejenigen der beweglichen Sperrvorrichtung 10, 33, weil bei Verwendung des Wechselgetriebes in einem Automobil oder ähnlichem Kraftwagen, wo direkter Antrieb gewöhnlich vorhanden ist und infolgedessen keine negativen Drehmomente entstehen, die feststehende Sperrvorrichtung in der Regel nicht wirksam zu sein braucht oder überhaupt nicht wirksam ist.
Wie erwähnt, sind die Rollenhalter 37, welche die Gruppen von Rollen 33 und 34 tragen und die Federn 38 im Verhältnis zu den Sperrhülsen 10 und 11 drehbar, wodurch die Sperrvorrichtungen in der einen oder andern Richtung wirksam werden, u. zw. abhängig von der Drehrichtung des Halters,
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in die in dem unteren Teile von Fig.
7 gezeigte Lage verhindert eine Drehung der äusseren Hülse 8 in derselben Richtung im Verhältnis zu der inneren Hülse 10 (11), wobei die Rollen 33 (34) mit den geneigten Flächen 36 in Eingriff gebracht werden, und in derselben Weise verhindert eine Drehung des Halters 37 mit den Rollen 33 (34) in der entgegengesetzten Richtung eine Drehung der Hülse 8 gegenüber 10 (11) in dieser Richtung, wobei die Rollen nun in Eingriff mit den entgegengesetzt geneigten Flächen 35 der Hülse 10 (11) gebracht werden.
Da, wie in bezug auf Fig. 1-3 beschrieben worden ist, die zwei Sperrvorrichtungen 10, 3.'3 und 11, 34 in entgegengesetzten Richtungen wirken müssen, müssen die Halter 37 in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden, wenn das Wechselgetriebe entweder für Vorwärts-oder Rückwärtsgang eingestellt werden soll.
Zu diesem Zwecke wirken die Halter 37 mit Einstellvorrichtungen zusammen, welche aus axial verschiebbaren Einstellhülsen 42 bzw. 43 bestehen, die mit zwei diametral entgegengesetzten, axial sich erstreckenden Nuten 44 versehen sind. in welche radiale Vorsprünge oder Zapfen 43, die an den Rollenhaltern befestigt sind, wie in Fig. 4 gezeigt, eingreifen.
Ausserdem sind zwei weitere diametral
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nur eine in Fig. 4 sichtbar ist), wobei die erwähnten Nuten entgegengesetzt gebogen sind, wie gezeigt, und mit Zapfen 47 zusammenwirken, die mit der beweglichen Sperrhiilse 10 bzw. mit der feststehenden Sperrhülse 11 verbunden sind, so dass beim Verschieben beider Einstellhülsen 42 und 43 axial in derselben Richtung die erwähnten Hülsen und somit auch die Rollenhalter 37 in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden.
Die Hülse 42, welche durch den Zapfen 47 mit der beweglichen Sperr- hülse-M verbunden ist, nimmt an der Umdrehung der erwähnten Hülse 10 und der getriebenen Welle 9 teil, mit welcher die Hülse 10 verbunden ist, während die andere Einstellhülse 43, welche durch die Zapfen 47 mit der feststehenden Sperrhülse 11 verbunden ist, feststehend verbleibt, ausgenommen, wenn sie eingestellt wird. Infolgedessen besteht immer eine gegenseitige Drehbewegung der beiden Einstellhülsen 42 und 43.
Die axiale Verschiebung der genannten Hülsen 42. 43 zwecks Herbeiführung einer Umsteuerung der Sperrvorrichtungen durch entgegengesetzte Drehung der Rollenhalter 37, wie beschrieben, wird
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jedoch durch eine einzige Vorrichtung bewirkt, die aus einem Laufring 48 für zwei Reihen von Kugeln besteht, wobei die eine Reihe von Kugeln in einer Spur der Hülse 42 und die zweite Reihe von Kugeln in einer Spur der Hülse 43 läuft, wobei die somit gebildeten Kugellager auch zur Aufnahme von Axialdrucken gebaut sind. 1m dem erwähnten Laufring 48 sind an zwei diametral entgegengesetzten Stellen radial gerichtete Zapfen 49 verbunden (vgl. auch Fig.
5), welche sich durch längsgerichtete Aussparungen 50 in der gemeinsamen Sperrhülse 8 erstrecken und an ihrem äusseren Ende mit einem ringförmigen Organ 51 verbunden sind, welches den inneren Laufring eines weiteren Kugellagers bildet. dessen äusserer Laut- ring 52 einen Teil einer äusseren Einstell- oder Steuerhülse 53 bildete, die in dem Rahmen oder Uehäuse 7 ; ?
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Drucke gebaut.
Durch Verschiebung der Steuerhülse 53 in der einen oder andern Richtung werden somit die inneren Einstellhülsen 42 und 43 in derselben Richtung bewegt, während sie gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen im Verhältnis zu der beweglichen bzw. der feststehenden Sperrhüfse 7 bzw. 11 gedreht werden. u. zw. zufolge der gebogenen Nuten 46. wobei die erwähnte Drehbewegung auf die Rollenhalter :
37 übertragen werden wird, wie besehrieben.
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Feder 69 wird dann etwas geöffnet. wie beschrieben, und bewirkt eine Auslösung der feststehenden Sperrhülse 11, welche somit von den Reibungskräften der Rollen 34 befreit wird, so dass die ganze Sperrvorrichtung ausgelöst wird.
In diesem Augenblick hört der erwähnte Widerstand gegen die Umsteuerungsbewegung auf oder wird vermindert und gleichzeitig wird auch die Reaktionskraft auf den Arm 65 vermindert, so dass der erwähnte Arm und das Schwingorgan 66 durch die Wirkung der Kupplungfeder 69 und des keilförmigen Organs 68 in ihre noimale Lagen selbsttätig zurÜckgeführt werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist, wobei die Umsteuerung der Sperrvorrichtung ohne Schwierigkeit ermöglicht wird.
Es sei bemerkt, dass die Wirkung des Schwingorgans 66 zwecks Verschiebung des Organs 68 nach unten, um die Kupplung 69, 70 freizugeben, von der Richtung der Bewegung des Hebels 60, d. h. sei es, dass das erwähnte Heben zwecks Herbeiführung eines Rüekwärts-oder Vorwätrsganges umgestellt wird, ganz unabhängig ist.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind Schwunggewicht 7 von der hohlen Nabe 75 der Planetenräder 3 durch Blattfedern 76 getragen, u. zw. zwecks Vermeidung oder Verminderung des Geräuschen des Wechselgetriebes.
Die Wirkung des Wechselgetriebes nach Fig. 4-6 ist prinzipiell dieselbe wie diejenige des Getriebes nach Fig. 1-3 und braucht nicht wiederholt zu werden. Der Unterschied liegt nur in der verschiedenen Bauart der SperrvolTichtungen und der dazu gehörenden Teile.
In bezug auf die Ausführungsformen gemäss Fig. 1-3, 4-7 ist zu bemerken, dass, um einen hohen Wirkungsgrad zu erhalten, die Massenwirkung der intermittent umlaufenden Teile des Wechselgetriebes kleiner sein soll als die Hälfte der Massenwirkung der beweglichen Gewichte. Zu demselben Zwecke soll der Durchmesser der Planetenräder grösser sein als der Halbmesser des zentralen Stirnrades.
PATENT-AKSPRÜCHE :
1. Selbsttätiges Wechselgetriebe, bei welchem die Kraftübertragung von der treibenden auf die getriebene Welle mit Hilfe von drehenden oder schwingenden Massen erfolgt, deren abwechselnd positive und negative Drehmomente durch Freilaufgesperre eine fortschreitende Drehbewegung hervorrufen, gekennzeichnet durch zwei Paare von in entgegengesetzter Richtung wirksamen Freilaufgesperren, die paarweise durch eine gemeinsame Umsteuervorrichtung derart geschaltet werden, dass in der einen
Schaltstellung die positiven Drehmomente von der getriebenen Welle, die negativen Drehmomente von einem stillstehenden Teil und in der andern Schaltstellung die positiven Drehmomente von diesem festen
Teil, die negativen Drehmomente von der getriebenen Welle aufgenommen werden.