DE2539424A1 - Ausgleichsvorrichtung fuer das reaktionsmoment an antriebsmaschinen - Google Patents

Ausgleichsvorrichtung fuer das reaktionsmoment an antriebsmaschinen

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DE2539424A1 DE19752539424 DE2539424A DE2539424A1 DE 2539424 A1 DE2539424 A1 DE 2539424A1 DE 19752539424 DE19752539424 DE 19752539424 DE 2539424 A DE2539424 A DE 2539424A DE 2539424 A1 DE2539424 A1 DE 2539424A1
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Description

Giken Kogyo Kabushiki Kaisha
No.27-8, 6-choine
Jingumae, Shibuya-ku
Tokio , Japan
Patentanmeldung
Ausgleichevorrichtung für das Reaktionsmoment an Antriebsmaschinen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ausgleichsvorrichtung an Antriebsmaschinen zur Ausschaltung oder Minimierung des Reaktionsmomentes, welches bei einer Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Antriebsmaschine auftritt.
Im allgemeinen wird bei einer Beschleunigung oder Bremsung der Kurbelwelle einer Antriebsmaschine das die Kurbelwelle drehbar lagernde Kurbelgehäuse einem Drehmoment ausgesetzt, das infolge einer Reaktion auf die Geschwindigkeitsänderung der Kurbelwelle auftritt. Dieses Reaktionsmoment wirkt auf das Kurbelgehäuse und den zugeordneten Halterungeaufbau wie ein Kippmoment und führt zu Schwingungen der Antriebsmaschine. Insbesondere bei Krafträdern, die üblicherweise eine Antriebsmaschine mit einer in Längsrichtung des Kraftradkörpers angeordneten Kurbelwelle aufweisen, wirkt ein solches Reaktionsmoment derart auf den Kraftradkörper, daß dieser seitliche Schwingungen ausführt und seine Fahrstabilität verliert.
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Aufgabe der1 vorliegenden Erfindung ist es, eine neuartige Vorrichtung zu schaffen, die das Reaktionsmoment beim Geschwindigkeit swecns el der Kurbelwelle einer Antriebsmaschine wirkungsvoll ausschaltet oder zumindest auf ein Minimum herabsetzt, dabei einen einfachen Aufbau und nur ein begrenztes Betriebsgeräusch hat.
Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung besonders gekennzeichnet durch eine drehbar in dem Kurbelgehäuse der Antriebsmaschine parallel zu deren Kurbelwelle angeordnete und mit einem durch eine vorgegebene Masse gebildeten G-ewicht ausgestattete Ausgleichswelle, durch Übertragungsmittel, umfassend ein Zahnradpaar mit einem treibenden Zahnrad im Eingriff mit einem getriebenen Zahnrad, die jeweils atif* der Kurbelwelle bzw der Ausgleichswelle angeordnet sind, und mit einem solchen Übersetzungsverhältnis, daß die auf das Kurbelgehäuse jeweils durch die rotierenden Systeme von Kurbelwelle und Ausgleichswelle ausgeübten Reaktionsmomente untereinander ausgeglichen werden, durch Dämpfungsmittel zur Stoßdämpfung der Zahnradübertragung zwischen der Kurbelwelle und der Ausgleichswelle sowie durch Phasensteuermittel zur Begrenzung der Winkelphasenverschiebung während des Betriebes der Dämpfungsmittel innerhalb eines vorgegebenen Bereiches.
Zusammenfassend wird gemäß der Erfindung das auf das Kurbelgehäuse einer herkömmlichen Antriebsmaschine bei einer Beschleunigung bzw Verzögerung der Kurbelwelle einwirkende Reaktionsmoment auf ein Minimum durch eine Ausgleichswelle herabgesetzt, die eine Gewichtsmasse trägt und parallel zur Kurbelwelle angeordnet ist, wobei auf diesen beiden parallelen Wellen Übertragungsmittel mit einem kämmenden Zahnradpaar mt einem geeigneten Übersetzungsverhältnis angeordnet sind. Eines dieser kämmenden Räder ist in zwei Hälften unterteilt und elastisch mit der zugeordneten Welle verbunden, um zur Vermeidung eines Leerhtxbes eine entsprechende Phasenverschiebung zwischen den Zahnrädern zuzulassen.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Diese Zeichnungen stellen dar: Fig.1 ist eine Längsschnittansicht durch eine Ausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung an einer Antriebsmaschine für ein Kraftrad;
Fig.2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig.1} Fig.3 ist eine vergrößerte Teilstirnansicht und zeigt schematisch das Übersetzungsverhältnis der in Fig.!.gezeigten Übertragungsmittel.
Wie in den Zeichnungen und insbesondere in Fig.l gezeigt, ist in einem Kurbelgehäuse 1 der Antriebsmaschine eines Kraftrades drehbar eine Kurbelwelle 2 und dazu parallel beabstandet eine Ausgleichswelle 3 gelagert. Diese beiden Wellen 2 und 3 sind untereinander antriebsmäßig verbunden durch Übertragungsmittel 6, umfassend ein Paar kämmender Zahnräder mit einem treibenden und einem getriebenen Rad h bzw 5» die jeweils auf der Kurbelwelle 2 bzw der Ausgleichswelle 3 angeordnet sind, so daß die beiden Wellen miteinander in einer gegenläufigen Antriebsverbindung stehen. Die Ausgleichswelle 3 trägt eine Gewichtsmasse Ja. in Form eines Rotors eines Generators 7» der in bekannter Bauart zur Aufladung der Batterie des Fahrzeuges dient.
Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen dem treibenden und getriebenen Zahnrad k bzw 5 und der Masse 7a des auf der Ausgleichswelle 3 angeordneten Rotors so auszulegen, daß das Reaktionsmoment oder das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelbeschleunigung (positiv oder negativ) des Rotationssystems der Kurbelwelle 2 dasjenige des Rotations syst ems der Ausgleich.swe.Lle 3 ausgleicht. Da das Trägheitsmoment des Rotationasystems mit der Ausgleichswelle 3 tand dem darauf angeordneten Rotor 7a nicht ausreichend ist, um den notwendigen Ausgleich mit der Kurbelwelle 2 und dem dieser zugeordneten System zu schaffen, sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Zahnräder k
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und 5 so gestaltet, daß sie eine-geeignetes Verhältnis einer Geschwindigkeitszunahme zwischen ihnen aufweisen.
Das getriebene Zahnrad 5 ist, wie in Pig.1 gezeigt, geteilt ausgebildet, umfassend eine rechte und linke Zahnradhälfte, die beide drehbar und axial verschieblich auf der Ausgleichs— welle 3 mit einer ersten. Antriebsscheibe S1 angeordnet sind, die zwischen den sich gegenüberliegenden Seiten der beiden Zahnradhälften 5 eingespannt und auf der Ausgleichswelle 3 über eine Keilnutführung längsverschieblich gelagert ist. Die Antriebsscheibe S1 trägt eine Vielzahl von Mitnehmerzapfen 9» die auf einem Umfangskreis untereinander gleichbeabstandet angeordnet sind und von der Antriebsscheibe S1 axial in entgegengesetzte Richtungen abstehen. Die Zahn±adhälften 5 weisen ihrerseits in ihren einander zugekehrten Flächen und somit in ihren der Antriebsscheibe 8.. zugekehrten Fläche^.Aufnak»eöffnungen 10 mit einem Durchmesser auf, der größer ist als der der Mitnehmerzapfen 9» wobei diese in die Aufnahmeöffnungen eingreifen. Die Mitnehmerzapfen 9 und die Aufnahme öffnungen wirken wie eine Phsensteuervorrichtung zusammen, um die Phasenverschiebung zwischen der Antriebsscheibe S1 und den Zahnradhälften 5 innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zu begrenzen.
An der Ausgleichswelle 3 1st ferner eine zweite Antriebsscheibe 8_ drehmoment schlüssig an der Außenseite de» rechten Zahnradhälfte 5 des getriebenen Zahnrades befestigt, während eine dritte und vierte Antriebsscheibe 8„ und 8κ mittels einer Keilnutenführung längsverschieblich an der Außenseite der linken ZahnradhMlfte des getriebenen Zahnrades 5 auf der Ausgleichswelle 3 angeordnet sind. Die Antriebsscheiben 8« und 8_ weisen jeweils an ihrer einander zugekehrten Seite eine Vielzahl von sich radial erstreckender axialer Ansätze 12 auf, die auf einem Kreisbogen untereinander gleichbeabstandet angeordnet sind. Die Zahnradhälften 5 des getriebenen Zahnrades weisen ihrerseits in ihrer Außenfläche eine entsprechende Anzahl gekrümmter Ausnehmungen 13 zur Aufnahme der jeweiligen Ansätze 12 an den anliegenden Antriebsscheiben 8? und 8„ auf. Wie aus ,
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Pig,2 ersichtlich, sind aue Gummi oder anderem geeigneten Werkstoff gebildete Dämpfungsglieder 14 in jeder gekrümmten Aufnehmung 13 eingelegt, um die sich radial erstreckenden, axialen Ansätze 12 elastisch zu fassen. Die axialen Ansätze 12 und die Dämpfungsgliederpaare 14 arbeiten zur Ausgestaltung von Dämpfungsmitteln 15 zusammen, die einen Stoß bei der Drehmomentübertragung zwischen den zugeordneten Zahnradhälften 5 des getriebenen Rades und der zweiten und dritten Antriebsscheibe 8_ und 8^ dämpfen.
Im zusammengebauten Zustand des getriebenen Zahnrades 5» umfassend die den jeweiligen Zahnradhälften zugeordneten Dämpfungsmittel 15» tritt normalerweise eine mehr oder minder große Phasenverschiebung zwischen der linken und rechten Hälfte des getriebenen Zahnrades 5 auf, wie in Fig.3 veranschaulicht, weil die Bestandteile der rechten und linken Dämpfungsmittel 15 mit Fertigungstoleranzen behaftet sind und weil u.a. Unterschiede in der Härte und Fertigteilgröße der elastischen Dämpfungsglieder 14 auftreten können. Auf diese Weise werden die Zahnhälften des getriebenen Rades 5 in Eingriff mit dem treibenden Zahnrad 4 stets in Anlage mit den entsprechenden Flanken gehalten, so daß jeglicher Leerhub zwischen treibendem und getriebenem Rad 4 bzw 5 vermieden wird. Die in Fig.3 gezeigte radiale Versetzung zwischen den beiden Zahnradhälften ist übertrieben, um sie klarer darzustellen, während sie in Wirklichkeit vernachlässigbar klein ist·
Jeweils an den Innenseiten der zweiten und vierten Antriebsscheibe 8? und 8k sind ringförmige Reibscheiben 16 aus Kork oder ähnlichem Reibmaterial angeordnet und dort verklebt. Diese Reibscheiben 16 werden in Druckanlage mit den gegenüberliegenden Flächen des getriebenen Rades 5 gehalten durch
einer
die Kraft/Schraubendruckfeder 17» die zwischen der vierten Antriebsscheibe 8. und einem an der Ausgleichswelle 3 vorgesehenen Federsitz 19 derart angeordnet ist, daß sie die vierte Antriebsscheibe 8^ über die beiden getriebenen Zahn-
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radhälften 5 "and die zwischen diesen liegende Antriebsscheibe S1 gegen die zweite Antriebsscheibe 8_ drückt. Die Reibscheiben t6 und die Druckfeder 17 bilden also eine Reibungskupplung 18 für einen Reibungsschluß zwischen der zweiten und vierten Antriebsscheibe 8p und 8. und der jeweiligen Zahnradhälfte 5» so daß zwischen diesen nur solche Drehmomente übertragen werden können, die einen vorgegebenen ¥ert nicht übersteigen. Sprengringe 20 und 21 begrenzen dabei die Axialverschiebung der jeweils dritten und vierten Antriebsscheibe 8_ und 8. nach außen.
Die Arbeitsweise der Ausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung ist folgende $
Bei einer Beschleunigung oder Bremsung der Antriebsmaschine wird die Kurbelwelle 2 ebenfalls beschleunigt oder gebremst. Solange die ¥inkelbeschleunigung (oder -verzögerung) der Kurbelwelle 2 relativ klein bleibt, wird ihre Umdrehung unmittelbar auf die Ausgleichswelle 3 spielfrei durch das treibende und getriebene Zahnrad 4 bzw 5 übertragen, und die zweite und vierte Antriebsscheibe 8„ und 8^, die durch Reibung kraftschlüssig mit den jeweiligen Hälften des getriebenen Zahnrades 5 verbunden sind, lassen keine Verzögerung einer Drehgeschwindigkeitszunahme an der Ausgleichswelle verglichen mit derjenigen der Kurbelwelle 2 zu. Die Rotationssysteme, umfassend jeweils die Kurbelwelle 2 und die Ausgleichswelle 3» üben also auf das Kurbelgehäuse 1 je ein Reaktionsmoraent gleicher Größe aber entgegengesetzter Richtung aus, so daß kein das Kurbelgehäuse 1 in Schwingungen versetzendes unausgewogenee Moment entstehen kann. Steigt jedoch die Vinkelbeschleunigung der Kurbelwelle 2 über ein bestimmtes Maß, entsteht ein Schlupf in der Reibungskupplung 18, so daß die zweite und vierte Antriebsscheibe 82 und 8^ von der jeweiligen Zahnradhälfte 5 gelöst werden. Das Drehmoment wird dann von dem treibenden Zahnrad k und den getriebenen Zahnradhälften 5 auf die Ausgleichswelle 3 durch die Dampfungsglieder 1Λ, die Ansätze 12 und die zweite und dritte Antriebsscheibe 8_ und 8» übertragen. Dabei werden
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die Dämpfungsglieder Ik elastisch verfonnt, um den durch die plötzliche Zunahme der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle in der Übertragung hervorgerufenen Stoß zu dämpfen. Gleichzeitig wird die zwischen den beiden Zahnradhalften 5 normalerweise bestehende Phasenverschiebung (Fig.3) aufgehoben, so daß die beiden Zahnradhälften 5 gemeinsam von dem treibenden Zahnrad k angetrieben werden, wobei nunmehr die Zähne des getriebenen Rades 5 mit der gleichen Planke der Zähne des treibenden Rades h in Antriebsberührung kommen. Auf diese Weise werden der Aufschlag und Druck der Zahnberührung zwischen den beiden Zahnrädern h und 5 und somit das Betriebsgeräusch sowie der Verschleiß und die Beschädigung der Zahnflanken ganz wesentlich herabgesetzt.
Dabei bewirkt Jede Verzögerung in der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Ausgleichswelle 3 eine entsprechende Verzögerung im Aufbau des gewünschten Reaktionsmomentes des die Ausgleichswelle 3 umfassenden Rotationssystems. Da jedoch die Phasenverschiebung zwischen der jeweiligen .,,getriebenen Zahnradhälfte 5 und der zweiten und dritten Antriebsweheibe 8_ und 8„ über einen bestimmten Betrag hinausgeht, kommen die Mitnehmerstifte 9 an der ersten Antriebsscheibe 8.. in Anlage mit der Wandung der jeweiligen Aufnahmeöffnung 10 in den getriebenen Zahnradhälften 5» um jede weitere Zunahme einer Phasenverschiebeung zu unterbinden. Dabei .wird das an die getriebenen Zahnradhälften 5 angelegte Drehmoment auf die Ausgleichswelle 3 übertragen durch die Mitnehmeretifte und die erste Antriebsscheibe 8.· Dadurch wird die Verzögerung der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Ausgleiche— welle 3 begrenzt und tritt so unverzüglich ein, daß die entstehende Verzögerung im Auftreten des Reaktionsmomentes des die Ausgleichswelle 3 umfassenden Rotationssysteras praktisch vernachlässigbar ist, so daß am Kurbelgehäuse 1 im wesentlichen keine Schwingungen entstehen. i
Wenn dann die Kurbelwelle 2, die Ausgleichewelle 3 und die zugeordneten Teile bei den gewünschten Geschwindigkeiten
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wieder gleichmäßig umlaufen, werden die rechte und linke Hälfte 5 des getriebenen Zahnrades und die Antriebsscheiben S1, 8_, 8„ und 8. wieder in ihre Normallage relativ zueinander zurückgestellt.
Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß gemäß der Erfindung jedes durch eine Beschleunigung oder Bremsung der Kurbelwelle auf das Kurbelgehäuse einer Antriebsmaschine ausgeübte Reaktionsmoment ganz wesentlich herabgesetzt oder gar verhindert werden kann durch einen einfachen Aufbau, umfassend eine mit einem Gewicht versehene Ausgleichswelle 3» die in einem Kurbelgehäuse 1 parallel zur Kurbelwelle 2 gelagert ist, und die beiden Wellen 2 und 3 antriebsmäßig verbindende Übertragungsmittel 6 mit einem treibenden Zahnrad 4 auf der Kurbelwelle 2 und einem getriebenen Zahnrad 5 auf der Ausgleichswelle 3* die mit einem geeigneten Übersefcaungsverhältnis miteinander kämmen· Auf diese Weise kann gemäß der Erfindung eine Antriebsmaschine geschaffen werden, die im wesentlichen frei von jeglichem Kippmoment ist, welches bei einer Beschleunigung oder Bremsung der Antriebsmaschine auf das Kurbelgehäuse einwirkt. Die Antriebsmaschine hat somit einen im wesentlichen schwingungsfreien Lauf. Eine solch stabile Laufeigenschaft ist besonders vorteilhaft bei Antriebsmaschinen für Krafträder, da das Kraftrad dadurch jederzeit stabile Fahreigenschaften beibehält. Darüberhinaus macht es die Verwendung der Dämpfungsmittel 15 und Phasensteuerraittel 11 in Verbindung mit den Übefcfcragungsmitteln 6 möglich, jeden mechanischen Stoß in der Übertragung zu dämpfen und somit das Getriebegeräusch herabzusetzen, ohne daß dadurch die Ansprache der Ausgleichswelie 3 auf eine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 wesentlich beeinträchtigt wird, und zwai4 trotz des einfachen Aufbaues der Übertragungsmittel, die im wesentlichen ein Paar kämmender Zahnräder k und 5 aufweisen. Daher wird jede Minderung der ; Ansprache der Ausgleichswelle 3 infolge einer Flankenabnützung: der kämmenden Zahnräder nachhaltig vermieden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Reibungskupplung 18 in Verbindung mit den Übertragungsmittel» 6 so angeordnet, daß die Dämpfungsglieder 15 in einem unwirksamen Zustand solange übersteuert werden, wie das zwischen der Kurbelwelle und der Ausgleichswelle übertragene Drehmoment unter einem vorgegebenen Betrag bleibt. Das bedeutet eine relativ hohe Empfindlichkeit (Ansprache) der Ausgleichswelle 3 auf gemäßigte Beschleunigungen und Bremsungen der Antriebsmaschine, wodurch die Übertragungsmittel 6 nur geringfügig beaufschlagt werden.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist eines der beiden kämmenden Zahnräder k oder 5 der Übertragungsmittel 6 zweigeteilt, wobei beide Zahnradhälften mit dem jeweils anderen Zahnrad k oder 5 kämmen, und mit den beiden Zahnradhälften wirken Därapfungsglieder zusammen, um zwischen ihnen eine mehr oder wemiger große Phasenverschiebung zuzulassen und gleichzeitig jeden Leerhub zwischen den kämmenden Zahnrädern auszuschalten, so daß es infolge eines Leerhubes nicht zu einer Herabsetzung der Ansprache der Ausgleichswelle kommt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung trägt die Ausgleichewelle 3 ein Gewicht in Form eines Rotors Ja. eines Generators 7f der **&** den Betrieb der Antriebsmaschine unerläßlich ist. Dadurch wird die gesamte Trägheitsmasse in Verbindung mit der Kurbelwelle sehr viel kleiner als wenn ein solches Gewicht nur ausschließlich für die Ausgleichswelle verwendet würde· Dadurch hat die Antriebsmaschine auch eine hohe Beschleunigungeleistung·
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Claims (1)

  1. Ansprüche t
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    ; 1 . jAusgleicnsvorrichtung für das Reaktionsraoment an Antriebsmav— schinen» gekennzeichnet durch
    eine drefejber in dem Kurbelgehäuse (l) der Antriebsmaschine parallel asu deren Kurbelwelle (.2) angeordnete und mit einem durch eine vorgegebene Masse gebildeten Gewicht (7ε»-) ausgestattete Ausgleichswelle (3),
    Übertragungsmittel (6), umfassend ein Zahnradpaar mit einem treibenden (4) und einem getriebenen (5) Zahnrad, welche jeweils auf der Kurbelwelle (2) und der Ausgleichswelle (3) angeordnet sind, und mit einem solchen Übersetzungsverhältnis, daß die auf das Kurbelgehäuse (i) jeweils durch die rotierenden Systeme von Kurbelwelle und Ausgleichswelle ausgeübten Reaktionsseomente miteinander ausgeglichen werden, Dämpfungsmittel (i5) zur Stoßdämpfung der Zahnradübertragung sswischen der Kurbelwelle (2) und der Ausgleichswelle (3) sowie Pbaaensteuermittel (9»10) zur Begrenzung der Winkelphasenverscbiebung während des Betriebes der Dämpfungsmittel (15) innecriialb eines vorgegebenen Bereiches·
    2« Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Übertragungsmitteln (4,5) eine Reibungskupplung (18) vorgesehen ist, welche die Dämpfungsmittel (15) übersteuert und so ausgestaltet 1st, daß sie schlupffrei greift und die Dämpfungsmittel (I5) solange in einem unwirksamen Zustand hält, wie das zwischen der Kurbelwelle (2) und der Ausgleichswelle (3) öbearferageae Drehmoment unterhalb eines vorgegebenen Betrages bleibt.
    3· Ausgleicdisvorriciitieag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das treibende oder getriebene Zahnrad (4 oder 5) der Übertragangswittel (6) in swei Zahnradhälften (5) unterteilt ist, die beide eit de» jeweils anderen Zahnrad (h oder 5) kämmen, UXKl daß die DaapfiBagsKittel (15) zwischen diesen beiden Zahnradhälffceai (5} raad der die Zahnradhälften (5) tragenden Welle (3) angecnrdnet sind»
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    4. Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Ausgleichswelle (3) angeordnete Gewicht die Form des Rotors (7a) eines Generators (7) aufweist.
    Der Patentanwalt
    609830/0215
DE2539424A 1974-09-10 1975-09-04 Ausgleichsvorrichtung fur das Reaktionsmoment an Antriebsmaschinen Expired DE2539424C3 (de)

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