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Weehselgetriebe für durch Motore angetriebene Fahrzeuge.
Wechselgetriebe für durch Motore angetriebene Fahrzeuge sind bereits bekannt, bei denen ein hydraulisches Getriebe dazu bestimmt ist, das Übersetzungsverhältnis zwischen der antreibenden und der getriebenen Welle selbsttätig einzustellen, das dem Verhältnis zwischen der zugänglichen Antriebskraft und der erforderlichen Zugkraft entspricht. Ein hydraulisches Getriebe besteht im allgemeinen aus einem Schaufeln enthaltenden Pumpenrad und einer mit diesem zusammenwirkenden Turbine. Die der Hauptwelle einer derartigen hydraulischen Getriebevorrichtung zugeführte Energie treibt ein auf der Hauptwelle angeordnetes Schaufelrad und somit eine um die Schaufeln zirkulierende Flüssigkeitsmenge, die dem auf der Nebenwelle angeordneten Turbinenrad zugeführt wird, wodurch die Energie der Hauptwelle mit einer andern Geschwindigkeit zur Nebenwelle überführt wird.
Da im allgemeinen sowohl die Pumpe als auch die Turbine, die zu einem in einem und demselben Gehäuse untergebrachten Aggregat zusammengebaut werden können, mit Schaufeln versehen sind, die gemäss vom Turbinenbetrieb mit Wasser oder Dampf bekannten Grundsätzen ausgeführt sind, können die für die gewöhnlichen Turbinen angewendeten Berechnungsgründe auch bei hydraulischen Getrieben zur Anwendung kommen. Es ist bekannt, dass beispielsweise der Wirkungsgrad einer Turbine bei einer gewissen Drehzahl am besten ist und dass der Wirkungsgrad in der Regel mit verminderter oder erhöhter Drehzahl schnell sinkt. Auch bei durch Motore angetriebenen Fahrzeugen liegt ein kleineres Geschwindigkeitsgebiet vor, innerhalb dessen das hydraulische Getriebe mit dem besten oder nahezu dem besten Wirkungsgrad arbeitet.
Je nach der Verwendung des Motorfahrzeuges können hydraulische Wechselgetriebe derart entworfen werden, dass sie ihren besten Wirkungsgrad bei einer geringen oder einer grösseren Geschwindigkeit des Motorfahrzeuges haben. Eine derartige Anordnung eignet sich für solche Fahrzeuge, bei denen die Schwankungen der Geschwindigkeiten, mit denen das Motorfahrzeug vorwärts getrieben wird, nicht sehr gross sind. Bei andern Motorfahrzeugen wiederum schwankt die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug vorwärts getrieben wird, ganz bedeutend, weshalb auch die jeweilige Geschwindigkeit des Fahrzeuges seltener die für den Wirkungsgrad des hydraulischen Getriebes geeignetste sein wird. Unter solchen Umständen können die Vorteile, die mit der Verwendung eines hydraulischen Getriebes vereinigt sind, nicht ganz zunutze gemacht werden.
Vorliegende Erfindung bezieht sieh auf derartigewechselgetriebevorrichtungen und hat zum Zweck, die beschriebenen Nachteile zu beseitigen. Zu diesem Zwecke ist die treibende Welle mit einer mechanischen Kupplung verbunden, die in der einen Stellung die treibende Welle unter Ausschaltung des hydraulischen Getriebes mit der getriebenen Welle, in der andern Stellung mit dem treibenden Teil des hydraulischen Getriebes kuppelt. Ferner ist zwischen der getriebenen Welle und dem getriebenen Teil des hydraulischen Getriebes eine Freilaufkupplung eingeschaltet.
Der Scheitelpunkt der Wirkungsgradkurve des hydraulise, hen Getriebes ist im Sinne der Erfindung derart verlegt, dass das Getriebe bei verhältnismässig niedrigen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges seinen höchsten Wirkungsgrad aufweist, während bei grösseren Fahrgeschwindigkeiten die antreibende und die getriebene Welle unmittelbar miteinander gekuppelt werden.
Ferner wird beispielsweise bei Lastkraftwagen oder Omnibussen, die an Plätzen mit grosser Steigung anfahren sollen, ausserdem ein mechanisches Hilfsgetriebe zwecks Erhöhung der Zugkraft im Augenblick des Anfahrens verwendet. Die Verschiebung des Scheitelpunkte für die Wirkungsgradkurve des hydraulischen Getriebes kann auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. durch Änderung von Konstruktionseinzelheiten des Getriebes, z. B. seiner Schaufeln, oder dadurch, dass dasÜbersetzungsverhältnis in einem mit dem Getriebe zusammenwirkenden Differentialgetriebe od. dgl. verändert wird.
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Vorrichtungen nach der Erfindung können daher bei allen beliebigen, durch Motore angetriebenen Fahrzeugen verwendet werden, ganz gleichgültig, ob diese auf Strassen, Landstrassen oder auf Schienen vorwärtsgetrieben werden.
Weitere die Erfindung kennzeichnende Eigenschaften werden nachstehend an Hand der Zeich- nungen näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine Wechselgetriebevorrichtung nach der Erfindung ; Fig. 2,3 Einzelteile : Fig. 4 einen Teil der die Wechselgetriebevorrichtung umgebenden Schutzhaube sowie Steuervorrichtungen ; Fig. 5 und 6 Einzelheiten der Steuerorgane ; Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 5 : Fig. 8 eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Erfindung, ; gegen- standes mit mechanischem Hilfsgetriebe ; Fig. 9 gewisse Diagramme, die die Grundsätze der Erfindung und die mit ihr erzielten Vorteile veranschaulichen.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine antreibende Welle, die eine Motorwelle oder eine mit dieser unmittelbar oder mittelbar gekuppelte Welle sein kann. Auf dieser Welle 1 ist eine Reibungskupplung angebracht, die aus einem zylindrischen, mit der Welle fest verbundenen Gehäuse 2 mit darin vorgesehenen Friktions- scheiben 3 und 4 besteht. Eine Scheibe 5 ist im Gehäuse 2 axial verschiebbar. Alle diese Teile drehen sich zusammen mit der antreibenden Welle 1 und zwingen, wenn die Scheibe 5 in der dargestellten Stellung eine Membran 6 gegen die Friktionsscheibe. 3 anpresst, die mit der Membran 6 vereinigte Welle 7 sich mitzudrehen, wobei auch noch eine mit der Welle 7 fest verbundene Welle 28 mitgenommen wird.
Wird die Scheibe 5 durch Vorrichtungen, die später noch beschrieben werden, in axialer Richtung verschoben, so dass die Membran 8 an die Friktionsseheibe 4 angepresst wird, so wird die Membran 6 frei, während die Membran 8 festgeklemmt und dazu gebracht wird, sich mit derselben Geschwindigkeit wie die antreibende Welle 1 zu drehen.
Die Membran 8 ist auf der Hauptwelle 10 eines hydraulischen Getriebes 9 angeordnet. Auf dieser Hauptwelle 10 ist der treibende Teil (die Pumpenvorriehtung) des hydraulischen Getriebes angeordnet.
Dieser ist mittels eines kegeligen Befestigungskörpers 11 auf der Hauptwelle 10 befestigt und besteht aus einer Scheibe 12, die eine Anzahl von Schaufeln. M trägt, welche das strömende Mittel in der durch den Pfeil 14 angegebenen Richtung vorwärts treibt.
Der getriebene Turbinenteil des hydraulischen Getriebes ist auf der Nebenwelle M angeordnet,
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scheibe besitzt eine Reihe von Schaufeln 18, die mit einem im zentralen Teil des hydraulischen Getriebes vorgesehenen Ring 19 vereinigt sind. Der Schaufelring 19 wird somit von der Turbinenscheibe 17 durch die Schaufeln 18 getragen und läuft somit nebst der Turbinenscheibe um. Der Schaufelring 19 trägt die Schaufeln 20 und 21, und dieTurbine hat somit drei Schaufelkränze. M, 2C und 21, die mit der Turbinenscheibe 17 vereinigt sind.
Mit 22 und 2. 3 sind zwei Schaufelreihen bezeichnet, die mit einem das hydraulische Getriebe umgebenden Gehäuse fest vereinigt sind und somit nicht umlaufen. Die vom Pumpenrad 12 durch die Schaufeln 18 hindurchgetriebene Flüssigkeit durchfliesst somit sämtliche hier aufgezählten Schaufeln, wobei sie Energie von der Hauptwelle des hydraulischen Getriebes zu dessen Nebenwelle überführt. Die Nebenwelle ist teils bei 25 in nicht umlaufenden Teilen des hydraulischen Getriebes und
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verbunden ist. Wenn die Nebenwelle 15 getrieben wird, wird ihre Umlaufbewegung einem zylindrischen Teil 29 mittels einer Rollenkupplung-3C zugeführt, die später im Zusammenhang mit Fig. 2 näher beschieben wird.
Der Zylinderteil 29 kann somit von der Nebenwelle 15 getrieben werden und ist an seinem Aussenteil mit Zähnen 31 von derselben Form wie die Zähne 27 versehen. In der dargestellten Aus- führungsform sind der zylindrische Teil 29 und das Zahnrad 27 mittels eines gezahnten Teiles 32 miteinander zusammengekuppelt, der sowohl in die Zähne des Zahnrades 27 als auch in die Zähne : ; 1 eingreift. Die Kraft kann auf diese Weise von der antreibenden Welle 1 auf die getriebene Welle 28 durch das hydraulische Getriebe mit gleichzeitiger Herabminderung der Drehgeschwindigkeit der Welle 28 überführt werden.
Wird die Friktionsseheibe 5 in die in der Zeichnung dargestellte Lage eingestellt, so wird die Kraft von der antreibenden Welle 1 auf die getriebene Welle 28 ohne Vermittlung des hydraulischen Getriebes und ohne Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen den Wellen überführt. Die Welle 7 ist nämlich durch das hydraulische Getriebe durch einen Hohlraum in der Hauptwelle 10 und in der Nebenwelle 15 hindurchgeführt sowie durch eine bei. 33 vorgesehene Nut-und Federverbindung derart mit der getriebenen Welle 28 verbunden, dass, wenn die Welle 7 umläuft, auch die getriebene Welle 28 mitumläuft. Mit. 34 ist eine Feder bezeichnet, mit der die Welle 7 an das Lager 15 angedrückt gehalten wird.
Die Membranen 6 und 8 sind mittels Nut-und Federverbindungen auf den betreffenden Wellen angebracht, so dass sie sieh axial verschieben können. Die Federn 36 und. 38 verschieben die Membranen 6 bzw. 8 in axialer Richtung, derart, dass sie, wenn sie nicht zwischen die Scheibe 5 und eine der Friktionsscheiben 3 oder 4 eingeschaltet sind, eine Stellung in einiger Entfernung von diesen Friktionsscheiben einnehmen. Dadurch, dass die Scheibe 5 durch eine axiale Bewegung verstellt wird, kann somit die Kraft unmittelbar über die Welle 7 oder mittelbar über das hydraulische Getriebe auf die getriebene Welle überführt werden.
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Die getriebene Welle 28 ist somit stets mit der Welle 7 verbunden und wird von dieser Welle angetrieben, wenn die Membran 6 mit der Reibungskupplung verbunden ist, wird jedoch von der Nebenwelle 15 getrieben, wenn diese eine grössere Geschwindigkeit hat als der mit der Welle, IS verbundene Teil 29.
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Ring 70 und dem umgebenden Teil 29 angeordnet sind. Wenn die Welle 15 in der Richtung des Pfeiles 77 umläuft, werden die Rollen in der in der Zeichnung dargestellten Weise festgeklemmt. wobei der Teil 29 und somit die getriebene Welle 28 von der Nebenwelle angetrieben werden.
Hat der Teil 29 eine grössere Umlaufgeschwindigkeit als der Teil 70 oder wenn die relative Umdrehungsriehtung dem Pfeil 77 entgegengesetzt ist, lösen die Rollen die Verbindung zwischen den Teilen 70 und 29 auf. Dies geschieht, wenn die getriebene Welle 28 von der Welle 7 getrieben wird.
In Fig. 1 sind auch noch Vorrichtungen für den Rückwärtslauf der getriebenen Welle 28 dargestellt. Rücklauf wird in der von Kraftwagengetrieben bereits bekannten Weise durch Einschaltung von auf der Welle 73 vorgesehenen Zahnrädern und eines in der Zeichnung nicht dargestellten Zahnrades
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hinüber verschoben ist.
Fig. 1 zeigt auch die Steuervorrichtung für die Reibungskupplung. Die Scheibe 5 wird durch den Hebel 40 umgestellt, dessen verschiedene Stellungen durch eine axial verschiebbare Hülse 41 geregelt wird. Die Hülse 41 erhält eine Axialbewegung durch die GelenkvolTichtung 42, die von aussen betätigt werden kann und im Zusammenhang mit Fig. 4 und 7 näher beschrieben wird. Durch die Gelenkvorrichtung 4. 3 wird die Erzielung von genügendem Druck gegen die Membran sichergestellt, die mit Hilfe der Scheibe 5 festgeklemmt werden soll. Das eine gabelförmige Ende des bei A drehbar gelagerten Lenkers 43 ist, wie Fig. 3 zeigt, mit einem Federteller 44 a gelenkig verbunden, welcher seinerseits mit einem bei C drehbar gelagerten Federteller 44 b in gleitender Verbindung steht. Zwischen den beiden Federtellern ist eine Druckfeder 44 eingespannt.
Wird die Scheibe 5 in der durch den Pfeil 4. 5 angedeuteten Richtung verstellt, so erhält der Gelenkpunkt B eine Bewegung in Richtung des Pfeiles 46, wobei die Feder zunächst zusammengedrückt wird. In B'befindet sieh das System Lenker 43-Feder 44 in der Strecklage (Totpunktlage), die Feder ist am stärksten zusammengedrückt. Bei Überschreitung der M ! ttellat re dehnt sich die Feder wieder aus und erhält das Bestreben, das System Lenker 43 - Feder 44 in die zur
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Scheibe 5 bei und ruft in ihren beiden Endstellungen C, B und CB"vermöge ihrer Vorspannung den erforderlichen Anpressungsdruek zwischen der Scheibe 5 und den Scheiben *j und 4 sowie den dazwischen befindlichen Membranen 6 und 8 hervor.
Das Gehäuse 2 der Reibungskupplung und die mit dieser zusammenwirkenden Teile sind von einer Schutzhaube umgeben, deren mittlerer Teil 47 in einer Aussenansicht in Fig. 4 dargestellt ist. In Fig. 4 ist eine Spindel 42 a zu sehen, die einen Teil der Gelenkvorrichtung 42 bildet. Diese Spindel ist mit dem doppelarmigen Hebel 50 verbunden, dessen Enden durch Stangen. 57 und, 52 mit je einem Pedal z und 54 vereinigt sind. Die Pedale sind in Fig. 5-7 dargestellt. Solange die Scheibe. 5 sich in der Stellung gemäss Fig. 1 befindet, ist das mit dem Lenker 51 verbundene Pedal, 53 oben, das mit dem Lenker 52 verbundene Pedal 54 unten. Beim Umschalten der Kupplung drückt der Fahrer das Pedal 53 mit dem Fuss in Richtung des Pfeiles 55 nieder.
Gleichzeitig bewegt sich das Pedal-54 in entgegengesetzter Richtung nach dem Pfeil 56. Wenn die Pedale, welche in der in Fig. 6 und 7 ersichtlichen Art ineinandereingreifen, sieh in gleicher Höhe nebeneinander befinden, ist das System Lenker 4. 3-Feder 44 gerade in die mittlere Strecklage AB'C übergeführt worden. Neigt nun der Fahrer den Fuss etwas nach rechts, derart, dass das Pedal 53 ein wenig unter das Pedal 54 gedrückt wird, so wird das System Lenker 43-Feder 44 aus der Totpunktlage heraus nach links gebracht, wodurch die Feder 44 das Bestreben erhält, selbsttätig die Umschaltung der Reibungskupplung und den Platztausch der Pedale zu beenden.
Der Fahrer regelt hiebei die Geschwindigkeit der Umstellung in der Weise, dass er mit dem Fuss den Druck des unter dem Einfluss der Feder 44 aufwärts strebenden Pedals 54 mehr oder minder schnell nachgibt.
In Fig. 8 sind die gleichen Bezugszeichen für solche Teile wieder verwendet, die sich in den übrigen Figuren vorfinden.
In diesem Fall kann die antreibende Welle 1 ebenfalls durch die Reibungskupplung im Teil 2 abwechselnd mit der Hauptwelle 10 des hydraulischen Getriebes 9 oder unmittelbar mit der getriebenen Welle 28 gekuppelt werden. In gleicher Weise, wie oben beschrieben, können die Membranen 6 und S durch Verschiebung der Scheibe 5 abwechselnd mit dem Teil 2 vereinigt werden. Die Nebenwelle 7. 5 des hydraulischen Getriebes ist auch in diesem Falle durch eine Rollenkupplung. 30 mit einem ausserhalb dieses vorgesehenen zylindrischen Teil 29 verbunden. Dieser Teil 29 hat in diesem Fall eine axiale Verlängerung 60, auf der ein Zahnrad 61 axial verschiebbar ist, dessen Zähne in innere Zähne eines Zahnrades 62 der Welle 28 eingreifen. Hiedurch ist die Hilfswelle 60 und die Nebenwelle 15 mit der getriebenen Welle 28 direkt gekuppelt.
Das Zahnrad 61 kann jedoch auch die in der Zeichnung dargestellte Lage einnehmen, wobei ein doppeltes Zahnrad 63 derart verschoben wird, dass seine Zähne 64 in die Zähne des
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Zahnrades 61 eingreifen, wenn zugleich seine Zähne 65 in die äusseren Zähne des Zahnrades 6'2 eingreifen.
Hiedurch wird die Welle 60 und somit die Nebenwelle 15 mit der getriebenen Welle 28 durch ein die
Geschwindigkeit der Hilfswelle 60 herabsetzendes mechanisches Getriebe verbunden. Da überdies der Teil 29 mit einem Zahnrad 66 versehen ist, das in das Zahnrad 67 eingreift, das auf der gleichen Welle wie ein anderes Zahnrad 68 angebracht ist, welches in ein Zahnrad 69 eingreift, ist der Teil 29 auch noch mit der Welle 80 des Zahnrades 69 verbunden.
Durch Verschiebung der Friktionsscheibe 5 derart. dass die auf der Welle 80 angebrachte Membran mit dem Teil 2 festgeklemmt und somit mit der antreibenden Welle 1 verbunden wird, kann die Kraft von der treibenden Welle 1 auf die getriebene Welle ' ? oline Vermittlung des hydraulischen Getriebes 9 überführt werden, indem Bewegung und Kraft durch die Zahnräder 69, 68, 67 und 66 überführt werden. Auch in diesem Falle kann die Kraft entweder unmittelbar vom Teil 60 zur Welle 28 überführt werden oder durch das die Geschwindigkeit der Hilfswelle 60 herabmindernde Getriebe, das das Zahnrad z enthält.
Mit Ausführungsformen der hier beschriebenen Art kann somit Kraft unmittelbar der getriebenen Welle ohne Verwendung des hydraulischen Getriebes zugeführt werden, weil letzteres bei solchen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges, an dem diese Vorrichtungen vorgesehen sind, bei denen das hydraulische Getriebe einen verhältnismässig geringen Wirkungsgrad hat und daher nicht geeignet wäre, ausgeschaltet werden kann.
In Fig. 9 sind mit Hilfe von Kurven die durch die Erfindung erzielten Verbesserungen dargestellt.
Im Koordinatensystem ist jeweils die Abszisse die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, in Stundenkilometer gerechnet, während die Ordinate teils die Zugkraft in Kilogramm und teils den Wirkungsgrad- des hydraulischen Wechselgetriebes darstellt.
Die Kurve 81 gibt den Wirkungsgrad des hydraulischen Getriebes bei verschiedenen Geschwindigkeiten und die Kurve 82 die Zugkraft an, die bei Verwendung dieses Getriebes erhalten wird. Wenn das Motorfahrzeug anfährt, ist der Wirkungsgrad des hydraulischen Getriebes gemäss Kurve 81 sehr
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Diagramm zeigt weiter, dass die Wirkungsgradkurve 81 des hydraulischen Getriebes bei einer verhältnismässig geringen Geschwindigkeit des Fahrzeuges, die zwischen 10-30 Stundenkilometer liegt, ihren Scheitelpunkt B hat und dass der Wirkungsgrad stark abnimmt, wenn die Geschwindigkeit 30 Stundenkilometer übersteigt.
Mit der erhöhten Geschwindigkeit wird auch gemäss Kurve ? die Zugkraft kleiner, so dass sie bei der dargestellten Ausführungsform bei etwas über 50 ; pro Stunde etwa gleich Null ist. Hieraus geht hervor, dass der Wirkungsgrad des hydraulischen Getriebes bei höheren Geschwindigkeiten als 36 Stundenkilometer verhältnismässig klein ist und der strichpunktierten Linie rechts vom Punkt. 1 entspricht. Würde nun dieser hydraulische Getriebe allein für sich bei Motorfahrzeugen verwendet werden, so könnte das Fahrzeug kaum mit grösseren Geschwindigkeiten als 40-50 Stundenkilometern vorwärtsgetrieben werden. Wenn jedoch ein Motorfahrzeug nur mit hydraulischem Getriebe gebaut werden soll,
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Geschwindigkeiten des Motorfahrzeuges zusammenfällt.
Dadurch würde aber die Zugkraft beim Anfahren des Motorfahrzeuges äusserst gering werden, wodurch also sein Verwendungsgebiet begrenzt wird.
Um die Kraft für das Anfahren des Fahrzeuges zu erhöhen, wird erfindungsgemäss das hydraulische Getriebe nur bei geringeren Geschwindigkeiten verwendet-zweckmässig bei Geschwindigkeiten, die geringer sind als die Hälfte der maximalen Geschwindigkeit, für die das Fahrzeug gebaut ist-, während es bei höheren Geschwindigkeiten ausgeschaltet wird, so dass die Kraft von der treibenden Welle ohne Vermittlung des hydraulischen Getriebes auf die getriebene Welle überführt wird. Dieses Umstellen des Wechselgetriebes sollte an einem Punkt der Wirkungsgradkurve erfolgen, die dem Punkt A entspricht.
Der Wirkungsgrad wird somit beim Umschalten auf direkte Übertragung bis zum Punkt C ansteigen,
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folgt, von der gleichen Grössenordnung sein. Die Zugkraft wird offenbar dann ebenfalls erhöht und entspricht der Kurve 82 a in Fig. 8.
Bei gewissen Motorfahrzeugen und bei gewisser Verwendung derselben, z. B. bei einem Omnibus, der unter schweren Verhältnissen anfahren soll, z. B. in einer starken Steigung, ist eine grössere Zugkraft im Augenblick des Anfahrens notwendig.
Erfindungsgemäss erhält man diese grössere Zugkraft dadurch, dass man das in Fig. 8 beschriebene
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das hydraulische Getriebe getriebene Hilfswelle 60 anschaltet. Der Wirkungsgrad des hintereinandergeschalteten hydraulischen und mechanischen Wechselgetriebes entspricht dann der Kurve 8 : 1 in Fig. 9, welche man aus Kurve 81 in der Weise erhält, dass man den Abszissenmassstab im Verhältnis der Um- drehungszahlen der Wellen 28 und 60 verkleinert. Zur Kurve ? gehört in bekannter Weise auch eine Zugkraftkurve 84 mit höheren Anfangswerten als sie die ursprüngliche Kurve 8 : 2 aufweit.
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