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Strömungsgetriebe, insbesondere für Straßen- und Geländefahrzeuge
Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, bei Fahrzeugen mit Strömungsgetrieben
die für die einzelnen Gänge vorgesehenen Strömungskreisläufe zur Entlastung der
mechanischen Bremsen zum Bremsen heranzuziehen, etwa in der Weise, daß ein Schaufelrad
vom Motor mit kleiner und ein anderes Schaufelrad vom Fahrzeug mit größerer Drehzahl
angetrieben wird. Die hierbei erzielte Bremskraft ist aber meist durchaus unzureichend.
Bei Strömungswandlern üblicher Ausführung wird vom Fahrzeug auf den Motor fast überhaupt
kein Moment übertragen, aber auch bei Strömungskupplungen ist das Bremsmoment des
Motors infolge der durch die Verwendung für Vorwärtsfahrt bedingten Übersetzung
nur sehr gering. Es ist auch schon bekannt, daß im Vergleich zu diesen Ausführungen
erheblich größere Bremskräfte dadurch erzielt werden können, daß die beiden Schaufelräder
in entgegengesetztem Sinn, das eine vom Motor, das andere vom Fahrzeug, angetrieben
werden. Die Umschaltung eines auch für Vorwärtsbetrieb verwendeten Strömungskreislaufes
auf Bremsbetrieb mit gegenläufigem Antrieb ist jedoch im allgemeinen nur im Stillstand
des Fahrzeuges möglich. Dieser Nachteil kann beim Übergang von einer Fahrt auf ebener
Bahn in ein längeres Steilgefälle in Kauf genommen werden. Mit einer solchen Fahrweise
ist jedoch ein erheblicher anderer Nachteil verbunden, dessen Beseitigung sich die
Erfindung zur Aufgabe gemacht hat.
Längere Steilgefälle, insbesondere
auf Straßen und im Gelände, weisen meistens keine konstante Steigung auf, und außerdem
kann vor allem im Gelände der Fahrwiderstand bei einer Gefällsfahrt auch aus anderen
Gründen ganz erheblich schwanken. Wenn beispielsweise bei solcher Gefällsfahrt vorübergehend
größere Widerstände, wie sumpfige Stellen oder kleinere Steigungen, auftreten, können
diese mit dem auf Bremsbetrieb geschalteten Kreislauf nicht überwunden werden, es
würde sich hierzu vielmehr ein erneutes Stillsetzen des Fahrzeuges und Umschalten
auf Vorwärtsgang erforderlich machen. Den gleichen Nachteil weisen auch solche Getriebe
mit mehreren, für die verschiedenen Geschwindigkeitsstufen abwechselnd einschaltbaren
Strömungskreisläufen auf, bei denen zur Umsteuerung auf Rückwärtsfahrt an der getriebenen
Welle, z. B. der Fahrzeugachse, ein Fahrtwendegetriebe vorgesehen ist. Außerdem
ist es auch schon bekannt, außer den für Vorwärtsfahrt bestimmten Strömungskreisläufen
noch einen besonderen nur für Rückwärtsfahrt bestimmten und etwa mit einem Umkehrzahnrad
auf die Abtriebswelle treibenden Strömungskreislauf anzuordnen, was aber einen in
vielen Fällen zu großen Aufwand bedeutet.
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Durch den Vorschlag werden die erwähnten Nachteile bei Strömungswechselgetrieben
mit zwei oder mehreren für die verschiedenen Geschwindigkeitsstufen abwechslungsweise,
etwa durch Füllen oder Entleeren, einschaltbaren Strömungskreisläufen und mit einer
mechanischen Vorrichtung zur Umsteuerung auf Rückwärts- oder Bremsbetrieb vermieden.
Erfindungsgemäß ist die mechanische Vorrichtung zur Umsteuerung auf Rückwärtsbetrieb
(mechanische Rückwärtsgangschalteinrichtung) nur zwischen einen Strömungskreislauf
oder einen Teil der Strömungskreisläufe, von denen wenigstens einer ein Wandler
ist, und die Getriebeabtriebswelle einschaltbar, wobei ein oder mehrere weitere
Strömungskreisläufe auf Vorwärtsbetrieb geschaltet bleiben. Bei eingerückter mechanischer
Rückwärtsgangschalteinrichtung ist also ein Teil der Strömungskreisläufe, und zwar
mindestens ein Wandler, auf Rückwärts-, der übrige Teil aber nach wie vor auf Vorwärtsbetrieb
geschaltet. Es ist dann lediglich durch Füllen oder Entleeren der Kreisläufe, also
ohne Stillsetzen des Getriebes bzw. des Fahrzeuges od. dgl., möglich, von Vorwärtsauf
Rückwärtsbetrieb umzuschalten, und umgekehrt, und auf diese Weise mit dem Motor
zu bremsen, rückwärts oder vorwärts zu fahren.
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Die mechanische Vorrichtung zur Umsteuerung auf Rückwärtsbetrieb (Rückwärtsgangschalteinrichtung)
wird vorteilhaft dem für den niedrigsten Geschwindigkeitsbereich ausgelegten Wandler,
also dem Wandler mit dem größten Momentwandlungsvermögen (Anfahrwandler), zugeordnet,
da dann die höchsten Bremskräfte beim Motorbremsen erzielt werden können.
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Bei diesen Ausführungen ist es als bekannt vorausgesetzt, daß es bei
Landfahrzeugen mit auf Rückwärtsfahrt schaltbarem Strömungskreislauf in gleicher
Weise, wie dies bei Schiffsantrieben schon vor Erfindung der Strömungsgetriebe bekannt
war, möglich ist, durch Einschalten des Rückwärtsganges die Vorwärtsfahrt abzubremsen.
Während es bei Schiffsantrieben grundsätzlich keine Schwierigkeit macht, die Propeller
entgegengesetzt anzutreiben, und hier die Strömungsgetriebe nur leichtere Schaltmöglichkeiten
gebracht haben, ist es bei Landfahrzeugen nicht möglich, die Räder des Fahrzeuges
entgegen der Fahrtrichtung laufen zu lassen. Ein Antrieb entgegen der Fahrtrichtung
ist hier vielmehr erst durch die Anwendung von Strömungsgetrieben möglich geworden
in der Weise, daß man ein Schaufelrad vom Fahrzeug in der einen und das andere Schaufelrad
vom Motor in entgegengesetzter Richtung antreiben läßt.
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Daraus ergibt sich, daß ein Bremswandler und ein Rückwärtswandler
grundsätzlich in gleicher Weise ausgeführt werden können. Fährt man demnach mit
eingeschaltetem (gefülltem) Brems-Wandler aus dem Stillstand an, so hängt es ganz
von der Steigung der Fahrstrecke ab, ob das Fahrzeug dabei rückwärts oder vorwärts
fährt. Auf ebener Strecke oder bei kleinem Gefälle wird das Fahrzeug rückwärts,
bei stärkerem Gefälle aber langsam vorwärts fahren.
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Es ist zwar auch schon bekannt, zum Bremsen einen besonderen Bremswandler
einzubauen, der während des Betriebes etwa durch Füllen oder Leeren ein- bzw. ausgeschaltet
werden kann. Aber der hiermit verbundene zusätzliche Aufwand ist in vielen Fällen
nicht vertretbar. Ferner ist auch ein Strömungswechselgetriebe vorgeschlagen worden,
bei dem die Rückwärtsgangschalteinrichtung nur mit Strömungskupplungen zusammen
wirkt. Bei Verwendung einer Strömungskupplung im Brems-bzw. Rückwärtsgang kann aber
lediglich ein Bremsmoment ausgeübt werden, das gleich dem Motormoment ist. Falls
hierbei vom Fahrzeug her über diese Strömungskupplung ein größeres Moment als das
Motormoment übertragen wird, würde der Motor abgewürgt und vom Fahrzeug in umgekehrter
Richtung durchgezogen. Bei Verwendung eines Wandlers kann dagegen infolge des Momentwandlungsvermögens
ein Vielfaches des Motordrehmomentes zum Bremsen bzw. Rückwärtsfahren ausgenutzt
werden. Da außerdem beim Übergang von positiven zu negativen Drehzahlen das Sekundärmoment
des Wandlers weiter ansteigt, ist das Bremsmoment des Wandlers sogar noch größer
als sein Moment bei Vorwärtsfahrt.
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Bei der Ausführung gemäß der Erfindung kann ein normaler Rückwärtsgang
mit Klauenkupplüng oder verschiebbaren Zahnrädern verwendet werden, ohne daß dadurch
der Antrieb der Möglichkeit beraubt würde, etwa während einer Gefällsfahrt vorübergehend
auftretenden Widerstand ohne vorheriges Stillsetzen des Fahrzeuges und Umschalten
auf Vorwärtsgang zu überwinden. Mit einer Ausführung nach der Erfindung kann nach
Einschaltung des Rückwärtsganges (des Bremsbetriebes) eine dem Gefälle bei Vorwärtsfahrt
sehr kräftig entgegenwirkende Gegenzugkraft erzielt werden,
die
durch Veränderung der Motordrehzahl, z. B. Betätigen des Gaspedals eines Kraftfahrzeuges,
in weiten Grenzen geregelt werden kann und mit welcher das Fahrzeug nicht nur vollständig
zum Stillstand, sondern erforderlichenfalls aus der Gefällsfahrt heraus auch rückwärts
auf Bergfahrt angetrieben werden kann. Da bei eingeschaltetem Rückwärtsgang im Gegensatz
zu bekannten Ausführungen mit mehreren Strömungskreisläufen nicht alle Strömungskreisläufe
auf Rückwärtsfahrt geschaltet werden, sondern ein Teil der Strömungskreisläufe auf
Vorwärtsfahrt geschaltet bleibt, können durch bloßes Umschalten der Kreisläufe,
etwa durch Umfüllen und ohne Schalten des mechanischen Rückwärtsganges, Drehmomente
sowohl entgegengesetzt zur Fahrtrichtung als auch in Fahrtrichtung übertragen werden.
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Um den Nachteil auszugleichen, daß nach Umschalten des dem kleineren
Geschwindigkeitsbereich zugeordneten Wandlers (Anfahrwandlers) auf Bremsfahrt dieser
für Vorwärtsfahrt nicht mehr zur Verfügung steht, also insbesondere vorübergehend
auftretende größere Steigungen, die das größte zur Verfügung stehende Drehmoment
erfordern, nicht mehr genommen werden könnten, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung
etwa bei einem Getriebe aus Anfahrwandler und Marschwandler mit dem Marschwandler
ein etwa nur im Stillstand schaltbares mechanisches Getriebe mit einer Untersetzungsstufe
in Reihe angeordnet, das vor Antritt einer längeren Gefällsfahrt gleichzeitig mit
dem Umschalten des Anfahrwandlers auf Rückwärtsbetrieb (Bremsbetrieb) umgeschaltet
wird, so daß dann auch mit dem Marschwandler die größten vorkommenden Steigungen
überwunden werden können.
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Es besteht aber in weiterer Ausbildung der Erfindung auch die Möglichkeit,
nicht die Ausgangsdrehrichtung des Anfahrwandlers, sondern diejenige des Marschwandlers
durch einen Rückwärtsgang umzukehren, so daß der Anfahrwandler sowohl bei normaler
Streckenfahrt als auch nach Umstellen auf Bremsbetrieb für langsame Vorwärtsfahrt
zur Verfügung steht. Bei dieser Ausführung wird aber der Marschwandler zur Erzielung
größerer Bremskräfte gleichzeitig mit dem Umschalten auf Bremsbetrieb über eine
größere Untersetzung ins Langsame an die Abtriebswelle angeschlossen, der Marschwandler
also gleichsam im Bremsbetrieb als Anfahrwandler benutzt.
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Bei geeigneter Anordnung besteht dabei die Möglichkeit, das Untersetzungsgetriebe
des Anfahrwandlers gleichzeitig als Untersetzungsgetriebe für den Bremsbetrieb des
Marschwandlers zu verwenden.
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Für das Gangschalten und für das Umschalten von Vorwärts- auf Rückwärts-
bzw. Bremsbetrieb wird zweckmäßig je ein besonderer Schalthebel vorgesehen, die
etwa derartig angeordnet und geführt werden, daß der Wendeschalthebel nur betätigt
werden kann, wenn der Getriebeschalthebel in Leerlaufstellung ist. Beispielsweise
können hierzu die beiden Schalthebel in einem gemeinsamen Kulissenschlitz geführt
werden, der nur so breit ist, daß die Hebel nicht aneinander vorbeigeführt werden
können, wenn nicht vorher der Getriebeschalthebel in eine der Leerlaufstellung entsprechende
Ausweichstellung gebracht wird.
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Es ändert sich nichts an dem Wesen der Erfindung, wenn außer dem auf
einen oder einzelne Strömungskreisläufe beschränkten Rückwärtsgang noch ein die
anderen oder sämtliche Gänge erfassender Rückwärtsgang (Fahrtwendegetriebe) vorgesehen
ist. Außerdem könnte etwa das Getriebe außer den hydraulischen Gängen auch noch
rein mechanische, nur für Vorwärtsantrieb verwendete Gänge, beispielsweise einen
mechanischen Direktgang für den höchsten Geschwindigkeitsbereich oder einen rein
mechanischen Schnellgang enthalten.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Abb. I zeigt ein Getriebe mit zwei Strömungswandlern, die mit verschiedener
fester Zahnraduntersetzung auf die Abtriebswelle arbeiten, wobei der Anfahrwandler
auf Bremsbetrieb umschaltbar ist; Abb. 2 zeigt in anderer Ansicht den mechanischen
Getriebeteil mit dem Umkehrzahnrad; Abb. 3 zeigt eine durch eine weitere Untersetzungsstufe
für den Marschwandler ergänzte Ausführungsform; Abb. 4 und 5 zeigen eine Ausführung
mit auf Bremsbetrieb umschaltbarem Marschwandler und Abb. 6 und 7 je ein Getriebe
mit direktem Abtrieb des dem höheren Geschwindigkeitsbereich zugeordneten Wandlers,
der durch Einschalten des Rückwärtsganges über eine Untersetzung an die Abtriebswelle
angeschlossen wird; in Abb. 8 und 9 ist noch eine beispielsweise Ausführungsform
des Kulissenschlitzes für die Schalthebel in Draufsicht und im Schnitt gezeigt.
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Nach Abb. I werden von der mit dem Motor gekuppelten Welle I die Pumpenräder
2 und 3 der beiden Wandler 4 und 5 angetrieben, deren Turbinenräder 6 und 7 über
je ein Zahnradpaar 8, 9 und io, i i verschiedener Übersetzung auf die Ausgangswelle
12 treiben. Der Wandler q. dient zusammen mit der Zahnraduntersetzung 8, 9 zum Anfahren,
also für den unteren Geschwindigkeitsbereich, und der Wandler 5 mit der Zahnraduntersetzung
io, i i für den höheren Geschwindigkeitsbereich. Gemäß der Erfindung ist ein Rückwärtsgang
vorgesehen, der bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel dadurch hergestellt wird,
daß das doppelt breite Umkehrzahnrad 13 nach links in Eingriff mit dem Zahnrad 9
und das Zahnrad 8 nach rechts außer Eingriff mit dem Zahnrad 9 und in Eingriff mit
dem Zahnrad 13 geschoben wird. Wie ersichtlich, wird durch diesen Rückwärtsgang
nur die Sekundärwelle des Anfahrwandlers q. in ihrer Drehrichtung umgekehrt, während
die Sekundärwelle des Wandlers 5 auf Vorwärtsfahrt geschaltet bleibt. Die beiden
Strömungskreisläufe werden etwa durch Füllen und Leeren ein- und ausgeschaltet,
so daß bei ausgeschaltetem Rückwärts
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vom Anfahrwandler auf den Marschwandler und umgekehrt übergegangen werden kann,
während nach Einschalten des Rückwärtsganges im Stillstand dann etwa während einer
längeren Steilgefällefahrt lediglich durch Umfüllen, also auf rein hydraulischem
Wege, vom Bremsbetrieb mit dem Wandler 4 auf Vorwärtsantrieb mit dem Marschwandler
5 umgestellt werden kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 unterscheidet sich von dem nach
Abb. I im wesentlichen dadurch, daß der Wandler 5 über zwei verschiedene Übersetzungsstufen
Io, II und I5, I6 auf die Ausgangswelle treiben kann. Das Umschalten von der einen
zur anderen Übersetzungsstufe wird durch Verschieben der Klauenkupplung I4 vorgenommen.
Im normalen Vorwärtsbetrieb ist die Klauenkupplung nach rechts gerückt, während
sich die Zahnräder 8 und I3 in der gezeichneten Stellung befinden. Vor Antritt einer
längeren Steilgefällefahrt wird das Fahrzeug zum Stillstand gebracht und einmal
der Bremsgang durch Verschieben der Zahnräder 8 und I3 eingeschaltet und außerdem
durch Verschieben der Klauenkupplung nach links der Wandler 5 mit größerer Untersetzung
an die Ausgangswelle angeschlossen. Es stehen somit in der einen Schaltstellung
zwei Vorwärtsgänge und in der anderen Schaltstellung ein Bremsgang und ein Vorwärtsgang
mit starker Untersetzung zur Verfügung. Die eine Schaltstellung wird sich bei normaler
Straßenfahrt und bei Fahrt in verhältnismäßig ebenem Gelände empfehlen, während
die andere Schaltstellung in besonders schwierigem Gelände mit starken Gefällen
und Steigungen od. dgl. ausgezeichnete Fahrmöglichkeiten schafft. Die Zahnraduntersetzung
I5, I6 kann dabei je nach Bedarf größer oder kleiner gewählt werden als die Zahnraduntersetzung
8, 9. Das Umschalten der Klauenmuffe I4 und das Verschieben der Zahnräder 8 und
I3 wird zweckmäßig gleichzeitig durch einen einzigen Steuervorgang bewirkt.
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Da mit dem Bremsgang aus der Fahrt nach entsprechender Verzögerung
des Fahrzeuges bis auf die Geschwindigkeit Null nach rückwärts gefahren werden kann,
kann in der zweiten Schaltstellung lediglich durch Füllen des einen oder anderen
Wandlers nicht nur steil bergab und bergauf, sondern auch auf ebener Bahn beliebig
voraus- und zurückgefahren werden.
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Wie erwähnt, könnte grundsätzlich außer dem einen Rückwärts- oder
Bremsgang noch ein weiterer Rückwärtsgang vorgesehen sein, der je nach seiner Anordnung
entweder nur die Richtung des bzw. der vom anderen Rückwärtsgang nicht erfaßten
Strömungskreisläufe oder aber die Drehrichtung aller Strömungskreisläufe umkehrt.
Es hängt ganz von den an das Fahrzeug gestellten Forderungen und von den zu erfüllenden
Aufgaben ab, ob im Einzelfall die eine oder andere Ausführung gewählt wird. In gleicher
Weise wird auch die Ausführung nach Abb. 3 nur in besonderen Fällen den Vorzug vor
der einfacheren Ausführung nach Abb. I erhalten, die ihrerseits wiederum keine allgemeine
Verwendungsmöglichkeit hat. Auch die Ausführung nach Abb. I ist vielmehr im allgemeinen
auf Fahrzeuge beschränkt, die eine bevorzugte Fahrtrichtung haben, bei denen also,
wie bei Straßenfahrzeugen aller Art, Zugmaschinen, Raupenfahrzeugen, eine Rückwärtsfahrt
nur kurzzeitig in Frage kommt, dafür aber ein besonderer Bremsgang zur Entlastung
der mechanischen Bremsen in größeren Gefällen besonders erwünscht und vorteilhaft
ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 und 5 liegt links der Anfahrwandler
4 mit seiner starken Untersetzung ins Langsame 8 und g und rechts der Wandler 5
für den höheren Geschwindigkeitsbereich mit seiner schwächeren Untersetzung Io und
i i. Zum Herstellen eines Rückwärts- oder Bremsganges zusammen mit dem Wandler 5
wird das axial verschiebbar auf der Sekundärwelle des Wandlers 5 sitzende Zahnrad
Io nach rechts in Eingriff mit dem Umkehrzahnrad I7 geschoben, das mit einem gleichachsigen,
mit dem Zahnrad II im Eingriff befindlichen Zahnrad I8 kleineren Durchmessers verbunden
ist. Wie ersichtlich, wird durch Verschieben des Zahnrades Io nicht nur die Drehrichtung
des Zahnrades II umgekehrt, sondern auch dessen Drehzahl verkleinert. Durch eine
einzige Schaltbewegung wird hier also der Marschwandler zum Bremswandler mit stärkerer
Untersetzung.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach Abb. 6 und 7 liegen die beiden
Strömungskreisläufe nicht mehr auf gleichem Achsmittel, sondern auf parallelen Wellen
nebeneinander. Der für das Anfahren bestimmte Wandler ist wieder mit 4 und der für
den höheren Geschwindigkeitsbereich bestimmte Wandler mit 5 bezeichnet. Nach Abb.
6 werden die beiden Wandler über die Zahnräder I9, 2o, 2I im gleichen Drehsinn angetrieben.
Das Sekundärrad des Wandlers 4 treibt über die Zahnräder 22, 23, 24 auf die Ausgangswelle
I2 in gleichem Drehsinn, aber mit stärkerer Untersetzung wie der Wandler 5, wenn
dessen Sekundärwelle über die Doppelklauenkupplung 25 an das Zahnrad 24 angeschlossen
ist. Die rechte Endstellung der Klauenkupplung ist also die normale Betriebsstellung
für Fahrt voraus in zwei Geschwindigkeitsstufen. Durch Umlegen des Hebels 26 nach
links bleiben die Betriebsverhältnisse für den Wandler. erhalten, während die Drehrichtung
der Sekundärwelle des Wandlers 5 über die Zahnräder 27, 28, 22, 23 und 24 umgekehrt
und außerdem ihre Drehzahl stärker untersetzt wird.
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Es ist somit auch bei diesem Getriebe je nach der Stellung des Hebels
26 ein Vorwärtsbetrieb in zwei verschiedenen Geschwindigkeitsstufen oder ein langsamer
Vorwärts- und Bremsbetrieb (bzw. Rückwärtsbetrieb) für schwierigste Geländeverhältnisse
möglich.
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Die Ausführung nach Abb. 7 unterscheidet sich nicht wesentlich von
der nach Abb. 6. Es werden hier lediglich die beiden Wandler q. und 5 in entgegengesetztem
Drehsinn angetrieben, so daß das Umkehrzahnrad 23 zwischen den Zahnrädern 27
und
28 angeordnet werden kann. Der Wandler 4 treibt stets langsam vorwärts, während
der Wandler 5 in der rechten Endstellung der Klauenkupplung schnell vorwärts und
in der linken Endstellung der Klauenkupplung langsam rückwärts treibt oder zu treiben
sucht, also bremst.
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In Abb. 8 und 9 ist noch schematisch eine Ausführungsform für die
Anordnung und Führung der Schalthebel gezeigt. Mit 29 ist hierbei der Getriebeschalthebel
bezeichnet, durch dessen Betätigung etwa das Füllen und Leeren der einzelnen Strömungskreisläufe
eingeleitet wird. 0 bedeutet hierbei beide Kreisläufe entleert, I = Wandler 4 gefüllt,
Wandler 5 entleert, und II = Wandler 5 gefüllt und Wandler 4 entleert. Mit 3o ist
der Schalthebel für den Bremsgang bzw. Rückwärtsgang bezeichnet. Er ist in dem gleichen
Schlitz 3I geführt wie der Schalthebel 29 und befindet sich entweder in der Vorwärtsstellung
V oder in der Bremsstellung bzw. Rückwärtsstellung R. Der Schlitz ist nur so breit,
daß die beiden Hebel nicht aneinander vorbeigeführt werden können. Zum Umstellen
des Bremshebels 3o muß vielmehr zuerst der Getriebeschalthebel in die Leerlaufstellung
0 gebracht werden. Durch diese Maßnahme werden Fehlschaltungen vermieden.