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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Triebdrehgestell für ein Schienenfahrzeug
sowie auf ein Schienenfahrzeug mit mindestens einem solchen Drehgestell.
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Normalerweise
besitzt ein Triebdrehgestell Achsen, die sich auf den Schienen des
Gleises abstützen
und ein Eisenbahnwagenuntergestell aufnehmen, wobei eine sogenannte
primäre
Aufhängung
eingefügt
ist. Der Wagenkasten des Schienenfahrzeuges ruht auf dem Eisenbahnwagenuntergestell
dieses Drehgestelles, wobei eine sogenannte zweite Aufhängung eingefügt ist.
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Jedes
Triebdrehgestell besitzt an jeder Achse Antriebselemente, die mindestens
einen Motor und mindestens ein Untersetzungsgetriebe aufweisen,
das an der entsprechenden Achse ein Antriebsrad besitzt. Darüberhinaus
sind Motorhalterungselemente und Untersetzungsgetriebe für das Schienenfahrzeug
vorgesehen.
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Es
ist vorteilhaft, die Masse der Antriebselemente durch ein mechanisches
Organ am Fahrzeug zu unterstützen,
das möglichst
aufgehängt
ist. Dies trägt
dazu bei, die Kräfte,
welche von dem Triebdrehgestell auf die Schienen ausgeübt werden,
zu reduzieren, und erlaubt, die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs
zu erhöhen.
Unter diesem Gesichtspunkt sollten die Massen der Motoren und der
Untersetzungsgetriebe mit Hilfe des Wagenkastens des Schienenfahrzeugs – und falls
dies nicht möglich
ist, mit Hilfe des Drehgestell-Untergestelles – aufgenommen
werden, wobei die Lösung,
bei der diese Massen über
die Achsen aufgenommen werden, am ungünstigsten ist.
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Im übrigen können sich
der Wagenkasten, das Drehgestell-Untergestell und die Achsen frei
zueinander verschieben. Da das Antriebsrad des Untersetzungsgetriebes
mit der Achse verbunden sein muss, ist die Übertragung zwischen dem aufgehängten Motor
und dem an der Achse befestigten Antriebsrad umso komplexer, je
mehr der Motor und das Untersetzungsgetriebe an höheren Bauelementen aufgehängt sind.
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Es
ist also ein Kompromiss zwischen einer Aufhängung dieser Massen allein
an der Achse – was zwar
einfach durchzuführen
ist, aber nur geringe Geschwindigkeiten erlaubt – und einer Aufhängung der Massen
am Wagenkasten zu finden, die höhere
Geschwindigkeiten ermöglicht,
aber in technologischer Hinsicht komplexer ist.
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Eine
erste Lösung
besteht darin, am Wagenkasten eine Getriebemotoreinheit aufzuhängen und an
der Achse ein zusätzliches
Untersetzungsgetriebe anzubringen, wobei diese beiden Untersetzungsgetriebe über ein
Gleichlaufgelenk miteinander verbunden sind, wie es in dem Patent
FR 2 374 194 beschrieben
wird. Diese Lösung
weist jedoch Nachteile auf, da zwei getrennte Untersetzungsgetriebe
benötigt
werden. Außerdem
verursacht der Einsatz eines Gleichlaufgelenkes, das besonders teuer
ist, hohe Kosten.
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Es
wurde eine alternative Lösung
vorgeschlagen. Sie besteht darin, das Untersetzungsgetriebe an dem
Untergestell des Drehgestelles an seinem Ende gegenüber der
Achse aufzuhängen.
Außerdem
wird der Motor permanent an dem Untergestell befestigt, wobei das
Untersetzungsgetriebe und der Motor normalerweise über eine
Verbindung mit gewölbter
Verzahnung zusammenwirken.
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Diese
Anordnung ist zwar relativ vorteilhaft in Bezug auf die Kosten,
doch sie weist andere Nachteile auf. Denn die Massen des Motors
und des Untersetzungsgetriebes werden nicht von dem Wagenkasten,
sondern von dem Untergestell des Drehgestelles aufgenommen, so dass
die Achsen relativ hohe Kräfte
auf die Schienen ausüben.
Außerdem
werden große
mechanische Kräfte
auf das Untergestell ausgeübt,
wenn der Motor permanent an dem Untergestell befestigt wird.
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Um
die verschiedenen Nachteile des früheren Standes der Technik,
die oben genannt worden sind, zu beseitigen, wird mit der Erfindung
ein Triebdrehgestell für
ein Schienenfahrzeug vorgeschlagen, bei dem die Massen der Motoren
und der Untersetzungsgetriebe größtenteils
von dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs aufgenommen werden, und zwar
mittels einer beschränkten
Anzahl mechanischer Elemente, die einfach konstruiert und kostengünstig sind.
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Somit
hat die Erfindung ein Triebdrehgestell für ein Schienenfahrzeug zum
Ziel, das einen Wagenkasten des Schienenfahrzeuges aufnimmt, wobei das
Triebdrehgestell Achsen besitzt, welche auf den Schienen ruhen,
ein Eisenbahnwagenuntergestell besitzt, das auf den genannten Achsen
ruht, sowie Antriebselemente für
jede Achse mit einem Motor, einem Untersetzungsgetriebe und Übertragungselementen
zwischen dem Motor und dem Untersetzungsgetriebe besitzt, wobei
die Elemente die Auflage von Antriebselementen durch das vorgesehene Fahrzeug
erlauben, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragelemente der Antriebselemente
Aufhängungen
des Untersetzungsgetriebes oder des Motors an dem Wagenkasten besitzen,
welche an das Untersetzungsgetriebe oder an den Motor sowie an den
Wagenkasten angelenkt sind, Gelenkelemente des Motors an dem Untergestell
des Drehgestelles um eine im wesentlichen horizontale Achse herum
besitzen, sowie Verbindungselemente des Motors mit dem Untersetzungsgetriebe
besitzen, die sowohl an den Motor als auch an das Untersetzungsgetriebe
angelenkt sind.
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Nach
weiteren Merkmalen der Erfindung:
- – ist der
Anlenkungspunkt des Untersetzungsgetriebes oder des Motors an den
Aufhängungselementen
in der Seitenansicht zwischen dem Schwerpunkt des Untersetzungsgetriebes
und dem Schwerpunkt des Motors angeordnet;
- – ist
das Kräftemoment,
das von dem Untersetzungsgetriebe auf den Anlenkungspunkt ausgeübt wird,
im wesentlichen gleich dem Kräftemoment,
das von dem Motor auf den Anlenkungspunkt ausgeübt wird;
- – sind
das Untersetzungsgetriebe und der Motor in der Draufsicht quer zueinander
verschoben, wobei der Anlenkungspunkt für die Aufhängungselemente an dem Untersetzungsgetriebe
oder an dem Motor zwischen dem Schwerpunkt des Untersetzungsgetriebes
und dem Schwerpunkt des Motors angeordnet ist;
- – sind
die Aufhängungselemente
für das
Untersetzungsgetriebe oder den Motor an dem Wagenkasten an dem Untersetzungsgetriebe
oder an dem Motor sowie an dem Wagenkasten angelenkt, und zwar mindestens
um eine Horizontalachse herum;
- – bestehen
die Aufhängungselemente
aus einer im wesentlichen geraden Treibstange, welche sich im wesentlichen
vertikal zwischen dem Untersetzungsgetriebe und dem Wagenkasten
erstreckt;
- – weisen
die Gelenkelemente zwischen Motor und Untergestell zwei Arme auf,
welche mit der Lagerung des Motors verbunden sind, wobei diese Arme
an dem Untergestell um die Horizontalachse herum angelenkt sind;
- – sind
die Verbindungselemente zwischen Motor und Untersetzungsgetriebe
mindestens um eine Horizontalachse herum an den Motor und an das Untersetzungsgetriebe
angelenkt;
- – weisen
die Verbindungselemente zwischen Motor und Untersetzungsgetriebe
eine Stange auf, welche in der Seitenansicht C-förmig ist, wobei die beiden
Enden dieser Stange, die am Motor bzw. an dem Untersetzungsgetriebe
angelenkt ist, im wesentlichen untereinander angeordnet sind;
- – weisen
die Übertragungselemente
zwischen dem Motor und dem Untersetzungsgetriebe eine Verbindung
mit gewölbter
Verzahnung auf;
- – besitzt
das Untersetzungsgetriebe ein Treibrad, das von dem Motor angetrieben
wird, ein Antriebsrad, das mit der Achse verbunden ist, und ein
Zwischenrad.
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Die
Erfindung hat auch ein Schienenfahrzeug zum Ziel, das mindestens
ein Triebdrehgestell und einen Wagenkasten besitzt, der auf dem
bzw. jedem Triebdrehgestell ruht, dadurch gekennzeichnet, dass das
oder jedes Triebdrehgestell so ausgeführt ist, wie oben definiert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, welche lediglich beispielhaft angeführt sind, und keinen Anspruch
auf Vollständigkeit
erheben. Es zeigen
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1 eine
schematische Ansicht, welche die Massenverteilung eines Triebdrehgestelles
eines Schienenfahrzeuges gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Teils des Triebdrehgestelles aus 1 ;
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3 und 4 jeweils
eine Seitenansicht und eine Draufsicht des Triebdrehge stelles aus 1 in
größerem Maßstab ;
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5 eine
Ansicht analog zu 3, welche eine Ausführungsvariante
der Erfindung veranschaulicht.
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1 zeigt
schematisch ein Schienenfahrzeug, das insgesamt mit 2 bezeichnet
wird. Das Schienenfahrzeug besitzt mehrere Drehgestelle, wovon eines 4 in
dieser Fig. abgebildet ist. Dieses Drehgestell besitzt zwei Achsen 6,
welche sich auf den Schienen 8 abstützen und ein Eisenbahnwagenuntergestell 10 tragen,
wobei eine primäre
Aufhängung 12 eingeschoben
ist. Das Schienenfahrzeug besitzt darüber hinaus einen Wagenkasten 14,
der teilweise gezeigt ist, und der auf dem Untergestell 10 des Drehgestelles 4 ruht,
wobei eine zweite Aufhängung 16 eingeschoben
ist.
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Jede
Achse 6 ist mit einer entsprechenden Antriebseinheit ausgestattet.
Nur die Antriebseinheit der Achse auf der linken Seite in 1 wird
nachfolgend beschrieben, wobei selbstverständlich ist, dass die beiden
Antriebseinheiten gegenüber
einer transversalen Mittelachse des Drehgestelles symmetrisch sind.
Jede Antriebseinheit besitzt ein Untersetzungsgetriebe, das insgesamt
mit 18 bezeichnet ist, und das drei Zahnräder 20, 22, 24 aufweist,
die in den 3 und 4 veranschaulicht
sind. Bei dem Rad 20, das mit der Achse verbunden ist,
handelt es sich um ein Antriebsrad für diese Achse, während es
sich bei dem Rad 24 um ein von einem Motor angetriebenes
Treibrad handelt, wie dies nachfolgend erläutert wird, und das Rad 22 ein
Zwischenrad ist.
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Diese
Räder 20, 22, 24,
die in Vorwärtsrichtung
F des Schienenfahrzeugs hintereinander angeordnet sind, sind in
einem Gehäuse 26 untergebracht,
das aus zwei Halbelementen in herkömmlicher Art und Weise gebildet
wird. Das Gehäuse 26 dreht
sich um die Achse 6, wobei das Antriebsrad 20 mit
der Achse verbunden ist, während
die beiden anderen Räder 22 und 24 von
dem Gehäuse
getragen werden. Die drei Achsen der Räder 20, 22 und 24 sind
in einer Ebene angeordnet, die gegenüber der Horizontalen leicht
geneigt ist, doch sie können
je nach Anordnung des Drehgestelles auch anders angeordnet werden.
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Das
Gehäuse 26 besitzt
einen Vorsprung 28, der quer verläuft, und in Richtung des hinteren
Endes dieses Gehäuses 26 gegenüber der
Achse 6 angeordnet ist. Eine im wesentlichen vertikal verlaufende Treibstange 30 ist
mit einem Kugelgelenk montiert und zwar einerseits an dem Vorsprung 28 des
Gehäuses 26 und
andererseits in einer Abdeckung 32, an der sich ein Querträger 34 des
Wagenkastens 14 befindet (4). Diese
Treibstange ist in 2 nur teilweise gezeigt.
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Jede
Antriebseinheit besitzt auch einen Motor, der insgesamt mit 36 bezeichnet
ist. Dieser Motor, der über
elektrische Elemente versorgt wird, die nicht gezeigt sind, wird
in einem, im wesentlichen quaderförmigen, Gehäuse 38 aufgenommen.
Dieser Motor, der gegenüber
dem Untersetzungsgetriebe 18 transversal versetzt angeordnet
ist, befindet sich gegenüber
dem Ende dieses Untersetzungsgetriebes gegenüber von Achse 6. Zur
Klarstellung sei darauf hingewiesen, dass der Motor in 2 nicht
gezeigt ist, und in 3 durch strichpunktierte Linien
dargestellt ist.
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Das
Gehäuse 38 ist
um eine Horizontalachse herum an eine Traverse 40 des Untergestelles 10 des Drehgestelles 4 angelenkt.
Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 38 mit
zwei Armen 42, 44 verbunden, welche an die Abdeckungen 46 der
Traverse 40 angelenkt sind. Der erste Arm 42 verläuft longitudinal, während der
andere Arm 44 schräg
verläuft,
wobei die Arme 42, 44 auch parallel sein können.
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Die
Drehbewegung des Motors wird über eine
herkömmliche
Verbindung 48 mit gewölbter
Verzahnung auf das Treibrad 24 übertragen.
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Das
Gehäuse 26 besitzt
an seinem der Achse 6 gegenüberliegenden Ende einen Flansch 50, der
sowohl nach oben als auch in Motorrichtung vorsteht. Letzterer besitzt
in seinem unteren Bereich eine Nase 52, die in Richtung
Untersetzungsgetriebe vorsteht und senkrecht zu dem Flansch 50 ausgerichtet
ist. Der Flansch 50 und die Nase 52 sind zu beiden
Seiten des Treibrades 24 angeordnet. Eine Verbindungsstange 54 wird
mittels eines Kugelgelenkes an ihren beiden Enden, also jeweils
an dem Flansch 50 und an der Nase 52, montiert.
In der Seitenansicht ist sie C-förmig
und verläuft
in der Nähe der
Verbindung 48 gegenüber
der Achse 6. Diese Stange ermöglicht die Anlenkung des Motors
an das Untersetzungsgetriebe. Der Flansch 50 und die Nase 52 werden
vorzugsweise so angeordnet, dass sie mit der Achse des Treibrades 24 fluchten,
wobei eine leichte Abweichung in der Fluchtung allerdings akzeptabel
ist.
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Wie
in 2 zu sehen ist, befindet sich an dem Untergestell 10 des
Drehgestelles 4 gegenüber der
Achse 6 in Bezug auf den Motor 36, d.h. an seinem
vorderen Ende, eine röhrenförmige Traverse 56, die
mit einem nicht gezeigten Scheibenbremsgestänge ausgestattet ist. Dieses
Gestänge
wirkt mit den Scheiben 53 zusammen, welche mit der Achse 6 verbunden
sind, wie in 4 zu sehen ist.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 sind der Schwerpunkt g des
Untersetzungsgetriebes und der Schwerpunkt g' des Motors in der Seitenansicht zu
beiden Seiten des Vorsprunges 28 angeordnet, welcher den
Anlenkungspunkt des Untersetzungsgetriebes 18 an die Treibstange 30 und
somit an den Wagenkasten 14 darstellt. Außerdem ist
das Kräftemoment,
das von dem Untersetzungsgetriebe auf diesen Vorsprung 28 ausgeübt wird,
im wesentlichen gleich dem Kräftemoment,
das von dem Motor 36 auf den gleichen Vorsprung ausgeübt wird.
Mit anderen Worten, das Produkt aus der Masse m des Untersetzungsgetriebes
und der Entfernung d zwischen dem Schwerpunkt g und dem Vorsprung 28 in
der Seitenansicht ist im wesentlichen gleich dem Produkt aus der
Masse M des Motors und der Entfernung d' zwischen dem Vorsprung 28 und
dem Anlenkungspunkt des Motors an dem Untersetzungsgetriebe in der
Seitenansicht, nämlich
dem Flansch 50.
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Wie
es darüber
hinaus in 4 zu sehen ist, befinden sich
die Schwerpunkte g, g' in
der Draufsicht zu beiden Seiten des Vorsprunges 28, so
dass sich der Vorsprung im Schwerpunkt des Systems befindet, der
von dem Motor und dem Untersetzungsgetriebe gebildet wird.
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Im
Betrieb werden die relativen transversalen und kurvenförmigen Bewegungen
des Wagenkastens gegenüber
der Achse 30 mit Hilfe des Schwingenpendels 30 ausgeglichen,
das an seinen beiden Enden mit einem Kugelgelenk montiert ist. Die
relativen Bewegungen der Achse gegenüber dem Untergestell des Drehgestelles
werden einerseits mit Hilfe der Arme 42, 44, welche
einen leichten transversalen Ausschlag besitzen, und andererseits mit
Hilfe der Verbindungsstange 54 ausgeglichen, welche an
ihren beiden Enden mittels eines Kugelgelenks montiert ist. Das
Untersetzungsgetriebe 18 ist in der Translation mit der
Achse 6 verbunden, die es aufnimmt.
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5 stellt
eine Variante der Erfindung dar, bei der das Gehäuse 26 eine Teilungsebene
P besitzt, die schräg
verläuft,
so dass zwei Gehäuseelemente 26', 26'' gebildet werden. Das erste Element 26' verläuft nur
in der Nähe
der Achse 6 und des Rades 20, während das
zweite Element 26'', das an der Treibstange 30 aufgehängt ist,
die Räder 22 und 24 abdeckt.
So ist es möglich,
das erste Element 26' zu entfernen,
indem die Achse und ihr Rad 20 demontiert werden, ohne
dass man dabei in die Räder 22 und 24 eingreifen
muss, welche an der Treibstange 30 aufgehängt bleiben.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsarten
ist das Untersetzungsgetriebe 18 am Wagenkasten des Schienenfahrzeuges
aufgehängt,
wobei der Motor einerseits an dem Untergestell des Drehgestelles
und andererseits an dem Untersetzungsgetriebe angelenkt ist. Es
ist auch vorstellbar; den Motor mittels einer Treibstange analog
zu der gezeigten Treibstange 30 am Wagenkasten aufzuhängen. Der Motor
wird in dem Fall auch an dem Untergestell des Drehgestelles angelenkt
und das Untersetzungsgetriebe wird nur an dem Motor aufgehängt, ohne
dass es direkt an dem Wagenkasten aufgehängt wird.
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Mit
der Erfindung können
die oben genannten Zielsetzungen erreicht werden. Denn ein großer Teil
der Motormassen und des Untersetzungsgetriebes kann nämlich vertikal
am Wagenkasten aufgehängt
werden. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass – auch wenn
das Untersetzungsgetriebe und der Motor mit der Achse bzw. mit Untergestell
des Drehgestelles verbunden sind – nur eine geringfügige Belastung
auf diese Elemente ausgeübt wird.
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Außerdem sind
bei dieser Erfindung nur wenige mechanische Elemente erforderlich,
weil mit nur einer Treibstange die Aufhängung des Untersetzungsgetriebes
am Wagenkasten möglich
ist, während
eine einzige weitere Stange die gegenseitige Anlenkung des Motors
und des Untersetzungsgetriebes ermöglicht. Diese mechanischen
Elemente sind robust, einfach konstruiert und kostengünstig.
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Aufgrund
der Anordnung gemäß der Erfindung
werden kaum quer verlaufende Bewegungen zwischen dem Untersetzungsgetriebe
und dem Motor erzeugt. Dies garantiert eine optimale Funktion der
Verbindung, welche die Übertragung
zwischen diesem Motor und diesem Untersetzungsgetriebe erlaubt,
und ermöglicht
es, die Masse der beiden letzteren Elemente zu reduzieren. Da das
Untersetzungsgetriebe gegenüber
der Achse längs
versetzt ist, können
innerhalb des auf diese Art und Weise freigewordenen Raumes Bremsscheiben
an dieser Achse angebracht werden.
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Es
ist von Vorteil, diese Schwerpunkte von Motor bzw. Untersetzungsgetriebe
in der Seitenansicht zu beiden Seiten (1 und 3)
des Anlenkungspunktes des Schwingenpendels des Untersetzungsgetriebes
oder des Motors am Wagenkasten anzuordnen. Eine solche Konfiguration
ermöglicht
es nämlich,
dass die Kräftemomente,
die gleichzeitig von Motor und Untersetzungsgetriebe auf diesen
Anlenkungspunkt ausgeübt
werden, ausgeglichen werden. Unter diesem Gesichtspunkt ist es besonders von
Vorteil, dass sich diese Kräftemomente
aufheben, wenn die Produkte der Massen von Untersetzungsgetriebe
bzw. Motor durch die Länge
der entsprechenden Hebelarme gleich sind.
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Die
Tatsache, dass der Schwerpunkt des Untersetzungsgetriebes und des
Motors in der Draufsicht (4) zu beiden
Seiten des Anlenkungspunktes des Schwingenpendels am Untersetzungsgetriebe
oder am Motor angeordnet ist, ist ebenfalls vorteilhaft. Dies verleiht
der Einheit, die von diesem Motor und diesem Untersetzungsgetriebe
gebildet wird, eine ausgezeichnete Stabilität und zwar in dem Maße, wie
sich dieser Anlenkungspunkt ungefähr im Schwerpunkt dieser Einheit
befindet.