DE2023639A1 - Hydrodynamisch-mechanisches Getriebe für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Hydrodynamisch-mechanisches Getriebe für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Z/DR-2 Sp uk
Pa bentanmeldung
Hydrodynamisch-mechanisches Getriebe für Kraftfahrzeuge
Hydrodynamisch-mechanisches Getriebe für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisch-mechanisches Getriebe, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer hydrodynamischen Anfahreinrichtung, deren Ausgangsglied mit dem Jeweiligen Eingangsglied des Vorwärts-bzw RückwaVtsplanetensatzes
eines mehrstufigen Umlaufrädergetriebes wahlweise kuppelbar ist und bei dem die einzelnen Gangstufen automatisch oder von Hand durch
Flüssigkeitsdruck gesteuerte Drehmomentübertragungselemente geschaltet
v/erden.
Derartige Getriebe finden vornehmlich als automatische Geschwindigkeitswechselgetriebe
für Kraftfahrzeuge, speziell für Personenkraftwagen, Verwendung. Während Fnhrzeuge mit starken Motoren meist mit zweigängigen mechanischenGetrieben
und einem davorgeschalteten hydrodynamischen Drehmomentwandler brauchbare Fahrbedingungen erzielen, wobei der Leistungs-Nutzungsgrad
aufgrund der überschüssig vorhandenen Motorleistung oft als untergeordnet angesehen wird, werden automatische Fahrzeuggetriebe mit drei mechanischen
Stufen und hydrodynamischem Drehmomentwandler im Mittelklassewagen
notv,-endlg, um hier den Leistungs-Nutzungsgrad der schwächeren Motore möglichst günstig zu halten.
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109849/0 BAO OFNGIfJAL
Dreistufige Getriebeautomaten erfordern Jedoch einen wesentlich höheren baulichen Aufwand, und der Gestehunsspreis dieser Getriebe orientiert sich
stark an den prcisbeoinflussenden Baugruppen, wie Planetensätze, hydraulisch
betätigte Schaltelemente, z.B. Kupplungen, Lamellen- oder Bandbremsen, sowie Freiläufen und dergleichen, Ein günstiger Verkaufspreis 1st demnach die wesentliche
Voraussetzung, um überhaupt ein marktfähiges letriebe zu erhalten und um die rait der Konstruktion verbundenen Annehmlichkeiten des automatisierten
Fährbetriebes "an den Mann zu bringen". Und hler ist gerade das kleine
Fahrzeug eindeutig im Nachteil, da es sich der Käufer des Mittelklassewagens
viel genauer überlegt, ob er die gebotenen Schalterleichterungen mit einem
spürbaren Mehrpreis bezahlen soll.
^ Noch kritischer wird das Verhältnis zwischen, notwendigem Aufwand und akzeptablem
Verkaufspreis, wenn es um Getriebeautomaten der kleinen Mittclklassewagen
geht. Die in diesem Fahrzeug installierten relativ geringen Motorleistungen lassen die Forderung nach einem guten Loistungs-Nutzungsgrad in den
Vordergrund treten. Das bedingt, dass der dreigängige Getriebeautomat nicht
mehr allen Fahrbedindungen gerocht wird und z.B,, wie es die Erfahrungen
zeigten, beim Beschleunigen und in G birge Schwächen erkennen lässt% Dem
vierstufigen automatischen Getriebe muss hier der Vorrang eingeräumt, werden,
wobei auf die Eleganz und Unempfindlichkeit einer hydrodynamischen Anfahreinrichtung
nicht mehr verzichtet werdenkann. Mit der zusätzlich 4. mechanischen
Stufe erhöht sich zwangsweise der Aufwand an preisbeeinflussenden Bauteilen, d.h. der Oestehungspreis steigt und damit ist der Einführung
φ geeigneter automatischer Getriebe in dieser Wagenklasse eine erhebliche Beschränkung
auferlegt.
Aufgabe der Erfindung 1st es, ein automatisches Getriebe zu schaffen, das
vornehmlich den speziellen Anforderungen der PKW-Mittelklasse bis kleinen
Mittelklasse entspricht, grundsätzlich also vier Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang
aufweist und ausserdem über eine hydrodynamische Anfahreinrichtung verfügt. Hierbei ist das besondere Ziel der Erfindung die wichtige Forderung,
die an einen Getriebeautomaten der kleinen Mittelklasse gestellt ist zu
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erfüllen, nämlich trotz Vorhandensein aller Punktionen, v:ie sLv die Automat,an
der grossen Wagen aufweisen, einen günstigen Herstellungspreis zu erreichen.
Das gestellte Ziel ist demnach nicht durch "Weglassen" wichtiger Bauteile bzw
■einschränken der Punktionen zu verwirklichen. Ee hat -sich ferner gezeigt,
dass das Angleichen der Bauteile an eine geringer* Drehmomentkapazität, also
durch "Verkleinerung", bei einem Umlaufgetriebe wenig Gestohungspreisoinr.pnrunsen
zu erzielen ist, jedoch, da sämtliche Bauteile betroffen sind, wesentliche Mehraufwendungen an Produktionsmitteln, Verwaltung und Ersatzteilhaltung
anfallen und so Einsparungen wieder aufbrauchen. Ausserdem haben
Getriebe mit relativ kleiner Drohmoment-Kapazität wenig Sicherheit gegenüber
Belastungen und neigen daher leicht zu Störungen und vorzeitigem Verschleiss.
GemiisK der Erfindung soll diese Aufgabe gelöst werden, indem vsn einer bewährten Basiskonstruktion ausgegangen wird, deren Drehmomentkapazitat und
Funktionen dun■Torderungon der Mittelklasse entsprechen, alcr.· oinem dreistufigen
Automat mit Drehmomentwandler, Durch Hinzufügen eines vierten mechanischen
Ganges, vornehmlich aus Bauteilen des Dreiganggetriebes soll diese Konstruktion
für die kleine V.'agenklasse geeignet gemacht werden.
Der erweiterte Einsatz der Einzelteile des dreistufigen Getriebes in einer grosse
Stückzahlen versprechenden zusätzlichen Wagenklasse, zusammen Mit den sich zuzüglich wiederholenden Teilen für die Erzeugung des 4. Ganges vervielfachen
die Gesamtstückzahl gleicher Bauteile so, dass eine weit wirtschaftlichere
Fertigung möglich ist und das gesamte Gestehungspreisbild für das ^
drei- und vierstufige Getriebe günstig beeinflussen und der Mehraufwand für den 4.
Gang in Grenzen gehalten wird.
Es sind verschiedene viergä'njice Getriebeautomaten bekannt, die jedoch ausnchliesslich
als 4-Gang-Getriebe konstruiert und auch verwendet werden. Dir
Stückzahlen der Einzelteile und dimit die Möglichkeit, zu ein^r wirtschaftlichen
Fertigung zu.gelangen, ist also einzig und allein von der vorkauften
Stückzahl der Viergang-Automaten abhängig, die erfahrungsgemäss gering ist.
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BAD
Es ist ferner ein 4-Gang-Automat bekannt, der in seiner Drehmomentkapazität
der kleinen Mittelklasse angepasst ist und durch Fortlassen eines knjöpletten
Planetensatzes mit den dazugehörigen Schaltbeta"tigungselementen auch als
dreigängiger Automat angeboten wird. Dadurch, dass der entfallende Planetensatz
für die Aufnahme der vollen Motorleistung ausgelegt ist und nicht aus
bereits im verbleibenden ^-Gang-Getriebe vorhandenen Teilen besteht, ist
zwar eine spürbare Reduzierung des Preises für das verbleibende Dreigans-Getriebe
erreicht, doch der Gestehungspreis des Vlergang-Getriebes bleibt hoch. Dem Käufer des kleinen Wagens, der auf Mehrpreise für Sonderheiten
seines Fahrzeuges empfindlieh reagiert, ist damit wenig geholfen.
Der Grundgedanke der Erfindung geht davon aus, dass ein bewährtes Dreigang-P
Getriebe, und zwar ausgerüstet mit dem "Simpson-Satz", als Basisgetriebe angenommen
wird. Der Simpson-Satz weist wesentliche konstruktive und funktioneile Vorteile auf, so da3s er für diese Aufgabe besonders geeignet erscheint. Sein
hervorstechendes Merkmal ist jedoch, dass bei Verwendung gleicher Zähnezahlen
in den beiden gekoppelten Planetensätzen für den PKW-Betrieb sehr brauchbare Übersetzungen erzeugt v/erden, was wiederum die Fertigung ausserst günstig
beeinflusst, da Hohlräder, Planeten und Sonnen untereinander gleich sind.
Ausserdem wird das Eingangsdrehmoment über das Hchlrad des ersten Planetensatzes
eingeleitet und damit eine relativ kleine Zahnkraft erzeugt, die die kleinstmöglichen Abmessungen des gesamten Getriebes zulässt. Besonders vorteilhaft
erweist sich jedoch der Simpson-Satz, weil er durch einen zusätzlichen Planetensatz, der wiederum mit den gleichen Zähnezahlen der ersten beiden Sätze
^ ausgerüstet ist, eine weitere Übersetzungsstufe schafft, die den Forderungen
der kleinen Wagenklasse als niedrigster Gang gerecht wird, wenn er .mit den
bereits vorhandenen Sätzen im Sinne der Erfindung gekoppelt ist.
Die Übersetzung der zusätzlichen Getriebestufe, die aus dem Dreigang-Getriebe
das Viergang-Getriebe entstehen lässt, ist vornehmlich eine Frage der vom Hersteller als brauchbar angesehenen Gesamtübersetzung, die sich nach Anfahrwändlung
des hydrodynamischen Drehmomentwandlers, Achsübersetzung und Adhäsionsmoment orientiert.
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BAO-ORJGINAt ;»
BAO-ORJGINAt ;»
Neben der sich einstellenden Übersetzung bei gleichen Zähnezahlen aller drei
Planetensätze ist es selbstverständlich möglich, dass die Getriebeü'bersetzung des niedrigsten Ganges auch so gewählt werden kann, dass auf einen hydrodynamischen
Drehmomentwandler als Anfahreinrichtung verzichtet wird und statt
dessen eine Flüssigkeitskupplung eingebaut wird.
Grundsätzlich v:ird mit dem Simpson-Satz und dem zusätzlichen '. Planetensatz
ein neuer Aufbau für ein im Vcrwärtsdrehslnn -^-stufiges und im Rückwärtsdx'ehsinn
2-stufiges Getriebe mit optimalem Bauaufwand geschaffen. Die Wahl der Zähnezahlen richtet sich vornehmlich nach den Erfordernissen des Fahrzeuges,
in dem es zum Einsatz kommt, wobei es ein besonderer Vorteil ist, sämtliche
Planetensätze mit gleichen Zähnezahlen auszurüsten, um εο für den PKW-Einbau
brauchbare Untersetzungen zu erhalten. Die Gleichheit aller Zahnradsätze gewährleistet
äunserste Wirtschaftlichkeit :1er Fertigung und geringe Zrsatzteilhaltung.
Unabhängig davon, ob ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine Flüssigkeitskupplung oder irgendeine andern Anfahreinrichtung vorgesehen
1st, eignet sich dieses Getriebe für einen grosson Anwendungsbereich, einschliesslich
der Industriefahrzeuge. Eine Kombination mit einen Gruppengetriebe
macht es bei Verdopplung der Gangstufen für Nutzfahrzeuge brauchbar.
!!"ig. 1 zei^t das bekannte Dreigang-Getriebs mit hydrodynamischem Drehmomentwandler,
wobei der mechanische Teil des Getriebes aus einer der beiden möglichen Anordnungen des Simpson-Satzes gebildet ist. Dieses bewährte
Getriebeschema gilt als Basisgetriebe für dasViergang-Getriebe im
Sinne der Erfindung,
!■'ig. 2 zeigt ein Antriebsschema des erfindungsgemässen Vi ergang-Getriebes.
[<\ig. ''· zeigt ein weiterer. Antriebsschema des eri'indungsgemänsen Viergang-Getriebes.
Fig. H - 7 zeigen den Kraftfluss der einzelnen Vorwärtsgänge im Antriebsschema
gemäss Abb. 2.
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Mr. 8 und 9 zeigen den Kraftfluss der beiden möglichen fiüokNärtsgä'nge im
Antriebsschema gemäss Abb. 2.
Das Viergang-Getriebe gemäss dem Antriebsschema nach Fig. 2 besteht aus dem
hydrodynamischen Drehmomentwandler, der hier als Trilockwandlcr schematisch
dargestellt ist, der Vorwärtskupplung K1, der Rückwärtskupplung und Direktgang-Kupplung
K2, dem über Welle \L· mit Kupplung K. kraftSchlussig verbundenen
ersten Planetensatz, der wiederum aus dem Sonnenrad Z1, den Planetenrädern Z,.
und dem Hohlrad Z^1 sowie dem Planetenträger oder auch Steg genannt. St1 gebildet
wird und der mit der Abtrgäbswelle W, drehfest verbunden ist. Mit der
Abtriebswelle W_ ist das Hohlrad 7,r des 2. Planetensatzes ebenfalls drehfest
verbunden. Im Hohlrad Z,- kämmen die Planetenräder Z-, die wiederum mit dem
Sonnenrad Zu im Eingriff stehen. Die Sonnenräder Z2, und Z. bilden eine drehfeste
Einheit.
Auf der Abtriebswelle W, ist ferner das Sonnenrad Z„ des 3· Planetensatzes
drehfest aufgebracht. Mit Z7 stehen die Planetenräder Zg im ständigen Eingriff,
und diese kämmen wieder in der Innenverzahnung des Hohlrades ZQ. Das Hohlrad
ZQ bildet eine drehfeste Einheit mit dem Steg St_ des 2. Planetencatzes. Die
Verbindungstrommel zwischen dem Hohlrad Z„ und dem Steg St2 dient gleichzeitig
als Bremstrommel der schematisch dargestellten Bandbremse B3.
Der Steg St-. des 3. Planetensatzes steht in direkter Verbindung zu der Bremse
B , die schematisch als Lamellenbremse dargestellt ist.
Von den Sonnenrädern Z und Zu geht eine glockenförmige, drehfeste Verbindung
zur Kupplung K . Der äussere Mantel dieser Glocke bildet die Trommel der schematisch als Bandbremse dargestellten Bremse B1. Die Kupplung K2 ist die
Rückwärts- und Direktgang-Kupplung und steht andererseits drehfest mit dem
Ausgangsglied des hydrodynamischen Drehrnomentwandlers in Verbindung.
I. Gang
Der 1. Gang wird geschaltet, indem das Reaktionsmoment im 3. Planetensatz,
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2023699
• ·
der Πtog St. durch die Bremse B abgebremst wird. Die Vorv/ärtskupplung K
ist ijofjchlossen. ~)er in Pig. l\ ersichtliche Kraftfluss erfolgt, indem die
Motorleistung in bekannter Weise im hydromechanisehen Wandler das Pumpenrad
P in Drehung versetzt und die die Planetenschaufeln durchströmende Flüssigkeit ihre Energie auf das Turbinenrad T übertragt. Über Welle W , Kupplung K.
und Welle Vi9 tritt das von der Wandler-Turbine T abgegebene Koment in das
mechanische. Getriebe ein und versetzt das ohlrad Z~ in Drehung. Das Reaktionsglied
dieses 1. Planctensatzes ist das Sonnenrad Z-, der Abtrieb erfolgt über
St1 auf Welle V,'... Das drehfest mit dieser Welle verbundene Sonnenrad Z„ dreht
1 ' 'j 7
im Sinne des Abtriebes, gleichsinnig mit dem Antrieb. Durch den feststehenden
Steg St, wii'd die Drehrichtung des Hohlrades Z und auch die des Steges Stg
entgegengesetzt. Hohlrad Zs dreht im Sinne des Abtriebes Weile W,,. Steg St_
dreht entgegengesetzt. Hohlrad Z- dreht im Sinne des Abtriebes Welle W,,
Steg Stp dreht entgegengesetzt, so dass Sonnenrad Z1 und damit auch Sonnenrad
Z im entgegengesetzten Drehsinn des Abtriebes drehen. Diese doppelte Überlagerung der entgegen den Antriebsdrehrichtung drehenden Teile, zuerst für den
2. Satz der Steg St0 und dann für den 1. Satz das Sonnenrad %,, bewirken eine
zusätzlich« Vergrösserung der Untersutzung des ersten Planetensatzes im 1.
Gans, die sich nach folgender Gleichung berechnen lässt j
ry
^ (1+ 6
1 - ^ (1+ 6 ■+ ^
-1- <-,
r, rf
Bei Gleichheit der Planetensätrio, \;erxi Z -- Z1, Z und ZL - Z^ - Z , ver
einfacht sieh die Berechnung dor Untersetzung;
- ■ ■·;
II. lan,;
"ur lii'seugiLi^ dor '.'börsetzung des ?. Ganees wird ein;; IVjnlctionsslied "t
D-8 / Γ4. April 1070
109849/0580 BÄ©
freigegeben und die Brenne ΒΛ betätigt. Dor Kraftfluss, in Pig 5 schematisch
dargestellt, erfolßt Jetzt ähnlich dem des 1. Ganges über Welle W , dem
1. Planetensatz zur Abtriebswelle Vi7. Im 2. Planetensatz wird, durch Hohlrad
Zg eingeleitet, nur eine einfache Überlagerung der entgegengesetzten Drehrichtung
für die Sonnenräder Z^ und Z. erzeugt, so dass die negative Drehbewegung
des Sonnenrades Z1 jetzt geringer ist als im 1. Gang und somit die
Ausgangsdrehazhl der Welle W gegenüber der des !.Ganges schneller dreht. Die
Untersetzung lässt sich nach der nachstehenden Formel bestimmen:
Z1 Zr
hi " x + — <x + — )
-LJ- r,
rf I
Bei Gleichheit der Planetensätze 1 und 2, d.h. Z, = 1Z^ und Z, - Zg ergibt sich:
III. Gang
Der Kraftschluss des 3· Ganges, der schematisch in Pig. β dargestellt ist,
setzt voraus, dass wiederum die Kupplung K. geschlossen ist und die Bremse B..
das Sonnenrad Z. abbremst. B2 und B, sind geöffnet. Die über Welle W und dem
Hohlrad Z eingetretene Leistung stützt sich am Sonnenrad Z^. ab und untersetzt
den abtreibenden Steg St1 und damit Welle W, nach der Gleichung:
1 .I + 8I
III -s-
D-8 ■ ?A. April 1970 - 9 -'
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BAÖÖRIMAL
3013639
IV. Gang
Der 4. Gang wird gebildet,, indem sämtliche Bremsen offen gehalten werden und
die Kupplung K2 zuzüglich zu K, geschlossen wird. Damit sind Sinnenrad und
Hohlrad fest gekoppelt und der gesamte Block läuft mit der Eingangsdrehzahl
der Welle W.. um. Kraftschluss siehe Fig. 7·
Um den 1. Rückwärtsgang zu schalten wird die Kupplung K2 und die Bremse B,
geschlossen. Der Kraftschluss erfolgt entsprechend der schematischen Darstellung
Fig. 8 zum Sonnenrad Z^ und treibt über Hohlrad Z,-. Da der Steg Stp
relativ langsam dreht, wird der Drehsinn des Hohlrades Zg und damit der
Abtriebwelle W, entgegengesetzt. So hat auch das Sonnenrad Z des j3. Planetensatzes
einen der Eingangsdrehrichtung entgegengesetzten Drehsinn. Der durch
die Bremse B, festgehaltene Steg St, bewirkt , dass nunmehr die Drehrichtung
des Hohlrades Z_ gleich mit der des Sonnenrades Z^ ist und über die Bremstrommel
der Bandbremse EL den Steg St„ mit der zuvor erwähnten langsamen Drehzahl
antreibt. Die Untersetzung des 1. Rückwärtsganges berechnet sich wie folgt:
Bei Gleichheit der Planetensätze wird die Formel zu:
Z, Z1
1RI - — + — + λ
til ·=—· =—
Z Z
Um den 2. Rückwärtsgang zu erzeugen, siehe Fig, 9 j ist die Kupplung K2 geschlossen,
und die Bremse B2 bremst den Steg St2 ab.
D-8 / PA. April 1970 - 10 -
109849/0580
Die in bekannter V/eise über Sonnenrad Z^ eingeleitete Leistung wird in ihrer
Drehrichtung gewendet und in der Drehzahl untersetzt vom Hohlrad Z^ zur Welle
W geleitet.
Die Übersetzung bestimmt sich aus der Gleichung:
Z7
: rsatssasr: ssss
Das Viergang-Getriebe gemäsr>
dem Antriebsschema nach Fig. 3 entspricht im v/esentlichen dem Antriebsschema nach Pig. 2 mit dem Unterschied, dass hier
der Steg St des J5. Planetensatzes nicht über eine Bremse B, sondern über
einen Freilauf in Antriebsrichtung kraftSchlussig abgestützt ist. Bei dieser
Ausführung ist somit im 1. Gang ein Abbremsen des Fahrzeuges bei Talfahrt
über den Motor nicht möglich. Dieser Freilauf wird im Rückwärtsgang ausgeschaltet,
d.h. er wird auch in Antriebsrichtung freilaufen. Dies stellt jedoch keinen Nachteil dar, da es sich erwiesen hat, dass es bei Fahrzeugen der
kleinen Hittelklasse völlig ausreichend ist, das Fahrzeug mit einer Untersetzung
von 2,39 bis 2,65 bei Talfahrt gegen den Motor abzubremsen. Eine solche Untersetzung ist jedoch im erfindungsgemässen Viergang-Getriebe im
Gang vorhanden, der über die Bremse B? in beiden Drehrichtungen kraftschlüssig
ist.
Diese Ausführungsform ermöglicht die Schaffung eines äusserst preisgünstigen
Viergang-Getriebes, da hier die gleiche Anzahl von hydraulisch zu betätigenden
Schaltelementen wie beim Droigang-Getriebe vorhanden ist.
Im übrigen ist diese hydrodynain.'.sche Getriebeanordnung eeignet, in Verbindung
mit einem entsprechenden Steuergerät als automatisch schaltenden Getriebe Verwendung zu finden.
D-3 / 2h. April 1970
109849/0580
Claims (1)
- PatentansprücheHydrodynamisch-mechanisches Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer hydrodynamischen Anfahreinrichtung und einem aus drei Planetensätzen und durch Flüssigkeitsdruck gesteuerte Drehmomentübertragungselemente bestehenden mechanischen Umlaufrädergetriebe für vier Vorwärts- und zwei Rückwärtsgänge, bei den zwei Planetensätze so gekoppelt sind, dans die Sonnenräder beider Sätze und das Hohlrad des einen mit dem Steg dec anderen Planetensatzes verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnonrad (Z7) dec dritten Satzes mit dem St«:g (St.,) dos ersten Sntzes und dem Hohlrad (Zg) des zweiten Satzes und das Hohlrad--(2L) dec dritten latzes mit dem Steg (Stn) des zweiton Planetensatzes drehfest verbunden 1st und der Steg (St,.) des dritten Planetensatzes über nine Bremse (R.,).. als Reaktionsgliud zur Erzeugung dor untersten Getriebestuf ο (IG9.) festlegbar ist.Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Steg (Stv) den dritten Planetennatzes in der unterstenGetriebestufe festlegende Bremse (B,) eine an beiden Drehrichtungen kraftschlüssige Lamellenbremse ist.'3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j dass die den Steg (St-) des dritten Planetensatzes in der untersten Getriebestufe festlegende Bremse ein in Antriebsrichtung sperrender und bei Motorbremeuns freigebender im Rückwärtsgang in Antriebsrichtung freigebender, schaltbarer Prellauf ist.4. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis J>, d a du r -c h ge k e η η ζ e i c hn e t , dass die Zähnezahlen der Hohlräder, Sonnenräder und Planeten» räder Jeweils in den drei Planetensätzen in an siph bekannter V/eise gleich sind.Γ>-3 .' 2h. April 1970109849/0580
BAD QFHQiNALLeerseite
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1970
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1971
- 1971-04-19 US US135258A patent/US3678785A/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
CA933388A (en) | 1973-09-11 |
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