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Achstrieb für ein Straßen-Motorfahrzeug mit einem zweistufigen Übersetzungsgetriebe
Bei schweren, gewerblichen Zwecken dienenden Straßen-Motorfahrzeugen, wie z. B.
Lastkraftwagen, Motoromnibussen oder Oberleitungsomnibussen, sind die angetriebenen
Achsen häufig mit einer doppelten Übersetzung versehen, da andernfalls die Gesamtabmessungen
des Achstriebes um die Achsmitte herum übermäßig groß würden.
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Bei größeren Fahrzeugen ist es indessen uritunlich, die zweite Chersetzungsstufe
in die Nabe des Fahrzeugrades zu verlegen; denn es ist nicht möglich, die hierbei
erforderlichen großen Getriebeabmessungen innerhalb der Abmessungen eines normal
bemessenen Fahrzeugrades unterzubringen.
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Die Erfindung bezweckt, eine in der Mitte der Achse angeordnete zweistufige
t`bersetzung zu schaffen und dabei die Abmessungen um die Achsmitte herum auf ein
annehmbares Maß zu beschränken. Dies wird dadurch erreicht, daß für die zweite Übersetzungsstufe
ein Umlaufrädertriebwerk verwendet wird, das die Räder wie üblich mit der gleichen
oder im wesentlichen gleichen Geschwindigkeit und dem gleichen Drehmoment antreibt,
das aber auch eine Differentialbewegung der Räder zuläßt.
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Die Erfindung sieht dementsprechend bei Straßen-Motorfahrzeugen eine
Treibachse vor, die in der Mitte der Achse ein doppeltes Übersetzungsgetriebe aufweist,
dessen zweite Stufe durch ein Umlaufrädertriebwerk gebildet wird, das derart angeordnet
ist, daß es die erforderliche Übersetzung ergibt und zusätzlich als ein Differentialgetriebe
wirkt.
Der Hauptvorteil besteht hierbei in einer Vereinfachung der
Konstruktion, da das gewöhnliche Differentialgetriebe vermieden ist, und in einer
sich hieraus ergebenden Ersparnis an Gewicht und Kosten. Die Anordnung nach der
Erfindung ermöglicht es, ein großes Drehmoment in kleinem Raum zu erhalten mit dem
Ergebnis, daß man eine größere Boden- und Fahrzeugfreiheit gewinnt. Die Ladefläche
des Fahrzeuges kann so niedrig wie möglich gehalten werden, wodurch dank des niedrigen
Schwerpunktes die Stabilität vergrößert wird.
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Der Achstrieb gemäß der Erfindung enthält ein Paar Laufachsen zur
Übertragung des Antriebs auf je eines der Straßenräder, ein erstes achsmittiges
Übersetzungsgetriebe und ein Paar achsmittige Umlaufrädergetriebe, welche die Laufachsen
mit im wesentlichen gleichem Drehmoment antreiben und dabei eine Differentialbewegung
derselben zulassen. Eines der Umlaufgetriebe empfängt den Antrieb von dem ersten
Übersetzungsgetriebe; es treibt eine der Laufachsen unmittelbar an und die andere
Laufachse über das andere Umlaufgetriebe.
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Als erste Übersetzungsstufe kann man ein Kegelrädergetriebe verwenden.
In vielen Fällen aber wendet man zweckmäßig ein Schneckengetriebe an Stelle des
Kegelrädergetriebes an. Vorteilhaft ist das Schneckengetriebe im Falle eines sechsrädrigen
Fahrzeuges mit einem Paar benachbarter Treibachsen. Wenn ein Kegelrädergetriebe
verwendet wird, können die Zahnräder geradflankige Kegelräder, Schrägzahnkegelräder
oder Hyboidkegelräder sein.
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Einige Ausführungsformen angetriebener Hinterachsen gemäß der Erfindung
sollen nun im einzelnen beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben werden.
Bemerkt sei aber, daß die Erfindung auch auf angetriebene Vorderachsen und auf angetriebene
Steuerachsen angewendet werden kann, da im letzteren Fall Kugelgelenke in die Laufachsen
eingebaut werden können.
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In der Zeichnung zeigt Fig. i eine schematische Schrägansicht von
hinten einer Ausführungsform eines Achstriebes gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine
ähnliche Ansicht einer abweichenden Anordnung, Fig. 3 einen lotrechten Schnitt einer
dritten Ausführungsform eines Achstriebes, Fig. 4 einen lotrechten Schnitt (von
hinten gesehen) einer praktischen Ausführung eines Achstriebes gemäß dem Schema
nach Fig. i, Fig. 5 eine ähnliche Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Achstriebes,
der umwechselbar ist, so daß er entweder nach dem Schema von Fig. i oder nach dem
von Fig. 2 arbeiten kann, und Fig. 6 eine ähnliche Ansicht eines Zweigang-Achstriebes
gemäß dem Schema von Fig. 2.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Abbildungen durchweg gleiche
Teile.
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Bei allen dargestellten Beispielen enthält der Achstrieb als zweite
Übersetzungsstufe ein Paar Umlaufgetriebe von denen das eine seinen Antrieb von
der ersten Übersetzungsstufe erhält und eine der Laufachsen antreibt, während das
andere von dem ersten Umlaufgetriebe angetrieben wird und die andere Laufachse antreibt.
Jedes Umlaufgetriebe besteht aus einem Sonnenrad, einem Planetenträger und einem
Ring. Die beiden Umlaufgetriebe können auf drei verschiedene Weisen angeordnet sein,
nämlich: a) wie in Fig. i und 4, b) wie in Fig. 2 und 6, c) wie in Fig. 3.
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Es sei zunächst der in Fig. i und 4 dargestellte Fall betrachtet.
Hierbei ist die erste Übersetzungsstufe mit einer auf der Antriebswelle ii.sitzenden
Schnecke io versehen, die mit einem Schneckenrad 12 im Eingriff steht. Die zweite
Übersetzungsstufe wird durch ein Umlaufrädertriebwerk gebildet, durch das der Antrieb
auf die linke Laufachse 13 und die rechte i3"übertragen wird. Diese Laufachsen
sind in üblicher Weise innerhalb der hohlen Arme 14, 14' eines Achsgehäuses
15 untergebracht und tragen an ihren äußeren Enden die nicht dargestellten
Straßenräder.
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Das Umlaufrädertriebwerk enthält ein aus einem innen verzahnten Ring
A, einem Planetenträger P und einem Sonnenrad S bestehendes erstes Getriebe, das
den Antrieb unmittelbar von dem Schneckenrad 12 zu der Laufachse 13 vermittelt und
die andere Laufachse 13' durch ein zweites ähnliches Getriebe antreibt, das aus
einem innen verzahnten Ring A', einem Planetenträger P' und einem Sonnenrad S' besteht.
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Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist das Schneckenrad 12 durch Bolzen 16
an dem Ring A befestigt. Der Planetenträger P ist durch eine Riffelverbindung
17 auf der Laufachse 13 befestigt, und das Sonnenrad S ist durch eine
Welle 18 mit dem Sonnenrad S' verbunden. Die beiden Sonnenräder sind derart mit
dieser Welle vereinigt, daß sie als Ganzes umlaufen. Der Planetenträger P' ist durch
Bolzen 16' mit dem Achsgehäuse 15 verbunden, und der Ring A' treibt die Laufachse
13'
durch eine Riffelverbindung i7'.
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-An dem Ring A ist durch Bolzen i9 ein Teil 2o befestigt, der in einem
im Achsgehäuse sitzenden Kugellager 21 läuft und ein Kugellager 22 für den Planetenträger
P trägt. Der sich nach rechts erstreckende Ansatz 122 des Ringes A läuft in einem
im Achsgehäuse sitzenden Kugellager 23 und der Ring A' in einem im Achsgehäuse sitzenden
Kugellager 24. Die beiden Planetenträger P, P' tragen je drei Planetenritzel 25
bzw. 25'. Jedes Ritzel 25 dreht sich mittels eines Rollenlagers 26 auf einem an
dem Planetenträger P sitzenden Zapfen 27, und ähnliche Teile 26', 27' sind jedem
der Ritzel 25' an dem Planetenträger P' zugeordnet. In dem Schnittbild von Fig.
4 ist nur ein Ritzel jedes Satzes zu sehen, und in dem Schema von Fig. i sind der
Einfachheit halber nur zwei Ritzel jedes Satzes dargestellt.
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Das erste Umlaufgetriebe hat ein Durchmesserverhältnis von 3 : i,
da der Ring A 72 Zähne, das Sonnenrad' S 24 Zähne und jedes der Planetenritzel 25
24 Zähne hat. Das zweite Umlaufgetriebe hat ein Durchmesserverhältnis 4 : i, da
der Ring A' 72 Zähne und das Sonnenrad S' 18 Zähne besitzt. Die Planetenritzel 25'
haben je 27 Zähne.
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Nimmt man nun bei Fig. i an, daß der Ring A mit einem vorwärts gerichteten
Antriebsdrehmoment von drei Einheiten beaufschlagt wird, so laufen die Räder des
ersten Umlaufgetriebes in den durch die Pfeile bezeichneten Richtungen um, und es
ergeben sich in den
beiden anderen Getriebegliedern die folgenden
Drehmomente.
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i. ein vorwärts gerichtetes Drehmoment von vier Einheiten in dem Planetenträger
P und der Laufachse 13, 2. ein rückwärts gerichtetes Drehmoment von einer Einheit
in dem Sonnenrad S und der `Felle 18.
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Das Drehmoment in der Welle 18 ist zu klein und hat nicht die richtige
Richtung für die Laufachse 13'. Das zweite Umlaufgetriebe kehrt das Drehmoment um
und vervielfacht es, indem es ein vorwärts gerichtetes Drehmoment von vier Einheiten
in der Laufachse 13' erzeugt, d. h. ein Drehmoment, das dem auf die andere Laufachse
übertragenen Drehmoment gleich ist und die gleiche Richtung hat wie dieses.
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Wenn die Teile der beiden Umlaufgetriebe in der in Fig. i dargestellten
Weise angeordnet sind, ist e@, um die beiden Laufachsen mit gleich großen und in
derselben Richtung wirkenden Drehmomenten zu beaufschlagen, notwendig, daß
Diese Formel ist in dein erläuterten Beispiel durch die dort verwendeten Getriebe
mit den Durchmesserverhältnissen 3 : i und ,4 : i erfüllt. Die Erfindung soll aber
nicht darauf beschränkt sein, daß an beiden Straßenrädern genau gleiche Drehmomente
verwirklicht sind. Manchmal kann es wünschenswert sein, das linke Straßenrad mit
einem Drehmoment zu beaufschlagen, (las geringfügig (z. B. um etwa 1°/o) größer
ist als das dem rechten Rad zugeführte Drehmoment. Die für jedes Planetenritzel
erforderliche Zähnezahl ist bestimmt durch die Formel:
die auf beide Getriebe anzuwenden ist. Im Falle der Fig. i beträgt das gesamte abgegebene
Drehmoment, (las von einem zugeführten Drehmoment von drei Einheiten abgeleitet
ist, acht Einheiten, das Übersetzungsverhältnis ist also 8 3, d. h. 2,66.
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Im Falle von Fig. 2, der nun betrachtet werden soll, wird der Antrieb
durch ein Kegelrad 28, das mit einem Kegelritzel 29 auf der Antriebswelle 1i im
Eingriff steht, auf den Planetenträger P des ersten Umlaufgetriebes übertragen,
wobei der Ring A mit der Laufachse 13 und das Sonnenrad S wie vorher mit dem Sonnenrad
S' des zweiten Urillaufgetriebes gekuppelt ist. In diesem Fall läuft die Welle 18,
welche die beiden Getriebe kuppelt, in derselben Richtung wie die Laufachse 13 und
nicht in der entgegengesetzten Richtung wie vorher. Es ist folglich notwendig, die
Drehrichtung in dem zweiten Getriebe gleichzuhalten und dementsprechend den Planetenträger
P' mit der Laufachse 13' zu verbinden und den Ring A' an dem Achsgehäuse zu befestigen.
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Wenn das erste Getriebe ein Durchmesserverhältnis 4 : 1 und das zweite
Getriebe ein solches von 3 :1 erhält, werden auf beide Laufachsen gleich große und
in gleicher Richtung wirkende Drehmomente übertragen.
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Wenn man nämlich annimmt, daß ein vorwärts gerichtetes Drehmoment
von fünf Einheiten aufgenommen und auf den Planetenträger P übertragen wird, ergibt
dies ein vorwärts gerichtetes Drehmoment von vier Einheiten in der Laufachse 13
und ein vorwärtsgerichtetes Drehmoment von einer Einheit in der Welle 18. Das zweite
Getriebe formt dieses letztere Drehmoment in ein vorwärts gerichtetes Drehmoment
von vier Einheiten in der Laufachse 13' um. Für die Getriebe-Übersetzungsverhältnisse,
die bei dieser Bauart erforderlich sind, wenn an den beiden Straßenrädern gleich
große und gleichgerichtete Drehmomente wirksam sein sollen, gilt
eine Bedingung, die bei der obigen Anordnung erfüllt ist. Die Zähnezahl für jedes
Planetenritzel ist wieder für jedes Getriebe durch die Formel
bestimmt. In diesem Fall erzeugt ein aufgenommenes Drehmoment von fünf Einheiten
ein abgegebenes Drehmoment von insgesamt acht Einheiten, so daß das gesamte Übersetzungsverhältnis
8/5 = 1,6 beträgt.
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Es sei bemerkt, daß die Anordnungen nach Fig. i und 2 genau gleich
sind außer dem Umstand, daß der von der ersten Übersetzungsstufe herrührende Antrieb
und der Rückdruck des an dem Achsgehäuse befestigten Gliedes in ihrer Lage vertauscht
sind. Diesen Umstand kann man sich, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, zunutze machen,
um einen Achstrieb zu erhalten, bei dem die zweite Übersetzungsstufe veränderlich
ist, indem man den Umlaufmechanismus abnimmt und in umgekehrter Anordnung wieder
an den übrigen Mechanismus ankuppelt.
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Der in Fig. 5 dargestellte Umlaufmechanismus ist nach dem Schema von
Fig. i angeordnet, wobei das linke Umlaufgetriebe A, P, S ein Durchmesserverhältnis
3 : i und das rechte Umlaufgetriebe A', P', S' ein solches von 4 : i hat. Das getriebene
Regelrad 28 der ersten Übersetzungsstufe ist auf eine Hülse 3o aufgekeilt, die durch
Bolzen 116 mit dem Ring A verbunden ist, und der Planetenträger P' ist an dem Achsgehäuse
durch Bolzen 116' befestigt. Wie schon dargelegt, hat demnach die zweite Übersetzungsstufe
ein Übersetzungsverhältnis von 2,66/1. Lager 40, 41 sind für die Hülse
30 und Lager 42, 42' für den Planetenträger P bzw. den Ring A' vorgesehen.
Die Antriebswelle 1i läuft in einem Lager 43.
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Die Stirnfläche 31 an dem Ring A und die anliegende Fläche 32 der
Hülse 30 stimmen überein mit der Stirnfläche 31' an dem Achsgehäuse und der
anliegenden Fläche 32' des Planetenträgers P' und haben diesen entsprechende Lagen.
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Wenn daher nach Entfernung der Bolzen 116, 116' der Umlaufmechanismus
umgekehrt und wieder mit dem Achstrieb verbunden wird, wobei das 4 : 1-Getriebe
A', P', S' sich nunmehr links befindet, sein Planetenträger P' durch die Bolzen
116 mit der Hülse 30 verbunden ist, das 3 : i-Getriebe A, P, S sich rechts
befindet und sein Ring A durch die Bolzen 116' an dem
Achsgehäuse
befestigt ist, ist der Achstrieb in die Anordnung nach Fig. 2 umgewandelt und weist
ein Übersetzungsverhältnis der zweiten Stufe von 1,6/z auf.
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Diese Möglichkeit, die beiden Umlaufgetriebe auszuwechseln, ist wertvoll,
da sie einen umfassenden Bereich von Übersetzungsverhältnissen zwischen 4,'1 und
12 1 Gesamtübersetzung zuläßt, was durch eine verhältnismäßig geringe Änderung des
Teilkreisdurchmessers des Kegelritzels 29 der ersten Übersetzungsstufe bewerkstelligt
werden kann. Dieselbe Grundbauart für den Achstrieb kann daher für Oberleitungsomnibusse,
die ein Übersetzungsverhältnis von i i l/2 i erfordern, und für schnelle Stadt-Fahrzeuge
verwendet werden, die ein Übersetzungsverhältnis von 4';',/l benötigen. Die einzige
Veränderung, die zur Erreichung dieser weit auseinanderliegenden Erfordernisse vorgenommen
werden muß, besteht in derAuswechslung der die erste Übersetzungsstufe bildenden
Räder 29,28.
Wie ersichtlich, ist in dem Achsgehäuse ausreichend Raum vorhanden,
um die geringe Änderung des Ritzel-Teilkreisdurchmessers vorzunehmen, die erforderlich
ist zur Verwirklichung der beiden Grenzfälle. Im Falle des Übersetzungsverhältnisses
von iil/2/i wird eine erste Getriebestufe mit einem Übersetzungsverhältnis von etwa
4i/2/1 verwendet mit dem Umlaufrädertriebwerk, das gemäß Fig. 5 angeordnet ist und
ein Übersetzungsverhältnis von 2,66A ergibt. Um eine kleine Gesamtübersetzung von
etwa 41/2/1 zu erhalten, kann das Umlaufrädertriebwerk in die Lage umgewechselt
werden, die gegenüber der nach Fig. 5 umgekehrt ist und ein Übersetzungsverhältnis
von 1,61 ergibt, wobei eine erste Stufe mit einem Übersetzungsverhältnis von etwa
3,'1 benötigt wird. Es ist sonach klar, daß keine große Änderung in der von der
ersten Stufe erzeugten Übersetzung nötig ist trotz des großen Bereiches der zu erzielenden
Gesamtübersetzung.
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L m den Vergleich mit den anderen Abbildungen zu erleichtern, wird
bei der Darstellung nach Fig. 5 der Antrieb auf der Seite der Laufachse 13 aufgenommen,
welche das linke Rad antreibt. Denn damit sich die Räder in der richtigen Richtung
drehen, ist es nötig, daß sich die Antriebswelle ii entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn,
von vorn gesehen, dreht, anstatt im Uhrzeigerdrehsinn, wie es in der Praxis die
Regel ist. Wenn in dem Fahrzeug, in das der Achstrieb eingebaut ist, die Antriebswelle
im Uhrzeigerdrehsinn, von vorn gesehen, umläuft, wird die Anordnung spiegelbildlich
zu Fig. 5 ausgeführt.
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Eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 2 zeigt Fig.6. Hier ist das
Kegelrad 28 der ersten Übersetzungsstufe durch Bolzen iig mit dem Planetenträger
P des ersten Umlaufgetriebes und mit einer Erweiterung 128 gekuppelt, die in Lagern
129 läuft. Das Kegelrad 28 ist durch Bolzen auch mit einem Klauen 46 aufweisenden
Glied 45 verbunden, das in einem Lager 145 sitzt. Der Ring A des ersten Getriebes
ist mit der Laufachse 13 gekuppelt, und die Sonnenräder S, S' haben eine gemeinsame
Nabe. Der Planetenträger P' des zweiten Getriebes ist auf der Laufachse 13' befestigt,
und der Ring A' des zweiten Getriebes hat Klauen 47, die im Eingriff stehen mit
Klauen 48 an einer Hülse 49, die mittels eines auf einer Schaltwelle 51 sitzenden
Armes 5o aus der dargestellten unwirksamen Stellung heraus verschoben werden kann.
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Wenn die Hülse 49 nach links geschoben wird, werden an ihr sitzende
Klauen 52 in Eingriff mit Klauen 53 an dem Achsgehäuse 15 gebracht, und der Ring
A' ist folglich fest mit dem Achsgehäuse verbunden wie bei der in Fig. 2 dargestellten
Anordnung.
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Wenn hingegen die Hülse 49 nach rechts bewegt wird, bewirken die Klauen
48 eine Kupplung zwischen den Klauen 47 und 46, und der Ring A' ist auf diese Art
an das Kegelrad 28 und den Planetenträger P gekuppelt, was einen direkten Antrieb
ergibt.
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Nimmt man an, daß das erste Getriebe ein Durchmesserverhältnis von
3 : i und das zweite ein solches von 2 : l hat, was übereinstimmt mit der oben zu
Fig.2 angeführten Formel
und daß das Kegelrad 28 ein Drehmoment von 4 aufnimmt, so beträgt, wenn die Hülse
49 nach links geschoben ist, das Drehmoment in jeder Laufachse 3 und in den beiden
Sonnenrädern i, während das auf den feststehenden Ring A' zurückwirkende Moment
2 ist. Die Geschwindigkeitsübersetzung in dem Umlaufrädertriebwerk ist sonach 6/4
= 1,5.
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Wenn hingegen die Hülse 49 nach rechts geschoben ist und so den Ring
A' mit dem Planetenträger P kuppelt, bleibt die Gleichheit der Drehmomente in den
beiden Laufachsen erhalten. Wie oben dargelegt, ergibt sich ein direkter Antrieb,
aber trotzdem kann das Umlaufrädertriebwerk als ein Differentialgetriebe arbeiten.
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Das gesamte aufgenommene Drehmoment beträgt nunmehr sechs Einheiten,
d. h. vier von dem Kegelrad 28 und zwei Einheiten von dem Ring A', während das gesamte
abgegebene Drehmoment sechs Einheiten groß bleibt, wobei der Umlaufteil des Mechanismus
einen Antrieb im Verhältnis i : i ergibt.
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Bei der in Fig.3 dargestellten Anordnung ist das Antriebskegelrad
28 fest mit dem Sonnenrad S des ersten Umlaufgetriebes verbunden, und der Planetenträger
P ist an der Laufachse 13 befestigt. Der Ring A sitzt fest an der Welle, die das
Sonnenrad S' des zweiten Getriebes antreibt, der Planetenträger P' ist an dem Achsgehäuse
befestigt, und der Ring A' treibt die Laufachse 13'.