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Einstellbares Getriebe
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Die Erfindung betrifft ein Getriebe zur Wandlung einer an einer Welle
mit einer bestimmten Drehzahl und einem bestimmten Drehmoment zugeführten mechanischen
Energie in eine an der Abtriebswelle des Getriebes mit anderer Drehzahl und anderem
Drehmoment abgegebene mechanische Energie, wobei die Energieübertragung ohne prinzipbedingten
Schlupf zwangsläufig erfolgt, so daß bei einer bestimmten gegebenen Einstellung,
abgesehen von einem gegebenenfalls unvermeidbaren Schlupf, das Verhältnis zwischen
Antriebsdrehzahl und Abtriebsdrehzahl durch die Einstellage bestimmt ist und wobei
das Getriebe aus einem hydrostatischen Getriebe, das seinerseits aus mindestens
einer Pumpe und mindestens einem Hydromotor besteht, und einem nachgeschalteten
mechanischen Getriebe besteht. Bei solchen Getrieben wird ein möglichst großer Wandlungsbereich
angestrebt, das heißt, es wird angestrebt, daß bei einer bestimmten gegegebenen
Antriebsdrehzahl das Verhältnis zwischen kleinster und größter Abtriebsdrehzahl
möglichst groß sein soll, wobei infolge der Eigenschaften eines hydrostatischen
Getriebes die Abtriebsdrenzahl eines solchen fast immer bis zum Stillstand der Abtriebswelle
reduziert werden
kann. Trotzdem ist der Wandlungsbereich, der nur
mit einem hydrostatischen Getriebe erzielt werden kann, oft noch nicht ausreichend,
obwohl mit neuzeitlichen hydrostatischen Getrieben, insbesondere wenn der Hydromotor
des Getriebes seinerseits auch einstellbar ist, bereits ein sehr großer Wandlungsbereich
erreicht werden kann. Bei den bisher bekannten Getrieben, die aus einem hydrostatischen
Getriebe und einem nachgeschalteten mechanischen Getriebe bestehen, bestand das
mechanische Getriebe aus einem Stirnradgetriebe entweder mit fest vorgegebener Ubersetzung
oder einem Stufenschaltgetriebe. Dabei war es auch bereits bekannt, ein schaltbares
Planetengetriebe vorzusehen, dessen Schaltung in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck des
Hydromotors des hydrostatischen Getriebes erfolgt (DE-OS 21 27 256 und DE-OS 21
66 186). Mit derartigen Getriebekombinationen konnten bisher jedoch noch nicht alle
Bedarfsfälle abgedeckt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebekombination
gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 derart zu verbessern, daß ein sehr großer
Vollastwandelbereich erreicht wird, wobei das Getriebe in einem möglichst großen
Betriebsbereich mit möglichst hohem Wirkungsgrad arbeitet und wobei die Einstellung
stufenlos veränderbar ist und automatisch ruckfrei eine Lastanpassung erfolgt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Getriebekombination
aus hydrostatischem und mechanischem Getriebe gelöst, bei der das mechanische Getriebe
ein einstellbares Zugorgangetriebe, beispielsweise Keilriemengetriebe oder vorzugsweise
Metallgliederkettengetriebe mit zwischen gezahnten Kegelscheiben umlaufendem Lamellenkettenband
ist (wie solche unter der Bezeichnung "Variator" bzw. von der Firma P.I.V. bekannt
sind).
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Eine besonders zweckmäßige Weiterausgestaltung ergibt sich, wenn die
Einstellage des Zugorgangetriebes mitteles eines Steuerdruckes einstellbar ist und
dieser die Einstellage des Zugorangetriebes bestimmende Steuerdruck vom Förderdruck
des hydrostatischen Getriebes oder von dem Steuerdruck, durch den die Einstellage
des hydrostatischen Getriebes bestimmt wird, abhängig ist.
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Mit einer solchen Kombination von hydrostatischem Getriebe und Zugorgangetriebe
lassen sich maximale Wandel bereiche bis etwa 15 und bei Verwendung eines einstellbaren
Hydromotors im hydrostatischen Getriebe sogar bis etwa 35 erreichen.
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Durch die Abhängigkeit der Einstellung des Zugorgangetriebes von dem
Förderdruck im hydrostatischen Getriebe ergibt sich eine automatische Anpassung
an die installierte Leistung.
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Für den Abgriff des vom Hochdruck im hydrostatischen Getriebe abhängigen
Signales ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, von denen bei unterschiedlichen
Situationen jeweils andere vorteilhaft sind, beispielsweise abhängig davon, ob das
hydrostatische Getriebe etwa bei einem Bagger im offenen Kreislauf arbeitet oder
ob es im geschlossenen Kreislauf arbeitet. Durch die vom Druck in der Leitung, durch
die jeweils das Druckmittel zum Hydromotor strömt, abhängige Steuerung des Zugorgangetriebes
wird im Bremsbetrieb das "Hochziehen", das heißt das Treiben auf unerwünscht hohe
Drehzahl des Hydromotors,vermieden und bei im geschlossenen Kreislauf arbeitendem
hydrostatischem.
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Getriebe wird das Hochlauf der Pumpe und der diese antreibenden Brennkraftmaschine
vermieden.
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Durch das Hintereinanderschalten eines hydrostatischen Getriebes und
eines Zugorgangetriebes ergibt sich nicht nur der bereits genannte große Wandel
bereich, sondern auch ein für einen solchen großen Wandlungsbereich guter Wirkungsgrad
und die Herstellkosten sind relativ gering und es
ergibt sich eine
stufenlose automatische ruckfreie Einstellung unter Last und eine automatische Anpassung
an die Antriebsleistung der das Getriebe antreibenden Primärenergiequelle, die vorzugsweise
eine Brennkraftmaschine ist. Das Ausrollverhalten eines Fahrzeuges mit Antrieb durch
ein solches Getriebe wird günstig.
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Besonders zweckmäßig ist, wenn zumindest der Hydromotor des hydrostatischen
Getriebes oder vorzugsweise das gesamte hydrostatische Getriebe in ein gemeinsam
mit dem Zugorgangetriebe gemeinsames Gehäuse integriert wird. Vorteilhaft ist auch,
wenn das Zugorgangetriebe derart ausgestaltet wird, daß es zwei freie Wellenanschlüsse
hat, beispielsweise derart, daß einer. zur Vorderradachse und einer zur Hinterradachse
eines Fahrzeuges treiben kann.
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Es sind aber auch andere Arten der Steuerung, insbesondere unter Einbeziehung
der Pumpe des hydrostatischen Getriebes und bzw. oder des Einstellorganes der Primärenergiequelle,
die vorzugsweise eine Brennkraftmaschine ist, möglich.
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Dabei wird vorzugsweise angestrebt, die Primärenergiequelle unter
Berücksichtigung der Abhängigkeit des Wirkungsgrades der Primärenergiequelle von
deren Drehzahl und Belastung so zu steuern, daß der Gesamtwirkungsrad des Gesamtaggregates
optimiert wird.
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Zugorgangetriebe sind häufig derart ausgestaltet, daß ausgehen von
einer Übersetzung 1:1 sowohl nach schnellerem Abtrieb der Abtriebswelle als auch
nach langsamerem Abtrieb der Abtriebswelle übersetzt werden kann. In einem gewissen
Bereich ist es also möglich, eine bestimmte Abtriebsdrehzahl entweder dadurch zu
erreichen, daß das hydrostatische Getriebe in Einstellung für eine bestimmte Abtriebsdrehzahl
und das Zugorgangetriebe ebenfalls in Einstellung für eins bestimmte Abtriebsdrehzahl
gebracht wird,oder daß beide
Getriebe in eine andere Einstellung
gebracht werden, wobei trotz unterschiedlicher Einstellung der beiden Getriebe das
gleiche Gesamtübersetzungsverhältnis erzielt wird Auch das ermöglicht unter Berücksichtigung
der Abhängigkeit des wirkungsgrades von den Drehzahlen eine Einstellung auf optimale
Größe. Insbesondere ist es bei zweckmäßiger Auslegung möglich, das Gesamtgetriebe
derart auszulegen, daß die Abtriebswelle eine höhere Drehzahl hat als die Antriebswelle
("Overdrive"). Während bei einem hydrostatischen Getriebe an sich nur dann eine
höhere Abtriebsdrehzahl erreicht werden kann, wenn das gegebenenfalls einstellbare
Hubvolumen pro Umdrehung des Hydromotors kleiner ist als das der Pumpe, so daß also
auch dann, wenn einem hydrostatischen Getriebe ein Stufenschaltgetriebe, das ins
Langsame übersetzt, nachgeschaltet ist, mit den normalen Getriebekombinationen nicht
erzielt werden kann, daß die Abtriebsdrehzahl höher ist als die Getriebeantriebsdrehzahl,
ist bei geeigneter Kombination mit einem Zugorgangetriebe eine Ubersetzung auf eine
Abtriebsdrehzahl, die höher ist als die Antriebsdrehzahl, möglich.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Ausführungsbeispielen
erläutert.
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In der Zeichnung sind verschieden Ausführungsbeispiele schematisch
dargestellt.
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Figur 1 zeigt ein Getriebe mit im offenen Kreislauf arbeitenden hydrostatischen
Getriebe mit Konstantmotor und Ableitung des Steuerdruckes von der Förderleitung
der Pumpe.
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Figur 2 zeigt ein Getriebe mit im offenen Kreislauf arbeitenden hydrostatischen
Getriebe mit Ableitung des Steuerdruckes vom Motorzulauf.
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Figur 3 zeigt ein Getriebe mit im offenen Kreislauf arbeitenden hydrostatischen
Getriebe, dessen Hydromotor einstellbar ist.
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Figur 4 zeigt ein Getriebe, dessen hydrostatisches Getriebe im geschlossenen
Kreislauf arbeitet, wobei das Gehäuse des Hydromotors mit dem Gehäuse des Zugorgangetriebes
verbunden ist.
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Figur 5 zeigt ein Getriebe, bei dem das Gehäuse des gesamten hydrostatischen
Getriebes mit dem Gehäuse des Zugorgangetriebes verbunden ist.
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Figur 6 zeigt ein Getriebe, wobei dem Zugorgangetriebe noch eine Stirnradstufe
nachgeschaltet ist.
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Figur 7 zeigt ein Getriebe mit nachgeschalteter Stirnradstufe, bei
dem die Endabtriebswelle zwischen den beiden Wellen des Zugorgangetriebes angeordnet
ist.
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Figur 8 zeigt einen Schnitt durch das Getriebe gemäß Figur 7 gemäß
der Linie VIII-VIII in Figur 7.
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Die Pumpe 1 des hydrostatischen Getriebes, das aus der Pumpe 1, dem
Hydromotor 3, den Leitungen 4 bis 7, dem Wegeventil 8 und dem Druckbegrenzungsventil
9 besteht, ist mit einem Einstellorgan 10 versehen, durch das das Fördervolumen
pro Umdrehung der Pumpe 1 willkürlich einstellbar ist. Mit der Antriebswelle 11
der Pumpe 1 ist eine Hilft pumpe 12 verbunden, die in eine Förderleitung 13 fördert,
an
die ein Druckbegrenzungsventil 14 angeschlossen ist.
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Dieses Druckbegrenzungsventil 14 kann willkürlich einstellbar sein,
um in der Förderleitung 13 willkürlich einen beliebigen Steuerdruck einstellen zu
können und insbesondere in diesem Falle kann es zweckmäßig sein, das Einstellorgan
des Druckbegrenzungsventiles 14 mit dem Einstellorgan 10 der Pumpe 1 zu verbinden.
Das Druckbegrenzungsventil 14 ist jedoch gemäß Ausführungsbeispiel als fest auf
den Maximaldruck in der Steuerdruckleitung 13 eingestelltes Druckbegrenzungsventil
ausgestaltet, so daß in der Steuerdruckleitung 13 immer ein konstanter Druck aufrechterhalten
wird. Die Förderdruckleitung 13 führt zu einem Anschluß eines Zweistellungs/Vieranschlußwegeventiles
15, an das eine Steuerdruckleitung 16 angeschlossen ist, sowie eine weitere Steuerdruckleitung
17 und eine Ablaufleitung 18. In den Leitungen 16, 17 und 18 ist je eine zum Zwecke
der Dämpfung dienende Drosselstelle 19 angeordnet.
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Das Wegenventil 15 ist hydraulisch mittels Steuerdruck steuerbar und
ist einstellbar, so daß das Umschalten bei einem willkürlich einstellbaren Druck
in der Steuerdruckleitung 20, die zum Steuerdruckraum des Wege-ventils 15 führt,
erfolgt. Die Leitung 20 ist andererseits an die Förderleitung 4 der Pumpe 1 angeschlossen.
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Das Zugorgangetriebe ist in einem Gehäuse 21 angeordnet und weist
eine Eingangswelle 22 auf, die mit der Abtriebswelle 23 des Hydromotors 3 verbunden
ist. Auf der Welle 22 ist fest die Keilriemenscheibe 24 angeoldnet, der gegenüber
eine zweite mit gleichem Keilwinkel versehene Keilriemenscheibe 25 angeordnet ist,
die axial auf der Achse 22 verschiebbar ist, wobei die Verschiebung durch in den
Druckraum 26 eingeleitetes Druckmittel gegen die Kraft, die der Keilriemen 27 auf
die Keilriemenscheibe 25 ausübt,
bewirkt wird. Der Druckraum 26
steht mit der Steuerdruckleitung 16 in Verbindung. Der Keilriemen 27 läuft weiterhin
über zwei Keilriemenscheiben 28 und 29, von denen die Keilriemenscheibe 28 starr
auf der Abtriebswelle 30 befestigt ist und die Keilriemenscheibe 29 axial auf der
Abtriebswelle 30 verschiebbar ist, wobei die Verschiebung durch Einleiten von Druckmittel
in den Druckraum 31 bewirkt wird, der mit der Steuerdruckleitung 17 in Verbindung
steht. Die Abtriebswelle 30 weist zwei freie Wellenanschlüsse auf, wobei an den
einen eine Kardanwelle 35 angeschlossen ist, die zu der in der Zeichnung nicht mehr
dargestellten Vorderachse des Fahrzeuges führt, und an den anderen eine Kardanwelle
36 angeschlossen ist, die zu der in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Hinterachse
des Fahrzeuges führt.
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In der in der Zeichnung dargestellten Lage des Wegeventils 8 sind
die zu dem Hydromotor 3 führenden Leitungen 5 und 6 abgesperrt, so daß der Hydromotor
3 blocki-ert ist. Auf der anderen Seite ist die Leitung 4 mit der Leitung 5 verbunden,
so daß die Pumpe 1 in drucklosem Umlauf zu dem Tank 34 fördert, aus dem sie ansaugt.
Wird das Wegeventil 8 in eine seiner beiden anderen Stellungen verschoben, so wird
entweder die Leitung 4 mit der Leitung 6 und die Leitung 5 mit der Leitung 7 verbunden
oder die Leitung 4 mit der Leitung 5 und die Leitung 6 mit der Leitung 7 verbunden,
so daß die Pumpe 1 den Hydromotor 3 in dem einen oder in dem anderen Drehsinn beaufschlagt.
Der Hydromotor 3 treibt dann über seine Welle 23 die Welle 22 des Zugorgangetriebes
21, 22 bis 31 an. Ubersteigt das Drehmoment im Wellenstrang 22 - 23 einen bestimmten
vorgegebenen Wert, so steigt der Druck in der Förderleitung 4 der Pumpe 1 ebenfalls
über einen vorbestimmten Wert. Da aber der gleiche Druck, der in der Leitung 4 ansteht,
auch in der Steuerdruckleitung 20 ansteht und dieser vorbestimmte
Wert
durch die Einstellung des Wegeventiles 15 gegeben ist, schaltet dieses um, so daß
das Zugorgangetriebe 21, 22, 24 bis 31 in Richtung auf kleinere Abtriebsdrehzahl
der Abtriebswelle 30 verstellt wird, bis infolge dieser Verstellung der Druck in
der Förderleitung 4 zurückgeht und als Folge dessen das Wegeventil 15 kein weiteres
Druckmittel mehr den Druckräumen des Zugorgangetriebes 21, 22, 24 bis 31 zuführt.
Bei Uberlastung des Hydromotors 3 wird also das Zugorgangetriebe 21, 22, 24 bis
31 langsam stufenlos stetig in Richtung auf kleinere Abtriebsdrehzahl gestellt,bis
der unzulässig hohe Wert für den Förderdruck des hydrostatischen Getriebes abgebaut
ist.
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Dieser Druckgrenzwert, bei dessen Erreichen das Wegeventil 15 anspricht,
wird derart gewählt, daß er unterhalb des Ansprechdruckes des Druckbegrenzungsventiles
9 liegt, so daß dieses nur wirklich eine Sicherheitsfunktion hat, aber selten im
Betrieb öffnet und damit Druckmittel unter Energievernichtung abläßt. Das Entlastungsventil
15 pendelt mit den Druckverhältnissen dauernd mit den Anderungen am Moment, so daß
bei Umschalten des Entlastungsventiles 15 den Druckräumen des Zugorgangetriebes
21, 22, 24 bis 31 Druckmittel derart zugeführt wird, daß dieses Zugorgangetriebe
21, 22, 24 bis 31 wieder in Richtung auf größere Abtriebsdrehzahl gestellt wird,
bis wiederum der Grenzdruck erreicht wird und damit ein Gegensteuern in den Druckräumen
erfolgt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
gemäß Figur 1 lediglich dadurch, daß nicht die Steuerdruckleitung 20,die an die
Leitung 5 angeschlossen ist, zu dem Wegeventil 15 führt, sondern zu einem Steuerdruckraum
des Wegeventiles 16 führt die Steuerdruckleitung 32, die über zwei druckabhängig
gesteuerte Ventile 33 derart an die Leitungen- 5 und 6 angeschlpssen ist, daß jeweils
diejenige der beiden Leitungen 5 und 6, die
in Richtung zum Hydromotor
durchströmt wird, mit der Steuerdruckleitung 32 verbunden ist. Zusätzlich sind in
den zu den Anschlüssen des Hydromotors 3 führenden Leitungen 5 und 6 noch Drosselstellen
34 angeordnet.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
gemäß Figur 1 dadurch, daß der von der Pumpe 1 beaufschlagte Hydromotor 43 einstellbar
ist, wobei das Einstellorgan 42 des Hydromotors 43 mit dem Stellkolben 41 verbunden
ist, der in einem Stellzylinder 40 verschiebbar ist. Dabei ist der Stellkolben 41
als Di fferenzi al kolben ausgestaltet und entsprechend der Stellzylinder 40 als
Differenzialzylinder ausgestaltet, dessen Druckraum kleinen Querschnittes mittels
der Leitungen 39 unmittelbar an die Leitung 20 angeschlossen ist, während der Druckraum
großen Querschnittes über die Leitung 38 über das von dem in der Leitung 39 herrschenden
Druck gesteuerte Wegeventil 37 ebenfalls an die Leitung 20 angeschlossen ist, das
heißt, die Einstellung sowohl des Hydromotors 43 als auch des Zugorgangetriebes
21, 22 bis 31 sind abhängig vom Förderdruck im hydrostatischen Getriebe 1 bis 10.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 entspricht dem Ausführungsbeispiel
gemäß Figur 2 mit dem Unterschied, daß das Gehäuse 53 des Hydromotors unmittelbar
an das Gehäuse 21 des Zugorgangetriebes angebaut ist.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
gemäß Figur 1 lediglich dadurch, daß das gesamte hydrostatische Getriebe 51, 53
unmittelbar an das Gehäuse 21 des Zugorgangetriebes angeflanscht ist.
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Das in Figur 6 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 lediglich dadurch, daß der Abtriebswelle
30 des Zugorgangetriebes 21, 22, 24 bis 31 noch eine Stirnradstufe mit den Zahnrädern
45 und 46 nachgeschaltet ist.
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Das in den Figuren 7 und 8 dargestellte Ausführungsbeispiel ist besonders
raumsparend. Das auf der Welle 30 angeordnete Ritzel 56 kämmt mit dem Zahnrad 55,
das auf der Getriebeabtriebswelle 50 befestigt ist, wobei diese Getriebeabtriebswelle
50 zwischen den beiden Wellen 22 und 30 des Zugorgangetriebes 21, 22, 24 bis 31
zwischen dem gezogenen Trum und dem rücklaufenden Trum des Zugorganes angeordnet
ist.Dadurch ist zwar erforderlich, entsprechend dem Durchmesser der Welle 50 die
beiden Wellen 22 und 30 etwas auseinander zu rücken, das vergrößert jedoch das Gesamtgehäuse
es Zugorgangetriebes 21, 22, 24 bis 31 nur unwesentlich und ein etwas größerer Abstand
der Wellen 22 und 30 voneinander ist für das Zugorgangetriebe 21, 22, 24 bis 31
nur vorteilhaft, weil bei den handelsüblichen Getrieben nur aus Bauraumgründen die
Wellen 22 und 30 so dicht wie möglich aneinander gerückt werden. Jedenfalls ist
es auf diese Art und Weise möglich, eine Zahnradgetriebestufe vorzusehen, ohne ein
über das Gehäuse des Zugorgangetriebes 21, 22, 24 bis 31 hinausragendes Gehäuseteil,
das nur für die
Aufnahme einer Zahnradstufe dient, wie das untere
Gehäuseteil in Figur 6, in dem die Welle und das Zahnrad 46 angeordnet sind.
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