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Kupplungsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei in
der Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung wirksamen Kupplungen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Kupplungsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die aus einer
in der Vorwärtsrichtung wirksamen Kupplung und einer in der Rückwärtsrichtung wirksamen
Kupplung besteht, die zusammen als eine in beiden Richtungen wirksame Kupplung derart
wirken können, daß jede der beiden Wellen die andere Welle in jeder der beiden Drehrichtungen
mitnimmt, und die mit einer Vorrichtung versehen ist, durch welche die in der Rückwärtsrichtung
wirksame Kupplung entweder unwirksam oder wirksam gemacht werden kann.
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Gemäß. der Erfindung wird durch eine Verblockungsvorrichtung die in
der Rückwärtsrichtung wirksame Kupplung ausgerückt gehalten. Beim Voreilen der treibenden
Welle kommt eine Vorrichtung selbsttätig zur Wirkung.
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Unter den Ausdrücken: »in einer Richtung wirksame Kupplung« und »Sperrung«,
die in der Beschreibung Verwendung finden, soll eine in einer Richtung wirkende
Vorrichtung verständen werden, die eine Kraftübertragung in der einen Drehrichtung
gestattet, während in der entgegengesetzten Drehrichtung wenig oder gar keine Kraft
durch die genannte Vorrichtung übertragen werden kann. Unter dem Ausdruck »lautlose
Sperrung« soll eine Sperrung derj enigen Art verstanden werden, bei welcher die
treibenden und getriebenen Glieder in jeder Stellung zueinander in Eingriff gebracht
werden können.
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Der Ausdruck »Kupplungsvorrichtung« ist in der vorliegenden Beschreibung
zur Kennzeichnung einer Einrichtung verwendet, mit deren Hilfe zwei voneinander
unabhängige Teile derart miteinander verbunden werden können, daß sie gezwungen
sind, die gleiche Drehbewegung auszuführen zum Unterschied gegenüber einem Gesperre,
welches gestattet, daß das getriebene Glied gegenüber dem treibenden Glied voreilt.
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Unter »Anschlagteil« wird in der vorliegenden Beschreibung- ein Teil
einer in einer Richtung wirksamen Kupplung verstanden, der eine Rotationsfläche
aufweist, die als eine der Flächen dient, zwischen welche die Klemmglieder der in
einer Richtung wirkenden Kupplung eingeklemmt werden können.
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Die in zwei Richtungen wirkende Sperrung kann aus zwei in einer Richtung
wirkenden Sperrungen irgendeiner Bauart bestehen, die in entgegengesetzten Richtungen
zwischen den
treibenden und getriebenen Teilen der genannten Einrichtung
zusammen mit Vorrichtungen zur selbsttätigen Einstellung der Klemmteile - in ihre
Klemmstelliuig wirken können. Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird
dies dadurch bewirkt, daß auf dem einen Käfig und mit dem Anschlagteil zusammenwirkend
eine durch Reibung wirkende Steuerungsvorrichtung angebracht ist. Wenn diese in
einer Richtung wirkenden Sperrungen nach Art der lautlosen Sperrungen gebaut sind
und Keilflächen, Rollen oder Kugeln o. dgl. Greifglieder (die im folgenden allgemein
mit Greifglieder bezeichnet werden) enthalten, sind Mittel vorgesehen, um die Greifglieder
der einen Sperrung mit Bezug auf die der anderen Sperrung zu steuern, so daß beide
Sätze von Greifgliedern verhindert sind, ihre Greifstellungen gleichzeitig einzunehmen,
was im anderen Falle ein Festklemmen der Greifglieder bewirken und dadurch das leichte
Auskuppeln verhindern würde.
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Bei der einen Ausführungsform dieser Steuerungsmittel ist jede Sperrung
mit einem Käfig versehen, der die Greifglieder der betreffenden Sperrung enthält
und ihre Lage sichert, so daß die Bewegung des Käfigs gegenüber demjenigen treibenden
oder getriebenen) Teil der Vorrichtung, dessen Drehung er teilt, wenn die Vorrichtung
ausgekuppelt ist, die freie oder Greifstellung der Greifglieder bestimmt. Der treibende
oder getriebene Teil kann vieleckig oder anderweitig ausgestaltet sein. Durch Verkuppeln
der beiden Käfige miteinander, derart, daß, wenn ein Greifgliedersatz in der Greifstellung
ist, der andere in seiner freien Stellung ist und umgekehrt, wird die obenerwähnte
Möglichkeit des Festklemmens verhindert. Infolge der Keilwirkung, welche eintritt,
wenn ein Drehmoment in einer Richtung auftritt, werden die entsprechenden Klemmteile
ein wenig zusammengedrückt, was eine geringe Relativbewegung zwichen den treibenden
und getriebenen Gliedern hervorruft. Gleichzeitig ist der andere Satz von Klemmteilen
bereit, in dem Augenblick eingeklemmt zu werden, in welchem eine Relativbewegung
in umgekehrt er Richtung stattfindet, wenn nicht eine Einrichtung vorgesehen ist,
um sie daran zu verhindern. Wenn nun das zuerst erwähnte Drehmoment aufhört, hat
der erste Satz von Klemmteilen das Bestreben, seine ursprüngliche Gestalt anzunehmen,
und kann dies nur tun, wenn gleichzeitig eine geringe Relativbewegung zwischen den
getriebenen und treibenden Gliedern in umgekehrter Richtung stattfindet, was wiederum
ein Zusammendrücken der Klemmteile des anderen Satzes bewirkt, mit dem Ergebnis,
daß, sobald das Drehmoment aufhört, beide Klemmsätze sich n einem Zustand der Zusammendrückung
be-, finden und eingekeilt werden, was das Ent kuppeln erschwert. Bei der einen
Ausführungs form der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um
zu ermöglichen daB die gleichen Rollen in jeder Drehrichtun# Tätigkeit kommen und
nach Belieben außer Tätigkeit gebracht werden können.
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Um zu ermöglichen, daß die treibenden uni getriebenen Glieder während
der gegenseitiger, freien Bewegung ohne Stoß gekuppelt Werder. können, sind Mittel
vorgesehen, die selbsttätig in Wirkung kommen, wenn das treibende Glied beschleunigt
wird und das getriebene Glied antreibt -(die Eigenschaft der Kupplung als freies
Rad ermöglicht, daB, wenn dieses eintritt, die Geschwindigkeit des treibenden Gliedes
genau gleich der Geschwindigkeit des Gliedes ist), wobei diese Mittel die Eigenschaft
der Kupplung, in beiden Richtungen als Sperrung zu wirken, wieder herstellen.
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Diese Mittel können eine Verbloekungsvorrichtung enthalten, die durch
Reibung mit dem Anschlagteil gekuppelt ist und mit einem der Käfige in Verbindung
steht.
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normale und Bei einer weiteren Ausführungsform der Kupplung mit derartigen
Mitteln Emden zwei in einer Richtung wirkende lautlose Sperrungen Verwendung, und
die Entkupplungsteile bestehen aus einem in der Längsrichtung verschiebbaren Teil,
der in seiner Normalstellung gestattet, daß beide Sperrungen in Tätigkeit treten,
während er in seiner vorgeschobenen und wirksamen Stellung eine der Sperrungen in
ihre neutrale Stellung bringt. Es sind Mittel vorgesehen, um den längsverschiebbaren
Teil selbsttätig in seiner vorgeschobenen und wirksamen Stellung so lange festzuhalten,
als das getriebene Glied schneller läuft als das treibende Glied, und ihn selbsttätig
zu veranlassen, in seine Stellung zurückzukehren, sobald das normalerweise treibende
Glied wiederum das normalerweise getriebene Glied antreibt.
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Die Erfindung kann Anwendung finden, um das Umschalten von Wechselgetrieben,
insbesondere bei Kraftfahrzeugen, zu erleichtern. Zu diesem Zweck kann eine Vorrichtung
gemäß der Erfindung, wie sie im folgenden beschrieben wird, zwischen dem Getriebekasten
und der belasteten Welle (d. h. zwischen dem Getriebekasten den Treibrädern bei
einem Kraftfahrzeug) angeordnet sein, so daB sie ermöglicht, die Verbindung zwischen
der Belastung und dem Getriebe augenblicklich zu lösen, sobald der Fahrer dies für
notwendig hält. Gleichzeitig ermöglicht die gewöhnliche Reibungskupplung zwischen
Motor und Getriebe, wie sie im allgemeinen bei Kraftfahrzeugen vorgesehen ist, die
Lösung der Verbindung zwischen Motor und Getriebe, so daB in Verbindung mit den
Mitteln zum Anhalten oder Verzögern aller drehenden Teile des Getriebes eine Umschalturig
des
Wechselgetriebes leicht und lautlos erfolgen kann, während Motor und Last unabhängig
voneinander laufen.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und
zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt auf der Linie =-i gemäß Abb. 2 und Abb. 2 einen
Querschnitt auf der Linie 2-2 gemäß Abb. r einer einfachen Ausführungsform einer
Kupplung, auf welche die Einrichtung gemäß der Erfindung anwendbar ist, bei der
nur ein Rollensatz Verwendung findet.
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Abb. 3 ist ein Längsschnitt, Abb. q. ein Querschnitt auf der Linie
3-3 gemäß Abb. 3.
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Abb. 5 ist ein Querschnitt auf der Linie 5-5 gemäß Abb. 3 einer anderen
Ausführungsform, bei der Rechts- und Linkssperrungen 'Verwendung finden und Mittel
zum selbsttätigen stoßfreien Einschalten vorgesehen sind, Abb. 3a und 3b zeigen
Einzelteile der Einkupplungseinrichtung. . Abb.6 ist eine Seitenansicht teilweise
im Schnitt einer Einrichtung gemäß Abb: 3 bis 5 in Verbindung mit dem Getriebekasten
eines Kraftfahrzeuges.
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Abb. 7 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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In Abb. i und :z ist a die normalerweise treibende Welle, auf der
die Buchse b aufgekeilt ist, die die Nockenscheibe c trägt, welche im Querschnitt
eine wellenförmige oder- flachgezahnte Umgrenzungsfläche zeigt. d ist eine aus gehärtetem
Stahl bestehende Trommel, Anschlagteil genannt, die mit dem normalerweise getriebenen
Glied e aus einem Stück besteht oder mit ihm vernietet ist. f sind Rollen, die durch
einen Bronzekäfig g getragen werden und zwischen der Nockenscheibe c und der Trommel
d- angeordnet sind. Die Wellen oder Flachzähne der Nockenscheibe c sind derart ausgestaltet,
daß eine sehr geringe Bewegung in irgendeiner Richtung des Käfigs g gegenüber der
Nockenscheibe c bewirkt, daß die Rollen f in ihre Greif- oder Keilstellungen zwischen
der Trommel d und der Nockenscheibe c gelangen. Mit Hilfe flacher Bronzefedern x,
die an dein Käfig g befestigt sind und gegen die Trommel d drücken, erhält der Käfig
g eine Neigung, mit der Trommel d umzulaufen. Infolgedessen ermöglicht irgendeine
Relativbewegung zwischen der Nockenscheibe c und der Trommel d in einer von der
Greifstellung abgewendeten Richtung, daß die Rollen durch den Käfig ihre andere
Greifstellung erreichen, so daß die Kupplung selbsttätig in jeder Drehrichtung wirkt
und unabhängig davon, ob die treibende Welle a treibt oder durch die Welle e getrieben
wird, d. h. unabhängig davon, ob die Antriebskraft oder die Belastung- treibt. Unter
Federwirkung stehende Kolben j, die in dem Käfig g untergebracht sind, dienen dazu,
die Rollen f in ihren normalen Stellungen zu halten und die Belastung gleichmäßig
auf alle Rollen zu verteilen. Auf der Buchse b aufgekeilt und in der Längsrichtung
verschiebbar ist die Platte k, welche mit einer Anzahl von konischen Durchbohrungen
versehen ist, die in der vorgeschobenen Stellung mit zugeschärften Stiften i, die
am Käfig g befestigt sind, zusammenwirken. Eine Gabel F, die durch eine äußere,
nicht dargestellte Kurbel bewegbar ist, gestattet, die Platte k auf den Käfig g
-zu zu bewegen, während Federn w die Rückkehr der Scheibe k in ihre Normalstellung
(wie in Abb. i dargestellt) -bewirken, wenn die Durchbohrungen der Scheibek freikommen
von den zugeschärften Stiften i. Wenn die Platte k auf den Käfig g zu bewegt wird,
arbeiten die Öffnungen der Platte mit den Stiften i zusammen und erteilen dem Käfig
g eine geringe Drehbewegung gegenüber der Nockenscheibe c, wodurch die Rollen aus
einer ihrer wirksamen 'oder Greifstellungen heraus bewegt werden, während gleichzeitig
die Rollen in ihre andere Greifstellung gehen können, da in dieser Drehrichtung
zwischen den Stiften i und den konischen Bohrungen in der Platte k ein genügender
Spielraum besteht. Eine Buchse u dient dazu, die Buchse b auf der Welle a in der
richtigen Lage festzuhalten und gleichzeitig zur Aufnahme des Zapfens o der Trommel
d. Die ganze Vorrichtung ist in einem Gehäuse M eingeschlossen, das von Lagern NI
und N2 getragen wird.
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In den Abb. 3, 3a, 3b, q. und 5 bedeutet a das normalerweise treibende
Glied, auf welchem eine Buchse b aiügekeilt ist, die eine Trommel
d
trägt, welche mit ihr aus einem Stück besteht oder durch Vernietung mit
ihr verbunden ist. e ist die normalerweise getriebene Welle, an deren einem Ende
die Buchse E des Kupplungsflansches aufgekeilt ist. Mit einem Flansch am anderen
Ende der Welle e sind zwei gleichartige, vieleckig gestaltete Nockenscheiben cl
und c2 verbolzt. Zwischen den Nockenscheiben und der Trommel d sind zwei
Rollensätze f l, f 2
angeordnet, die j e von einem besonderen Käfig
g1, g2 getragen werden, die auf Klemmplatten lal und h2 frei drehbar ruhen. Diese
beiden Rollensätze haben ihre wirksamen Stellungen an entgegengesetzten Ecken der
Nockenscheiben und können infolgedessen jeder in einer Drehrichtung eine Kraftübertragung
bewirken. n sind drei mit Nuten versehene, am Käfig g1 befestigte Stifte, deren
Nutentiefe in Richtung auf den Käfig abnimmt. Bei der Verschiebung von k in Richtung
auf den Käfiggl kommen die Stifte l und n in Berührung (Abb.5) und
erteilen dem Käfig g1 eine geringe Drehung gegenüber der Nockenscheibe cl, wodurch
die Rollen f 1 aus ihrer wirksamen Stellung gebracht
werden. Drei
Stangen P, die in Schlitzen von k getragen werden und durch Öffnungen in g'-, Hl
und H2 hindurchgehen, teilen die Längsverschiebung von k und dienen dazu, die Käfige
g1 und g2 miteinander zu verkuppeln, wenn k in seiner normalen Stellung entsprechend
der Stellung »Kupplung ein« sich befindet, so daß beide Rollensätze, wenn die Abmessungen
der Teile richtig gewählt sind, nicht gleichzeitig eingekeilt werden können, so
daß, wie oben er- -wähnt, ein Festklemmen verhindert wird. In diese Stangen p sind
Nuten eingeschnitten, deren Zweck klar wird, wenn die Wirkungsweise der Vorrichtung
betrachtet wird. Das gleiche gilt für den Zweck der flachen Federn z, die am Käfig
g2 befestigt sind und ständig gegen die Trommel d drücken.
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Unter der Annahme, daß die Welle a mit dem Motor gekuppelt ist und
in entgegengesetztem Uhrzeigersinne umläuft (Abb. q.), während die Last mit der
Welle e gekuppelt ist und die Rollen f 2 mit der Nockenscheibe c2 für den Vorwärtsgang,
die Rollen f 1 mit der Nockenscheibe cl für den Rückwärtsgang zur Kupplung dienen,
ist die Wirkungsweise der Vorrichtung folgende Wenn der Teil a sich in seiner in
Abb. 3 dargestellten normalen Stellung befindet, wirkt die Kupplung als eine in
beiden Richtungen wirksame Sperrung, und die Belastung ist endgültig mit dem Motor
gekuppelt, während die Stifte l und n außer Berührung und die Käfige g1 und
g2 durch die Stangen p miteinander gekuppelt sind. Die Rollen f 2 sind hierbei in
ihrer Klemmstellung, also eingekeilt, während die Rollen f l gerade frei von ihrer
Klemmstellung stehen.
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Wenn der Teil k auf den Käfig g1 durch Bewegen der Gabel F zu bewegt
wird, kommt Teil k in seine wirksame oder Arbeitsstellung, und es wird ein Rollensatz
(f l) außer Wirkung gesetzt und gehalten, und der unter Einfluß der Belastung stehende
Wellenteil kann schneller laufen als die Motorwelle, die angehalten oder verzögert
werden kann, während die Kupplung tatsächlich ein freies Rad wird. Wenn das normalerweise
getriebene Glied e schneller läuft als -das normalerweise treibende Glied a, laufen
die Käfige g1 und g2, die mit der Welle e umlaufen, schneller als die Trommel d.
Hierbei hat infolge der Reibung der Flachfedern z an der Trommel d der Käfig g2
die Neigung, aus seiner wirksamen Stellung sich herauszubewegen. Der Betrag dieser
Bewegung ist durch die Tiefe der Nut iri den Stangen p (Abb. 3b) begrenzt. So lange
das getriebene Glied schneller läuft als das treibende Glied, stößt der Käfig g2,
d. h. die Platte H2; gegen die Nutenwand der Stifte P und verhindert die Rückkehr
des Teiles k in seine Normalstellung, selbst nachdem die Gabel F in ihre Normalstellung,
also nach links (gemäß Abb. 3), zurückbewegt wordei ist. Wenn die Rollen f 1 durch
Bewegen de Gabel F außer Wirkung gekommen sind, un( so lange das getriebene Glied
schneller läuf als das treibende Glied, bleibt z. g2 in Eingriff mit den Nuten von,
2. ist der Teil k an seiner Rückkehr in di, Normalstellung verhindert, was er anderweiti£
unter Wirkung der Federn w tun würde, unc 3. werden die Rollen f l weiterhin auße-Wirkung
gehalten.
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Um den Motor wiederum mit der Lastwelle zu kuppeln, ist es nun nötig,
die Geschwindigkeit des Motors so zu steigern, bis sie die dei getriebenen Welle
übersteigt, worauf der Käfig g! durch die Reibung der Federn an der Trommelä
aus den Nuten in P (Abb.3b) herausbewegi wird; so daß der Teil k unter Wirkung der
Federn w in seine Normalstellung zurückkehren kann. Eine Pufferfeder W dient zum
Aufnehmen irgendeines Geräusches infolge eines plötzlichen Anschlages des Teiles
k gegen die Begrenzungsscheibe y. Es ist zu beachten, daß beide Käfige, wenn sie
erneut miteinander gekuppelt werden, während der Normalstellung der Platte k unter
der Einwirkung der Reibungsfedern z stehen, welche selbsttätig bewirken, daß jeder
Rollensatz seine Klemmstellung einnimmt, sobald ein Voreilen oder Zurückbleiben
des getriebenen Gliedes eintritt, so daß die Einrichtung als echte Kupplung wirkt.
Wenn ein Rollensatz in der Klemmstellung ist, so ist theoretisch die Entfernung
zwischen der Stellung des anderen Rollensatzes und dessen Klemmstellung der tote
Gang zwischen den treibenden und getriebenen Gliedern der Einrichtung. In der Praxis
jedoch kann diese Entfernung unendlich klein gemacht werden, so daß in einer sorgfältig
gebauten Kupplung gemäß der Erfindung der tote Gang so verringert werden kann, daß
er gleich demj enigen wird, der zwischen zwei miteinander durch Keil oder Splint
verbundenen Teilen auftritt.
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Es ergibt sich ferner, daß die Kupplung selbsttätig stattfindet, wenn
die Umlaufgeschwindigkeiten des treibenden und getriebenen Gliedes gleich sind,
so daß die Kupplung ohne Stoß vor sich geht.
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Die beschriebene Einrichtung kann in Verbindung mit dem Getriebe eines
Kraftfahrzeuges Verwendung finden, durch Anordnung zwischen dem Getriebekasten und
der - Hinterachse, wie in Abb. 6 dargestellt. Der gleiche Fußhebel P, der normalerweise
-zum Bedienen der Reibungskupplung vorgesehen ist, wird durch eine Zwischenstange
R mit einem Hebelarm m verbunden, der auf der Welle der GabelF angeordnet ist, so
daß der Fußhebel auch die Rollenkupplung in Tätigkeit setzt. Die Länge der Stange
R ist so, daß beim Niedertreten de:
Fußhebels P zuerst die Reibungskupplung
ausgekuppelt wird und dann die Rollen f :' und die Nockenscheibe cl des Klemmgesperres
endgültig außer Wirkung gesetzt und gehalten werden, so daß die letztgenannte Kupplung
nunmehr ein Freilaufrad für Vorwärtsantrieb bildet. Beim vollkommenen Niedertreten
des Fußhebels P wird die Bandbremse T (Abb. 4 und 6) angezogen, so daß alle drehenden
Teile des Getriebes angehalten oder verzögert werden. Infolgedessen werden beim
Niedertreten des Fußhebels P in seine Endstellung alle sich drehenden Teile des
Getriebekastens in ihrer Drehung verzögert oder zur Ruhe gebracht, selbst wenn das
Kraftfahrzeug sich weiterhin schnell vorwärts bewegt, so daß der Getriebeschalthebel
L in Tätigkeit gesetzt und die Umschaltung des Getriebes bewirkt werden kann, ohne
das Auftreten der bekannten Kupplungsgeräusche befürchten zu müssen. Es gehört also
keine Geschicklichkeit mehr zum Umschalten des Getriebes seitens des Fahrers.
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Bei der Rückkehr des Fußhebels P in seine Normalstellung wird die
Bandbremse T gelöst und die Reibungskupplung wie gewöhnlich eingeschaltet, aber
die Rollenkupplung bleibt weiterhin ein freies Rad, wie oben beschrieben. Der Wagen
wird so lange nicht mit dem Motor in irgendeiner Richtung gekuppelt, bis die Geschwindigkeit
des letzteren erhöht ist und der treibende Teil a der Rollenkupplung schneller läuft
als der getriebene Teil d und diesen dadurch mitnimmt, wobei die Eigenschaft der
Rollenkupplung, als Sperrung in beiden Richtungen zu wirken, selbsttätig wieder
hergestellt und der Motor wiederum mit den Laufrädern des- Fahrzeuges gekuppelt
wird.
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Die Reihenfolge der Vorgänge beim Niedertreten des Fußhebels P ist
folgende i. Reibungskupplung wird außer Tätigkeit gesetzt, 2. die Rollenkupplung
wird in eine solche umgewandelt, die nur in einer Drehrichtung wirksam ist, 3. die
Bandbremse wird angezogen, und alle beweglichen Teile des Getriebes werden angehalten
oder in ihrer Drehung verzögert.
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In Abb. 7 ist, wie ein Vergleich mit Abb. 4 zeigt, ein Rollensatz
durch drei keilartige Flächen X ersetzt, die dazu dienen, das Fahrzeug beim Vorwärtsgang
anzutreiben. Die Nockenscheibe c2 erhält eine entsprechend abgeänderte Form. Die
andere Nockenscheibe cl und die Rollen f 1 bleiben so, wie in Abb. 4 dargestellt,
und sind durch Abbrechen eines Teiles der Nockerischeibe c2 sichtbar gemacht. Die
Keilflächen X werden von Stiften g2 getragen, die an dem nicht gezeichneten Käfig,
der von der Nockenscheibe c2 getragen wird, angeordnet sind) Die Vorrichtung gemäß
der Erfindung kann unter anderem auch in Verbindung mit Boots-und Flugmotoren Verwendung
finden, bei denen es notwendig ist, die Verbindung zwischen Propeller und Motor
lösen zu können, ohne das Fahrzeug zum Stillstand bringen zu müssen, oder bei elektrischen
Kraftanlagen, wo die Belastung zeitweilig sehr anwächst und die nötige Kraft von
einem zusätzlichen Motor geliefert werden --muß, der selbsttätig eingeschaltet wird,
um die Leistung zur Zeit von Spitzenbelastungen zu heben.