DE2433990A1 - DIFFERENTIAL GEARS IN PARTICULAR FOR LOCOMOTIVES - Google Patents
DIFFERENTIAL GEARS IN PARTICULAR FOR LOCOMOTIVESInfo
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Description
Differentialgetriebe insbesondere für LokomotivenDifferential gear especially for locomotives
Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebsübertragungssystem für Eisenbahnfahrzeuge und insbesondere auf Übertragungssysteme für durch ein Gasturbinentriebwerk angetriebene Fahrzeuge.The invention relates to a drive transmission system for Railway vehicles and in particular to transmission systems for Vehicles propelled by a gas turbine engine.
Jedes Drehgestell einer Lokomotive besitzt üblicherweise zwei Wellen die beide angetrieben sind, und es besteht daher die Forderung, daß keine mechanische Verbindung zwischen den beiden angetriebenen Wellen besteht, um eine Drehmomentblockierung zwischen den Wellen zu vermeiden. Ein Verfahren das dieser Forderung gerecht wird besteht darin, jeweils einen Elektromotor auf jede Welle anzubringen und ihn von einem Wechselstromgenerator auf der Lokomotive anzutreiben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein einziges Gasturbinentriebwerk mit zwei mechanisch unabhängigen Ausgängen vorzusehen. Each bogie of a locomotive usually has two shafts that are both driven, and there is therefore the requirement that there is no mechanical connection between the two driven shafts to prevent torque blocking between to avoid the waves. One method that meets this requirement is to mount an electric motor on each shaft and powered by an alternator on the locomotive. Another option is to use a single Provide gas turbine engine with two mechanically independent outputs.
Die Erfindung sieht ebenfalls eine einzige Kraftquelle, z.B. eine Gasturbine vor, die die beiden Wellen über ein Differentialgetriebe antreibt, wobei das Differentialgetriebe so ausgebildet ist, daß ein gewisser Schlupf zwischen den beiden Abtriebswellen stattfinden kann.The invention also provides a single power source, such as a gas turbine, which drives the two shafts through a differential gear drives, wherein the differential gear is designed so that a certain slip take place between the two output shafts can.
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Gemäß der Erfindung ist ein Differentialgetriebe mit einem Gehäuse und wenigstens zwei Paaren miteinander kämmender Zahnräder vorgesehen, die in dem Gehäuse drehbar sind, wobei außerdem zwei Abtriebsräder vorgesehen sind und je eines der miteinander kämmenden Zahnrädern mit einem der Abtriebsräder kämmt und wobei eine ölzuführung vorgesehen ist, um öl den Paaren miteinander kämmender Zahnräder zuzuführen und wobei dieses öl dann nach einer Stelle außerhalb des Gehäuses ausgestoßen wird.According to the invention, a differential gear with a housing and at least two pairs is more meshing with one another Gears are provided which are rotatable in the housing, wherein two output gears are also provided and each one of the meshing gears with one of the driven gears and wherein an oil supply is provided to the oil To supply pairs of meshing gears and this oil then ejected to a point outside the housing will.
Das öl kann über einen Kanal in einer Welle, die mit einem der Abtriebsräder verbunden ist, mit einer geschlossenen Kammer innerhalb des Gehäuses in Verbindung stehen. Das Öl kann dann über Rückschlagventile beiden Seiten der miteinander kämmenden Zahnradpaare zugeführt werden. Das öl kann aus dem Gehäuse über öffnungen oder Druckventile abgeführt werden.The oil can pass through a channel in a shaft that connects to a the output gears are connected to a closed chamber within the housing in communication. The oil can then are fed to both sides of the meshing gear pairs via check valves. The oil can overflow from the housing openings or pressure valves are discharged.
Das öl kann auch dem Zahnrad zugeführt werden, welches zwischen den Abtriebsrädern und dem Zahnradpaar angeordnet ist und es können geeignete Zahlen von Paaren miteinander kämmender Zahnräder für jedes Abtriebsrad vorgesehen werden.The oil can also be fed to the gear wheel, which is between the output gears and the gear pair is arranged and there can be suitable numbers of pairs of meshing gears be provided for each output gear.
Das Differentialgetriebe ist vorzugsweise als Stirnradgetriebe ausgebildet, wobei die miteinander kämmenden Zahnradpaare Stirnräder sind, deren Lager im Gehäuse angeordnet sind. Das Gehäuse wird durch eine Kraftquelle vorzugsweise in Gestalt eines Gasturbinentriebwerks angetrieben.The differential gear is preferably a spur gear formed, wherein the meshing gear pairs are spur gears, the bearings of which are arranged in the housing. The case is driven by a power source, preferably in the form of a gas turbine engine.
Die Stirnräder besitzen Fortsätze, die mit entsprechenden Abtriebsrädern kämmen und die Wellen auf denen die Abtriebsräder gelagert sind, können die Wellen eines Antriebsdrehgestells antreiben.The spur gears have extensions that correspond to the output gears mesh and the shafts on which the driven gears are mounted, the shafts of a drive bogie drive.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing.
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- 3 -In der Zeichnimg zeigen: - 3 - In the drawing show:
Pig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Ausführungsform eines Stirnrad-Differentialgetriebes; Pig. 1 shows a schematic representation of a known embodiment of a spur gear differential gear;
Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht des Differentialgetriebes nach Figur 1;FIG. 2 is a partial perspective view of the differential gear according to FIG. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Differentialgetriebes gemäß der Erfindung;3 is a sectional view of an embodiment of a Differential gear according to the invention;
Fig. 4 eine Teilstirnansicht des Differentials nach Figur J5J .Fig. 4 is a partial front view of the differential of Figure J5J.
Fig. 5 , eine Grundrißansicht eines Teils des Differentials nach Figur 3 und 4;Figure 5 is a plan view of part of the differential according to Figure 3 and 4;
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 gemäß Figur 5·6 shows a section along the line 6-6 according to FIG.
Das Differentialgetriebe 10 gemäß Figur 1 und 2 besitzt zwei Sonnenräder 12 und 14, die auf Antriebswellen 16 bzw. 18 sitzen, die im Gehäuse 20 drehbar gelagert sind. Außerdem sind im Gehäuse 20 zwei Zwischenradpaare 22, 24 drehbar gelagert, die < auf Vorlegewellen 22a, 24a sitzen und jeweils zwei Stirnräder 22b, 22c bzw. 24b, 24c aufweisen. Das Sonnenrad 12 kämmt mit dem Stirnrad 22b und das Stirnrad 22c kämmt mit dem Stirnrad 24b und das Stirnrad 24c kämmt mit dem Sonnenrad 14. Das Gehäuse 10 wird durch nicht dargestellte Mittel um die Achse A-A angetrieben und, obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt, sind weitere Zahnverbindungen um den Umfang der Sonnenräder 12, 14 angeordnet.The differential gear 10 according to Figures 1 and 2 has two sun gears 12 and 14, which sit on drive shafts 16 and 18, respectively, which are rotatably mounted in the housing 20. In addition, two pairs of intermediate gears 22, 24 are rotatably mounted in the housing 20, the < sit on countershafts 22a, 24a and each have two spur gears 22b, 22c and 24b, 24c. The sun gear 12 meshes with the spur gear 22b and the spur gear 22c meshes with the spur gear 24b and the spur gear 24c meshes with the sun gear 14. The housing 10 is driven about the axis A-A by means not shown and, although not shown in the drawing, Further tooth connections are arranged around the circumference of the sun gears 12, 14.
Wenn das Gehäuse 20 stillgesetzt wird und das Sonnenrad 12 sichWhen the housing 20 is stopped and the sun gear 12 is
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im Uhrzeigersinn dreht, dann drehen sich die Ritzel 22 im Gegenuhrzeigersinn und das Sonnenrad 14 dreht sich ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn. Wenn daher eines der Sonnenräder 12, 14 schneller als das Gehäuse 20 umläuft, dann dreht sich das andere Sonnenrad um einen entsprechenden Betrag langsamer als das Gehäuse.rotates clockwise, then the pinions 22 rotate counterclockwise and the sun gear 14 also rotates counterclockwise. Therefore, if one of the sun gears 12, 14 rotates faster than the housing 20, then that rotates other sun gear slower than the housing by a corresponding amount.
Das auf das Sonnenrad 12 wirkende Drehmoment ist eine Folge des Drucks der Zähne des Ritzels 22b und dieser Druck sucht die Ritzelanordnung 22 mit ihrer Welle 22a zur Drehung zu veranlassen. Dieser Tendenz wirkt der Druck zwischen den Ritzeln 22c und 24b entgegen. Der Druck zwischen den Ritzeln 22c, 24b sucht das Ritzel 24b mit der Welle 24a zu drehen und dieser Tendenz wirkt der Druck zwischen den Zähnen des Ritzels 24c und dem Sonnenrad 14 entgegen. Unter der Annahme, daß die Ritzelanordnungen 22,24 relativ zum Gehäuse 20 feststehen oder sich gleichmäßig im Gehäuse 20 drehen, dann müssen die auf jede Ritzelanordnung wirkenden Drücke gleich sein. Daher müssen alle Drücke, die zwischen Sonnenrädern 12, l4 und den Ritzelanordnungen 22, 24 wirken gleich sein, und das Drehmoment, welches auf die Sonnenräder wirkt und demgemäß auch das auf die Antriebswellen 16,18 wirkende Drehmoment muß gleich sein.The torque acting on the sun gear 12 is a result of the pressure of the teeth of the pinion 22b and this pressure seeks to cause the pinion assembly 22 with its shaft 22a to rotate. This tendency acts the pressure between the Pinions 22c and 24b against. The pressure between the pinions 22c, 24b seeks to rotate the pinion 24b with the shaft 24a and the pressure between the teeth of the pinion 24c and the sun gear 14 counteracts this tendency. Assuming that the Pinion assemblies 22,24 are fixed relative to the housing 20 or rotate evenly in the housing 20, then the must on each Pinion arrangement acting pressures be the same. Therefore, all pressures between sun gears 12, l4 and the pinion assemblies 22, 24 act to be the same, and the torque that acts on the sun gears and accordingly also that on the drive shafts 16.18 effective torque must be the same.
Bei der Betrachtung der Möglichkeit des Antriebs zweier Eisenbahnantriebswellen durch ein mechanisches Getriebe liegt eine Schwierigkeit darin, daß dann wenn die angetriebenen Räder auch nur geringe Durchmesserunterschiede aufweisen, sich ein Drehmoment zwischen den Wellen aufbaut, so daß eine Welle sich in der falschen Richtung zu drehen sucht, und die andere Welle mit einer zu großen Drehzahl vorwärtsläuft.When considering the possibility of driving two railroad drive shafts a problem with a mechanical transmission is that if the driven wheels also have only small differences in diameter, a torque builds up between the shafts, so that a shaft is in is trying to turn in the wrong direction and the other shaft is moving forward at too high a speed.
Eine Lösung dieses Problems besteht darin, ein Differentialgetriebe gemäß Figur 1 und 2 zu benutzen. Eine solche AnordnungOne solution to this problem is to use a differential gear according to Figure 1 and 2 to use. Such an arrangement
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hat jedoch den Nachteil, daß das Drehmoment jeweils das Drehmoment der Welle nicht überschreiten kann, deren Räder die geringste Adhäsion haben. Wenn ein Rutschen einer Welle auftritt, dann wird die die durchrutschenden Räder tragende Welle auf sehr hohe Drehzahlen beschleunigt weil der Gleitreibungskoeffizient wirksam wird und nicht der Haftreibungskoeffizient, so daß sich eine sehr viel geringere Reibungskraft ergibt und die Folge davon kann ein Verbrennen der Schienen sein.however, it has the disadvantage that the torque cannot exceed the torque of the shaft, its wheels have the least adhesion. When shaft slip occurs, the one that bears the slipping wheels Shaft accelerates to very high speeds because of the coefficient of sliding friction becomes effective and not the coefficient of static friction, so that there is a much lower frictional force and the result may be burning of the rails.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 3 Dis β beschrieben, worin ein Stirnrad-Umlaufrädergetriebe gezeigt ist, welches in bestimmter Weise abgewandelt wurde, um derartige Probleme zu lösen.The present invention is described below with reference to FIG Figure 3 Dis β described, wherein a spur-epicyclic gear is shown which has been modified in certain ways to solve such problems.
Im folgenden wird auf Figur 3 Bezug genommen, die der Figur 1 analog ist. Die Einzelteile nach Figur 3 wurden so numeriert, daß sie mit äquivalenten Bauteilen des Differentials gemäß Fig. 1 übereinstimmten und diese äquivalenten Teile arbeiten in der gleichen Weise wie beschrieben und werden deshalb nicht nochmals erläutert.Reference is made below to FIG. 3, which is analogous to FIG. The individual parts according to Figure 3 have been numbered that they matched with equivalent components of the differential of FIG. 1 and these equivalent parts work in the in the same way as described and are therefore not explained again.
Das Gehäuse besteht aus mehreren kreisrunden Platten 30, die mit entsprechenden Ausschnitten versehen sind, um die verschiedenen Sonnenräder, Planetenräder, Wellen und ölkanäle aufnehmen zu können, die in dem Gehäuse eingeschlossen sind. Die Platten 30 werden durch zwei Stirnplatten 32 und drei Spannbolzen y\ in ihrer Lage gehalten, welche letztere zwischen den Stirnplatten verspannt sind. Das Gehäuse ist drehbar in Lagern 36 in einem Getriebekasten 38 gelagert, von dem nur ein Teil dargestellt ist und zwei Zahnkränze 40 sind am Gehäuse 20 über die Stirnplatten 3^ festgelegt. Die Zahnkränze 40 können selektiv von einem nicht dargestellten Motor angetrieben werden. Beispielsweise können die Zahnkränze 40 durch einen MechanismusThe housing consists of several circular plates 30, which are provided with appropriate cutouts to accommodate the various sun gears, planet gears, shafts and oil passages that are enclosed in the housing. The plates 30 are held in their position by two end plates 32 and three clamping bolts y \ , which the latter are clamped between the end plates. The housing is rotatably mounted in bearings 36 in a gear box 38, only a part of which is shown, and two ring gears 40 are fixed on the housing 20 via the end plates 3 ^. The ring gears 40 can be selectively driven by a motor, not shown. For example, the ring gears 40 can be through a mechanism
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angetrieben werden* wie dieser in der britischen Patentanmeldung 22987/72J- dargestellt ist. Hierbei stehen die Zahnkränze 40 ständig in Eingriff mit Stirnrädern, die selektiv an den Motor angeschlossen werden können, wobei einer der Zahnkränze 40 direkt in Eingriff steht, während der andere Zahnkranz 40 mit einem Umlenkrad kämmt, so daß das Gehäuse 20 sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn angetrieben werden kann.are driven * as shown in British patent application 22987/7 2 J-. Here, the ring gears 40 are constantly in engagement with spur gears which can be selectively connected to the motor, one of the ring gears 40 being in direct engagement while the other ring gear 40 meshes with a deflection wheel, so that the housing 20 is clockwise as well as can be driven counterclockwise.
Die Welle 16 besitzt eine Bohrung 50, in die ein hohler Bolzen 52 eingefügt ist, der einen ölkanal 54 bildet, der nur schematisch dargestellt ist und nunmehr beschrieben wird. Hydrauliköl, welches in einem Sumpf 56 enthalten ist, der der gleiche sein kann wie der Sumpf für den Getriebekasten 38 oder wie dargestellt, getrennt hiervon ausgebildet sein kann, wird längs des ölkanals durch eine Umlaufpumpe 58 gepumpt werden, die nur das Gehäuse 20 voll öl hält und das Öl durch den hohlen Zapfen 52 über einen Verbinder βθ und öffnungen in den Stirnplatten J52 der Welle 16 und dem Bolzen 52 eintreten läßt. Ein ölkühler und ein ölentlüfter (nicht dargestellt) sind stromoberseitig des Sumpfes 56 vorgesehen und die Pumpe 58 kann ein nicht dargestelltes Überströmventil besitzen, um zu vermeiden, daß die Pumpe das öl im Gehäuse 20 unter Druck setzt, so daß überschüssiges öl in den Sumpf abgezogen wird. Das öl tritt aus dem Ende der Welle 16 zwischen den Enden der Wellen 16 und 18 nach dem in Eingriff stehenden Ritzelpaar 22c, 22b aus. Wie schematisch in Figur 4 dargestellt, sind drei Paare von Ritzelanordnungen 22, 24 im Abstand um den Umfang der Sonnenräder 12, 14 angeordnet und Hydrauliköl wird den in Eingriff stehenden Ritzeln jedes Paares zugeführt. Einzelheiten der hydraulischen Shaltung sind nur für ein Paar in Eingriff stehender Ritzel 22c, 24b dargestellt (Figur 6).The shaft 16 has a bore 50 into which a hollow bolt 52 is inserted, which forms an oil channel 54, which is only schematically is shown and will now be described. Hydraulic oil contained in a sump 56 can be the same can like the sump for the gear box 38 or as shown, can be formed separately from this, is pumped along the oil channel by a circulation pump 58, which only Housing 20 holds full of oil and the oil through the hollow pin 52 Via a connector βθ and openings in the end plates J52 the shaft 16 and the bolt 52 can enter. An oil cooler and an oil vent (not shown) are at the top of the power supply of the sump 56 is provided and the pump 58 can not Have illustrated overflow valve in order to avoid that the pump sets the oil in the housing 20 under pressure, so that excess oil is withdrawn into the sump. The oil comes out of the End of shaft 16 between the ends of shafts 16 and 18 after the engaged pinion pair 22c, 22b. How schematic Shown in FIG. 4 are three pairs of pinion arrangements 22, 24 spaced around the circumference of the sun gears 12, 14 and hydraulic oil is supplied to the engaged pinion gears of each pair. Details of the hydraulic circuit are only shown for a pair of meshing pinions 22c, 24b (Figure 6).
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In Bezug auf jedes Paar in Eingriff stehender Ritzel 22c, 24b sind zwei Rückschlagventile 62, 64 vorgesehen, die beide das Hydrauliköl nur aus der Mitte der Welle 16 ausfließen lassen, um öl sowohl dem Einlaß als auch dem Auslaß der kämmenden Ritzel 22c, 24b zuzuführen. Zusätzlich sind 2 Druckentlastungsventile 66, 68 im Gehäuse 20 angeordnet, so daß jeweils ein Druckentlastungsventil auf beiden Seiten der in Eingriff stehenden Ritzel befindlich ist.With respect to each pair of meshing pinions 22c, 24b, two check valves 62, 64 are provided, both of which allow hydraulic oil to flow out only from the center of the shaft 16 to supply oil to both the inlet and outlet of the meshing pinions 22c, 24b . In addition, two pressure relief valves 66, 68 are arranged in the housing 20, so that one pressure relief valve is located on both sides of the pinion gear that is in engagement.
Im Normalbetrieb arbeitet das Differentialgetriebe in gewöhnlicher Weise, wie unter Bezugnahme auf Figur 1 und 2 beschrieben. Dabei wird das Hydrauliköl längs des ölpfades 54 gepumpt und hat keine Wirkung auf die Arbeitsweise des Differentials. Wenn jedoch eine Relativdrehung zwischen den Wellen 16,18 stattfindet, arbeiten die in Eingriff stehenden Ritzel 22c, 24b als hydraulische Zahnradpumpen und das Öl tritt frei an der Saugseite der in Eingriff stehenden Ritzel über das Rückschlagventil 62 ein und wird durch das Rücjschlagventil 64 daran gehindert, nach der Welle zurückzuströmen. Das öl auf der Druckseite wird über das Druökentlastungsventil 68 nach der Außenseite des Gehäuses 20 und dann nach dem Sumpf 56 abgeführt. Wenn das öl nicht durch das in Eingriff stehende Zahnpaar über das Ventil 64 strömen kann, kann es aus dem Gehäuse über die Druckentlastungsventile 66 und 68 gepumpt werden.In normal operation, the differential gear works in the usual way Manner as described with reference to FIGS. 1 and 2. The hydraulic oil is pumped along the oil path 54 and has no effect on the operation of the differential. If, however, there is a relative rotation between the shafts 16, 18, the meshing pinions 22c, 24b operate as hydraulic gear pumps and the oil flows freely on the suction side the engaged pinion engages via the check valve 62 and is prevented by the check valve 64 from to flow back after the wave. The oil on the pressure side is via the pressure relief valve 68 to the outside of the Housing 20 and then discharged to the sump 56. When the oil cannot flow through the meshing pair of teeth via valve 64, it can flow out of the housing via the pressure relief valves 66 and 68 are pumped.
Wenn die Ritzel 22c, 24b als hydraulische Zahnradpumpe arbeiten (dies tritt ein, wenn eine merkliche Drehmomentdifferenz auf beiden angetriebenen Radachsen einsetzt), drehen sich die Ritzel wie bei einem normalen Differentialgetriebe, jedoch erzeugt die Wirkung der das öl pumpenden Ritzel ein Rückstellmoment, so daß große Drehmomentdifferenzen durch die Wirkung der Zahnradpumpe infolge Relativdrehung der beiden Abtriebswellen aufrechterhalten werden können. In gleicher Weise können geringe Differenzen von Abtriebsdrehzahlen, die durch geringe Differenzen der Raddurch-When the pinions 22c, 24b work as a hydraulic gear pump (this occurs when a noticeable torque difference occurs two driven wheel axles), the pinions rotate like a normal differential gear, but generates the Effect of the pinion pumping the oil creates a restoring torque, so that large torque differences are caused by the action of the gear pump can be maintained due to the relative rotation of the two output shafts. In the same way, small differences of Output speeds, which are due to small differences in the wheel diameter
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messer verursacht sind oder durch unterschiedliche Schleifcharakteristiken kontinuierlich mit nur geringen Differenzen des Drehmoments aufrechterhalten werden und ohne irgendeinen Aufbau eines Drehmoments.knives are caused or by different grinding characteristics continuously maintained with only small differences in torque and without any Build up a torque.
Es können alle gewünschten Charakteristiken der Drehmomentdifferenz in Abhängigkeit von der Differenzgeschwindigkeit (u/min) zwischen den Abtriebswellen erzeugt werden, wenn die Druckentlastungsventile in geeigneter Weise ausgebildet sind, was einfach dadurch geschehen kann, daß sie als einfache öffnungen in den Zahnradpumpen angeordnet sind. Außerdem können die Druckentlastungsventile auf Änderungen der Temperatur ansprechen und auf die Massenströmung des Hydrauliköls, um eine Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen und Temperaturänderungen zu ermöglichen, die vom Kaltstart an bis zur Betriebstemperatur auftreten können.All desired characteristics of the torque difference can be used depending on the differential speed (rpm) between the output shafts are generated when the pressure relief valves are designed in a suitable manner, which can be done simply by having them as simple openings in the gear pumps are arranged. In addition, the pressure relief valves can respond to changes in temperature and on the mass flow of the hydraulic oil to allow adaptation to various operating conditions and temperature changes, which can occur from a cold start up to operating temperature.
Der hydraulische Pumpeffekt kann dadurch vergrößert werden, daß dieselbe Technik bei den miteinander kämmenden Zahnrädern zwischen Sonnenrädern 12,14 und Ritzeln 22b,24c vorgesehen wird.The hydraulic pumping effect can be increased by using the same technique in the meshing gears between Sun gears 12,14 and pinions 22b, 24c is provided.
Es sind nur drei Paare 22, 24 in Eingriff stehende Ritzel vorgesehen, doch können mehrere Ritzelanordnungen vorgesehen werden-There are only three pairs of 22, 24 meshing pinions provided, but several pinion arrangements can be provided
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Patentansprüche:Patent claims:
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