DE19536987A1 - Method for steering a two-band soil compaction device and soil compaction device - Google Patents
Method for steering a two-band soil compaction device and soil compaction deviceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The invention relates to a method according to the Oberbe Handle of claim 1 and a device according to the Preamble of claim 5.
Bodenverdichtungsvorrichtungen insbesondere Straßenwal zen, werden für die Verdichtung von Bodenschichten z. B. während des Straßenbaus verwendet. Es werden hier z. B. im Unterbau ungebundene Schichten, wie Kiesschichten, . . . bzw. im Oberbau gebundene Schichten wie Asphalt, . . . verdichtet. Zum Verdichten wird die Bodenverdichtungsvorrichtung auf den zu verdichtenden Schichten hin- und hergefahren. Es gibt Bo denverdichtungsvorrichtungen, welche mittels einer in Fig. 1a dargestellten Knicklenkung oder einer in Fig. 1b dargestellten Schemellenkung lenkbar sind. Die Darstellungen in den Fig. 1a und 1b sind stark vereinfacht und zeigen nur die für den Lenkvorgang notwendigen Elemente schema tisch. Soil compaction devices, especially road rollers, are used for compaction of soil layers, e.g. B. used during road construction. There are z. B. in the substructure unbound layers, such as gravel layers. . . or layers bound in the superstructure such as asphalt,. . . condensed. For compaction, the soil compaction device is moved back and forth on the layers to be compacted. There are soil compaction devices which can be steered by means of an articulated steering system shown in FIG. 1a or a steering system shown in FIG. 1b. The representations in FIGS. 1a and 1b are greatly simplified and show only the elements necessary for the steering process schematically.
Eine Bodenverdichtungsvorrichtung 1 mit Knicklenkung (Fig. 1a) weist lediglich einen einzigen Drehpunkt 2 auf, mit dem die beiden Bandagen 3a und 3b gegeneinander zum Kur venfahren verschwenkt werden können. Die schemelgelenkte Bo denverdichtungsvorrichtung 5 (Fig. 1b) weist zwei in der Maschinenlängsachsenrichtung um einen Abstand a voneinander distanzierte Drehpunkte 7 und 9 am Maschinengestell 11 für die beiden Bandagen 13a und 13b auf. Nachfolgend wird ledig lich auf die Bodenverdichtungsvorrichtung 5 mit Schemellen kung eingegangen.A soil compacting device 1 with articulated steering ( Fig. 1a) has only a single pivot point 2 , with which the two bandages 3 a and 3 b can be pivoted against each other for the spa treatment. The articulated bottom compression device 5 ( FIG. 1b) has two pivot points 7 and 9 on the machine frame 11 for the two bandages 13 a and 13 b that are spaced apart from one another in the machine longitudinal axis direction by a distance a. Below is only Lich on the soil compaction device 5 with Schemellen kung.
Zu einer Kurvenfahrt, wie in Figur Ib und 2 gezeigt, werden bei der Schemellenkung die vordere und hintere Banda ge 13a und 13b synchron gegeneinander um den Kurvenwinkel τ verschwenkt. Für eine gute Bodenverdichtung ist es nun oft mals notwendig, direkt bis an ein seitliches Hindernis bzw. eine Begrenzung 15 (Mauer, Bordstein, . . . ) heran den Boden zu verdichten. Soll nun von dieser Begrenzung 15 seitlich weggefahren werden, so ist dies nicht ohne weiteres möglich, da, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die in Fahrtrichtung 23 hintere Bandage 13b in die Begrenzung 15 hineinfahren würde. Der Walzenführer umgeht diese Schwierigkeit, indem er eben nicht, wie gewünscht, bis dicht an die Begrenzung 15 heran fährt.Shown to a cornering as shown in FIG Ib and 2, in the fifth-wheel steering, the front and rear Banda ge 13 a and 13 b synchronously against each other τ pivoted about the cam angle. For good soil compaction, it is now often necessary to compact the soil right up to a side obstacle or boundary 15 (wall, curb,...). If it is now to be moved laterally away from this boundary 15 , this is not readily possible since, as shown in FIG. 2, the bandage 13 b in the direction of travel 23 b would move into the boundary 15 . The roller operator avoids this difficulty by not moving as close to the limit 15 as desired.
Aufgabe der Erfindung ist es, dem Walzenführer zu ge statten, Bodenschichten bis nahe an eine Begrenzung heran zu verdichten und von dieser dann problemlos seitlich, insbe sondere ohne erkennbare "Schlangenlinienbewegung" wegzufah ren.The object of the invention is to provide the roller guide allow soil layers to come close to a boundary compress and then easily from the side, esp especially to leave without a recognizable "serpentine movement" ren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Bandagen der Bodenverdichtungsvorrichtung mit einem selbsttätigen Ver stellmechanismus erfolgt, bei dem die Verstellung der einen Bandage von der Verstellung der andern nichtlinear abhängt. Hierdurch kann von einem spurtreuen in ein hundegangartiges Fahrverhalten übergegangen werden, wobei dann die beiden Bandagen seitlich gegeneinander versetzt sind und die nach laufende Bandage einen vorgegebenen Abstand von der Begren zung erreicht. Es können nun für ein Wegfahren von der Be grenzung die beiden Bandagen eingeschwenkt werden, ohne daß die hintere Bandage, wie in Fig. 2 angedeutet, in die Be grenzung hineinfahren würde. Durch den unten beschriebene Verschwenkungsvorgang wird beim Übergang in den Hundegang die gewählte Fahrtrichtung des Walzenfahrzeugs aufrechter halten. D.h. bei einem beispielsweise geraden Verfahren entlang einer Begrenzung, wird auch während des Übergangs in den Hundegang gerade, ohne erkennbare Schlangenlinie weiter gefahren. Auch bei einer Kurvenfahrt ist der Übergang in den Hundegang und wieder zurück in das spurtreue Verfahren gemäß den untenstehenden Ausführungen mit der Einhaltung einer bereits gewählten Fahrtrichtung möglich. Auch kann während des Übergangs in den Hundegang die Fahrtrichtung geändert werden. Eine Schlangenlinienbewegung würde sich ergeben. wenn z. B. ein Walzenführer versuchen würde, durch getrennte Lenkeinheiten die vordere und die hintere Bandage getrennt zu verschwenken, um eine hundegangartige Fahrweise zu errei chen.The object is achieved in that the bandages of the soil compaction device is carried out with an automatic adjustment mechanism in which the adjustment of the one bandage depends on the adjustment of the other nonlinearly. As a result, it is possible to switch from a directional stability to a crab-like driving behavior, in which case the two bandages are laterally offset from one another and the running bandage reaches a predetermined distance from the limit. It can now be pivoted in for a departure from the loading bandages without the rear bandage, as indicated in Fig. 2, would drive into the loading limit. Due to the pivoting process described below, the selected direction of travel of the roller vehicle is maintained when transitioning to dog walking. This means that, for example, in a straight process along a boundary, the vehicle continues to drive straight ahead, even without a recognizable serpentine line. Even when cornering, the transition to crab walking and back again to the on-track procedure according to the explanations below is possible with compliance with an already selected direction of travel. The direction of travel can also be changed during the transition to crab walking. A serpentine movement would result. if e.g. B. a roller operator would try to separately pivot the front and rear drum by separate steering units in order to achieve a crab-like driving style.
Der Ausdruck "ohne erkennbare Schlangenlinie" wird ver wendet, wohl wissend, daß jede Steuerung aufgrund ihrer Re gelgröße eine Schlangenlinie erzeugen muß. Diese regelungs typische Schlangenlinie wird nicht in Betracht gezogen, da deren Amplitude in der Regel nicht erkennbar ist und auch in keinem Verhältnis zu den Auslenkungen steht, wie sie durch die getrennte händische Lenkung der beiden Bandagen erfolgen würde.The expression "without a recognizable serpentine line" is used , knowing that every control system, due to its re gel size must create a serpentine line. These regulations typical serpentine line is not considered because whose amplitude is usually not recognizable and also in bears no relation to the deflections as they go through the separate manual steering of the two bandages takes place would.
Der Ausdruck "Hundegang" wurde der Anschaulichkeit wegen gewählt. Ein Hund kann nämlich beim Laufen sein Hinterteil seitlich gegen seine Vorderbeine versetzen und dennoch gera deaus sowie eine von ihm gewünschte Kurve laufen.The term "dog walk" was used for clarity chosen. A dog can have its rear end when running move sideways against his front legs and still straight deaus and a curve desired by him.
Im folgenden werden Beispiele des erfindungsgemäßen Ver fahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Beschreibungstext. Es zeigen:The following are examples of the Ver driving and the device according to the invention based on Drawings explained in more detail. Further advantages of the invention result from the following description. It demonstrate:
Fig. 1a eine schematische Darstellung der Bandagenverstel lung einer Verdichtungsvorrichtung mit Knicklenkung und Fig. 1a is a schematic representation of the bandage adjustment a compression device with articulated steering and
Fig. 1b mit Schemellenkung, FIG. 1b with stool steering,
Fig. 2 eine Verdichtungsvorrichtung mit Schemellenkung an einer Begrenzung der zu verdichtenden Schichten in Kurvenfahrt, Fig. 2 is a compacting device with stool steering on a boundary of the layers to be compacted in cornering,
Fig. 3 eine schematisch dargestellte Verdichtungsvorrichtung im Hundegang in Geradeausfahrt, Fig. 3 is a compacting apparatus illustrated schematically in the crab steering straight ahead,
Fig. 4 in Kurvenfahrt sowie in den Fig. 4 in cornering and in the
Fig. 5a und 5b bei einem Übergang von der spurtreuen Ver fahrweise in den Hundegang und in FIGS. 5a and 5b in a transition from the truer Ver driving in the crab and in
Fig. 6 hierzu eine trigonometrische Darstellung mit Funk tionselementen der Vorrichtung sowie Fig. 6 shows a trigonometric representation with func tion elements of the device and
Fig. 7 ein Einstelltableau zur Einstellung einiger Funktio nen der Verdichtungsvorrichtung, insbesondere des Hundegangs. Fig. 7 is a setting panel for setting some functio NEN the compacting device, especially the crab.
Zur Erläuterung der Lenkverhältnisse bei einem hunde gangartigen Verfahren einer Bodenverdichtungsvorrichtung, hier ein Walzenfahrzeug 5, wird von einem spurtreuen Fahren, wie z. B. in den Fig. 2 und 5a dargestellt, ausgegangen.To explain the steering conditions in a canine-like method of a soil compaction device, here a roller vehicle 5 , is a track-true driving, such as. B. shown in FIGS. 2 and 5a, assumed.
Bei einer Geradeausfahrt sind die Lenkwinkel α und B zwischen einer Senkrechten 21a bzw. 21b auf der jeweiligen Bandagenachse 19a bzw. 19b und einer Senkrechten 22a bzw. 22b auf der Maschinenachse 17 für die vordere und hintere Bandage 13a und 13b gleich 90°. Bei der in Fig. 2 darge stellten Kurvenfahrt ist dannWhen driving straight ahead, the steering angles α and B are between a vertical 21 a and 21 b on the respective drum axis 19 a and 19 b and a vertical 22 a and 22 b on the machine axis 17 for the front and rear drum 13 a and 13 b equals 90 °. When Darge presented in Fig. 2 is then
α = 90° + τ und
β = 90° - τ,α = 90 ° + τ and
β = 90 ° - τ,
wobei τ als Kurvenwinkel bezeichnet wird.where τ is called the curve angle.
Werden nun die beiden Bandagen 13a und 13b bei einer Ge radeausfahrt seitlich gegeneinander versetzt, d. h. in den Hundegang gebracht, wie in Fig. 3 dargestellt ist, so erge ben sich die Lenkwinkel α und β mit τ = 0 zuIf the two bandages 13 a and 13 b are laterally offset against each other during a Ge radeausfahrt, ie brought into the crab, as shown in Fig. 3, the steering angles α and β result with τ = 0
α = β = 90° + δ,α = β = 90 ° + δ,
wobei δ der "Hundegangwinkel" ist.where δ is the "crab angle".
Eine Kurvenfahrt in Hundegang, wie in Fig. 4 darge stellt, ist dann eine Überlagerung der obigen Lenkvorgänge. Die Lenkwinkel α und β sind dannA cornering in crab, as shown in Fig. 4 Darge is then a superimposition of the above steering processes. The steering angles are then α and β
α = 90° + τ + δ und
β = 90° - τ + δα = 90 ° + τ + δ and
β = 90 ° - τ + δ
Um nun von der Begrenzung 15 seitlich wegzufahren, ohne in diese hineinzufahren, muß das Walzenfahrzeug 5, wie in den Fig. 5a und 5b schematisch dargestellt ist, von der spurtreuen Verfahrart in den Hundegang gebracht werden, bei dem die in Fahrtrichtung 23 hintere Bandage 13b gegenüber der vorderen 13a von der Begrenzung 15 um einen Abstand d distanziert ist. Fig. 5a zeigt die Ausgangsposition mit den beiden der Begrenzung 15 benachbarten Bandagen 13a und 13b. Fig. 5b zeigt den Endzustand, in dem das Walzenfahrzeug 5 im Hundegang entlang der Begrenzung 15 mit einem Abstand d der hinteren Bandage 13b bewegbar ist. In order to move laterally away from the boundary 15 without going into it, the roller vehicle 5 , as is shown schematically in FIGS. 5a and 5b, must be brought into the crab by the track-accurate method of travel, in which the drum 13 in the direction of travel 23 b is distanced from the boundary 15 by a distance d from the front 13 a. Fig. 5a shows the starting position with both of the boundary 15 adjacent bandages 13 a and 13 b. Fig. 5b shows the final situation in which the rolling vehicle 5 d along the boundary 15 in the dog gear with a distance between the rear drum 13 b is movable.
Um nun in diesen Hundegang zu kommen, sind die Banda gen 13a und 13b zu verstellen, wobei während des Verstell vorgangs die in Fahrtrichtung 23 vordere 13a und die hintere Bandage 13b zur Maschinenachse 17 gegenüber dem Zustand in den Fig. 3 und 5b unterschiedliche Verschwenkungswinkel δh und δv aufweisen.In order to get into this crab, the banda conditions 13 a and 13 b are to be adjusted, whereby during the adjustment process the front 13 a in the direction of travel 23 and the rear bandage 13 b to the machine axis 17 compared to the state in FIGS. 3 and 5b have different pivot angles δ h and δ v .
Die Verstellung der Verschwenkungswinkel δh und δv soll anhand von Fig. 6 erläutert werden. Fig. 6 zeigt schema tisch mit ausgezogenen Linien die Position der beiden Banda genachsen 19a und 19b gemäß Fig. 4a ("spurgetreuer" Aus gangszustand). Der Abstand der beiden Bandagenachsen 19a und 19b voneinander ist a; genauer gesagt der Abstand der beiden Drehpunkte 7 und 9. Ist nun die hintere Bandagenachse 19b um den Verschwenkungswinkel δh verstellt und mit dieser Banda ge 13b die Strecke b gefahren worden, so muß die vordere Bandagenachse 19b dann um den Verschwenkungswinkel δv ver schwenkt sein, ansonsten würde die vordere Bandage 13a nicht mehr an der Begrenzung 15 entlang fahren. Gemäß den Gesetzen des schiefwinkligen Dreiecks [siehe z. B. Hütte des Inge nieurs Taschenbuch, 28. Auflage, Theoretische Grundlagen, Berlin 1955, Seite 73] folgtThe adjustment of the pivoting angles δ h and δ v will be explained with reference to FIG. 6. Fig. 6 shows schematically with solid lines, the position of the two Banda genachsen 19 a and 19 b according to Fig. 4a ("true to track" from the initial state). The distance between the two drum axes 19 a and 19 b from each other is a; more precisely, the distance between the two pivot points 7 and 9 . If the rear drum axis 19 b has been adjusted by the pivoting angle δ h and the distance b has been traveled with this banda ge 13 b, the front drum axis 19 b must then be pivoted by the pivoting angle δ v , otherwise the front drum 13 a no longer drive along boundary 15 . According to the laws of the oblique-angled triangle [see e.g. B. Hütte des Inge nieurs Paperback, 28th edition, Theoretical Foundations, Berlin 1955, page 73] follows
sin δv = (b/a)·sin δh (Sinunssatz)sin δ v = (b / a) sin δ h (sin theorem)
Gemäß dieser Beziehung ist nun die Bandagenachse 19a der vorderen Bandage 13a entsprechend der Verschwenkung der hin teren Bandagenachse 19b zu verschwenken. Die inkrementell kleinen Verschwenkungswinkeländerungen werden nun in Abhän gigkeit des inzwischen jeweils zurückgelegten Weges b der hinteren Bandage 13b so groß gewählt, daß aufgrund der hier durch auf dem zu verdichtenden Boden einwirkenden Scherkräf te keine Rißbildung auftreten kann.According to this relationship, the drum axis 19 a of the front drum 13 a is to be pivoted in accordance with the pivoting of the rear drum axis 19 b. The incrementally small pivot angle changes are now so large depending on the distance b in the meantime covered the rear drum 13 b that due to the here acting on the soil to be compacted shear forces no cracking can occur.
Bei Erreichen des gewünschten seitlichen Versatzes d für den Hundegang, wie er in Fig. 4b dargestellt ist, sind ge mäß obigen Ausführungen die beiden Verschwenkungswinkel α und β gleich groß.Upon reaching the desired lateral offset d for the crab, as shown in Fig. 4b, according to the above statements, the two pivot angles α and β are equal.
δ = δh, end = arc [sin (d/b)]δ = δ h, end = arc [sin (d / b)]
Je nach gewünschter Schnelligkeit zum Erreichen des seitlichen Versatzes d und der Scherbeanspruchbarkeit des zu verdichtenden Bodens können Verschwenkungswinkel δh und δv der vorderen und hinteren Bandage 13a und 13b eingestellt werden, welche über dem Verschwenkungsendwinkel δh, end (= Hundegangwinkel δ) liegen. Es ist jedoch bei dem zeitlichen Ablauf des Verstellvorgangs darauf zu achten, daß bei Errei chen der gewünschten Hundegangposition (Abstand d) der Ver schwenkungswinkel δv den Winkel δh, end ohne Überschreitung der maximalen Scherbeanspruchung des Bodens zu erreichen hat.Depending on the desired speed to achieve the lateral offset d and the shear resistance of the soil to be compacted, pivoting angles δ h and δ v of the front and rear bandages 13 a and 13 b can be set, which are above the pivoting end angle δ h, end (= crab angle δ) lie. However, it should be ensured in the course of the adjustment process that when the desired crab position is reached (distance d), the pivoting angle δ v has to reach the angle δ h without exceeding the maximum shear stress on the ground.
Der Hundegang wird immer derart eingestellt, daß die in Fahrtrichtung 23 jeweils hintere 13b Bandage gegenüber der Begrenzung 15 distanziert ist.The crab is always set in such a way that the rear 13 b bandage in the direction of travel 23 is spaced from the boundary 15 .
Aufgrund der Regelungsgröße des Verschwenkungsystems ist immer eine sog. Regelabweichung vorhanden. Diese Regelabwei chung sollte vorteilhafterweise experimentell ermittelt wer den und dann entsprechend der Verschwenkung der vorderen Bandage überlagert werden. Ein verbleibender Fehler kann vom Walzenführer durch geringes Kurvenfahren ausgeglichen wer den.Due to the regulation size of the swivel system there is always a so-called control deviation. This rule deviation chung should advantageously be determined experimentally the and then according to the pivoting of the front Bandage to be overlaid. A remaining error can be from Roller guide compensated by slight cornering who the.
Zur Ausführung des oben beschriebenen Hundegangs hat je de Bandage 13a und 13b eine Verschwenkeinrichtung 25a bzw. 25b zum Verschwenken der Bandagenachsen 19a bzw. 19b sowie je eine Meßeinrichtung 27a, 27b, 29a bzw. 29b zur Messung des tatsächlichen Ist-Verschwenkungswinkel δh und δv sowie des mit der betreffenden Bandage zurückgelegten Wegs b. Die Verschwenkeinrichtungen 25a und 25b sowie die Meßeinrich tungen 27a, 27b, 29a und 29b sind mit einer Steuereinheit 31 verbunden, welche entsprechend den obigen Ausführungen die Vorgaben für die Soll-Verschwenkungswinkel entsprechend der Meßwerte vorgibt. Wie in Fig. 6 schematisch angedeutet wirkt auf diese Steuereinheit 31 eine Lenkeinheit 33, mit der gemäß Fig. 4 auch ein Kurvenfahren im Hundegang, beim Übergang in den Hundegang sowie im spurgetreuen Fahren durch eine "Lenkung" durch den Walzenführer möglich ist.To carry out the crab described above each de bandage 13 a and 13 b has a pivoting device 25 a and 25 b for pivoting the bandage axles 19 a and 19 b as well as a measuring device 27 a, 27 b, 29 a and 29 b for Measurement of the actual pivot angle δ h and δ v as well as the distance covered with the bandage in question b. The pivoting devices 25 a and 25 b and the measuring devices 27 a, 27 b, 29 a and 29 b are connected to a control unit 31 which, in accordance with the above statements, specifies the specifications for the desired pivoting angle in accordance with the measured values. As indicated schematically in FIG. 6, this control unit 31 is acted upon by a steering unit 33 with which, according to FIG. 4, cornering in dog walking, when changing to dog walking and in lane-true driving is also possible by "steering" by the roller operator.
Um den Walzenführer von unnötigen Bedienungungsvorgängen zu entlasten und um dessen Aufmerksamkeit auf den zu ver dichtenden Bereich sowie dessen Begrenzungen zu richten, ist ein mit der Steuereinheit 31 verbundenes, in Fig. 7 darge stelltes Eingabetableau 35 vorhanden. Dieses Eingabetab leau 35 weist neun in drei Reihen angeordnete Tastenfel der 37a bis 37i auf. Mit den obersten drei Tastenfeldern 37a bis 37c wird der Schwingungszustand der Bandagen 13a und 13b eingestellt. Die in der mittleren Reihe angeordneten Tasten felder 37d bis 37f dienen zur Einstellung der Wasserberiese lung der Bandagen 13a und 13b. Die untersten Tastenfelder 37g bis 37i werden zur Einstellung des Hundegangs ver wendet. Mit dem Tastenfeld 37g wird ein Abstand d analog zur Fig. 6 der hinteren Bandage 13b links und mit dem Tasten feld 37i rechts von einer Begrenzung 15 erzeugt. Mit dem mittleren Tastenfeld 37h wird der Übergang vom Hundegang in eine spurtreue Fahrweise vorgenommen.In order to relieve the roller operator of unnecessary operations and to direct his attention to the area to be compacted and its boundaries, an input panel 35 connected to the control unit 31 shown in FIG. 7 is provided. This input table leau 35 has nine keypads of 37 a to 37 i arranged in three rows. With the uppermost three key fields 37 a to 37 c the vibration state of the bandages 13 a and 13 b is set. The arranged in the middle row of key fields 37 d to 37 f are used to adjust the water treatment of the bandages 13 a and 13 b. The lowest keypads 37 g to 37 i are used to adjust the crab. With the keypad 37 g, a distance d is generated analogously to FIG. 6 of the rear bandage 13 b on the left and with the keypad 37 i on the right of a boundary 15 . With the middle keypad 37 h the transition from dog walking to a directional driving style is made.
Der Einfachheit halber wird in einer bevorzugten Ausfüh rungsvariante der Abstand d des Hundegangs maschinentypmäßig bereits bei der Montage eingestellt. Es kann aber auch mit entsprechenden (nicht dargestellten) Eingabeelementen ein Hundegang gewünschten Abstands erzeugt werden.For convenience, in a preferred embodiment variant, the distance d of the dog walking machine-type already set during assembly. But it can also be used corresponding input elements (not shown) Dog gear desired distance can be generated.
Die Verstellung der Bandagenachsen 19a und 19b um den betreffenden Verschwenkungswinkel δh und δv erfolgt in be vorzugter Weise über hydraulische (nicht dargestellte) Kol benzylindereinheiten; es können aber auch andere Verstell einheiten, wie z. B. ein Überlagerungsgetriebe, ein elektri scher Antrieb, . . . verwendet werden.The adjustment of the drum axles 19 a and 19 b about the relevant pivot angle δ h and δ v is preferably carried out via hydraulic (not shown) piston cylinder units; but it can also other adjustment units, such as. B. a superposition gear, an electrical shear drive,. . . be used.
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