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Flüssigkeitsgetriebe, insbesondere zur Steuerung von Gleiskettenfahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüss.igkeitsgetTie-be, durch welches insbesondere
die Steuerung von Gleiskettenfa'hrzewgen mit Volllette so vervollkommnet werden
soll, @daß Lenkung und Bedienung einfach sind.
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Es sind Gleiskettenfahrzeuge bekannt, bei welchen die Steuerung bereits
durch ein Steuerrad geschieht, jedoch werden in der Regel durch dieses Steuerrad
jeder Gleiskette zugeordnete Kupplungen und Bremsen, auch Flüssigkeitskupplungen
oder Flüssigkeitsbremsen, in der erforderlichen Reihenfolge bedient.
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Es sind auch Flüssigkeitsgetriebe bekannt, welche durch federbelastete
Kolben über besondere Vorrichtungen die Umdrehungszahl der jeweilig als Flüssigkeitsmotor
arbeitenden Pumpe regeln, jedoch wird bei diesen Getriebien stets der Druck des
Treibmittels zwischen der fördernden Pampe und dem Flüssigkeitsmotor zur Regelung
ausgenutzt. Dieser Druck ist hauptsächlich von dem bei Steuerungen von Gleiskettenfahrzeugen
außerordentlich veränderlichen Drehmoment abhängig, welches von dem Flüssigkeitsmotor
überwunden werden muß, und ist lein Maß für die Umdrehungszahl .des Flüssigkeitsmotors,
welche nur von den Zeitvolumen der ihn durchstrÖmenden. Flüssigkeitsmenge Q" abhängt.
Flüssigkeitsgetriebe, welche die Veränderung derUmdnehungszahlen .durch Veränderung
des Zellenraumes der Pumpe erzielen, sind kompliziert, erfordern viel Raum und viel
Kraft zu ihrer Bedienung, welche überdies nicht mit der für die Steuerung von
schnell
laufenden Gleiskettenfahrzeugen erforderlichen Schnelligkeit geschehen kann.
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Diese Nachteile werden :durch die Steuerung nach ,der Erfindung vollständig
behoben. Erfindungsgemäß wirken Pumpe, Steuerschieber und die beiden als Flüssigkeitsimotor
arbeitenden Zahnräder mit einem Regulierschieber und einem Ventilrelais so zusammen,
daß die Einstellung :der für das Kurvenfahren erforderlichen verschiedenen Umdrehungszahlen
.dadurch erfolgt, daß sekundär die den Flüssigkeitsmotor durchströmende Flüssigkeitsmenge
Q" unabhängig von :der .durch die Pumpe 30-gelieferten Flüssigkeitsmenge Q, durch
den jeweils wirksamen Steuerschlitz zwischen Steuerschieber und Gehäuse eingestellt
wird und die Flüssigkeitsmenge Q, nur von der :durch der Steuerschieber freigegebenen
Austrittsöffnung des wirksamen Steuerschlitzes abhängt, indem der Druck p2 der durch
:den Steuerschlitz zwischen Steuerschieber und Gehäuse austretenden Flüssigkeit
vor dem Steuerschlitz durch Regulierschieber und Ventilrelais stets automatisch
auf einer Sollhöhe gleich groß gehalten wird.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Abb. i zeigt eine Seitenansicht eines, Gleiskettenfahrzeuges, teilweise
im Schnitt nach Linie A-B von Abb. 2, welche einen Grundriß darstellt im teilweisen
Schnitt nach der Linienführung C-D-E-F von Abb. i ; Abih. 3 zeigt einen Schnitt
nach der Linie G-H von: Abb. i; Abb. 4 ist ein Schnitt nach der Linie I-K von Abb.
3 ; Abb. 5 zeugt einen Schnitt nach der Linie L-M von Abb. i ; Abb. 6 zeigt eine
gleiche Ansicht wie Abb. 5 mit anderer Stellung der Steuerungsteile.
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Das Gleiskettenfahrzeug besteht aus einem Fährgestell il (Abb. i),
zwei Gleisketten o mit Rädern und Trägern in bekannter Art (Abb. 2), einem Antriebsmotor
3 (Abb. i) mit allen. zur Bedienung erforderlichen Einrichtungen und den später
näher beschriebenen Antriebs- und Steuereinrichtungen.
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Der Antriebsmotor 3 treibt über ein, Zahnrad 4 zwei Zahnräder 5 und
6 an.
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Das Zahnrad 5 (Alyb. i) treibt über eine Kupplung 7, welche :durc'h
:einen Fußhebel 8 über ein Gestänge 9, io in bekannter Weise vom Fahrzeugführer
bedient werden kann, ein Schaltgetriebe ii an, welches die Einschaltung verschiedener
Fahrgeschwindigkeiten mittels eines Schalthebels 12 ermöglicht. Das Schaltgetriebe
i i treibt über eine gelenkig angeordnete Welle 13 eine Schnecke 14 an, welche
ihrerseits ein Schneckenrad 15 in Bewegung setzt. Statt Schneckenrad und Schnecke
kann auch ein Kegelradgetriebe verwendet werden.
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Das Schneckenrad 15 (Abb. 3) treibt durch eine gemeinschaftliche Antriebswelle
16 zwei Sonnenräder 17 an. Die Sonnenräder 17 gehören zu zwei den Gleisketten 2
zugeordneten Planetenradgetrieben. Jedes Planetenradgetriebe besteht aus dem Sonnenrad
17 (Abb.4), ein oder mehreren Planetenrädern 18 und,dem Äquatorialrad i9. Die Planetenräder
18 drehen sich um je einen Zapfen 2o. Die Zapfen 2o jedes Pl.anetenradgetriebes
sind an je einem jeder Gleiskette zugeordneten Ausgleic'hra@d 2ii befestigt. Die
Ausgleichräder .sind in einem alle Getriebeteile umgebenden Gehäuse 22 mittler gemeinschaftlichenAntriebswell@e
116 gleichachsig gelagert und werden bei Wirksamkeit der Steuerung :durch je ein
jeder Gleiskette zugeordnetes Ritivel23 (Abb. 3 und 2) gegenläufig angetrieben.
Die zwei Ritzel 23 beider Gleisketten erhalten ihren Antrieb über je zwei Wellen
(Abb: 2), welche ihrerseits von zwei Kegelrädern 25 des gegenläufigen-Kegelradgetriebes
,angetrieben werden. Die Kegelräder 25 erhalten ihren Antrieb durch ein gemeinschaftliches
Antriebskegelrad 26, welches über eine gelenkig ausgebildete Steuerwelle 27 von:
einem Flüssigkeitsgetriebe angetrieben wird.
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Befindet sieh die Steuerwelle 27 und mit ihr das Antriebskegelrad
26 in Ruhe, so blockiert das Antriebskegelrad 26 die Kegelräder 2,5 und mit ihnen
die Ausgleichräder2i. Der Antrieb der Äquatorialräder i9 erfolgt dann bei festgestellten
Zapfen 2o über die Planetenräder i 8 durch die Sonnenräder 17 wie bei einem gewöhnlichen
Übersetzungsgetriebe, und zwar wird dabei .durch die an. :den Ausgleichrädern 2i
wirksam werdenden Drehmomente keinerlei treibende Kraft auf die Steuerwelle 27 ausgeübt,
da diese Drehmomente von :den Ausgleichrädern auf die Antriebsritzel und von diesen
über die Welle 24 auf die Kegelräder 25 gleichsinnig ° übertragen werden, während
die Kegelräder 25 an ,dem Antriebskegelrad 26 in entgegengesetztem Drehsinn wirkend
angreifen und somit ihre Momente sich über das Antriebskegelrad 26 aufheben.
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Dasselbe ist der Fall, wenn die Steuerwelle 27 in dem einen oder anderen
Drehsinn durch das Flüssigkeitsgetriebe angetrieben, wird. In diesem Falle werden
auch die beiden Ausgleichräder 2i angetirfeben, und zwar in entgegengesetztem Sinne.
In Abb. 4 sind die Verhältnisse für ein! Planetenradgetriebe :dargestellt. Dreht
sich das Sonnenrad 17 im Drehsinn a, so drehen sich das Planetenrad i8 im Drehsinn
b und das Äquatorialxa-d i9 im Drehsinn, c, wenn das Ausgleichrad 21 und mit ihm
der Zapfen 2o in Ruhe beharrt. Wird aber das Ritzel 23 im Drehsinn d bewegt, so
bewegt sich das Ausgleichrad 2r und mit ihm .der Zapfen-2o in dem Drehsinn e, woduirch
die Relativgeschwindigkeit zwischen ;dem Sonnenrad 17 und dem Zapfen 2o erhöht wird.
Das Äquatorialrad i9 erhält also einen zusätzlichen Antrieb: durch das Ausgleichrad2i.
Bei entgegengesetztem Drehsinndes Ritzels 23 erleidet das Äquatorialrad r9 .dagegen
keine Verzögerung.
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Mit den Äquatoriialrädern,i9 (Abb. 3) sind Antriebsräder 28 für die
Gleisketten 2 mittels der Wellen 29 verbunden. Die Wellen 29 sind gleichfalls
in
dem Gehäuse 22 gleichachsig mit der Antriebswelle 16 gelagert.
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Da die beiden Ausgleichräder 21 durch die Steuerwelle 2'7 über das
gegenläufige Kegelradgetriebe, die Wellen 24 und die Ritzel 23 in gegenläufigem
Sinne angetrieben werden, ergibt sich für die eine Gleiskette eine Verzögerung,
wenn die andere Gleiskette beschleunigt wird, wodurch eine Änderung der Fahrtrichtung
des Gleiskettenfahrzeuges erfolgt.
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Das mechanische Drehmoment, .das. zur Erzielung einer beliebigen Richtungsänderung
an der Steuerwelle 27 erforderlich wird, dient zur überwindung der Bodenreibung
der Gleisketten, bei der Veränderung ihrer Richtung auf der Fahrbahn. Dieses Drehmoment
ändert sich nur mit dem Reibungskoeffizienten zwischen Fahrbahn und Gleiskette,
dem Gewicht des Fahrzeuges und dem Fahrwiderstand. Bei kleinem Fahrwiderstand ist
das Moment groß, dagegen bei großem Fahrwiderstand klein. Beim Befahren einer großen
Steigung, beim Schleppen einer großen Last oder bei großen Luftwiderständen infolge
hoher Geschwindigkeit ist daher von der Steuerwelle 27 nur ein kleiner Drehwiderstand
zu überwinden, welcher im Grenzfall sogar Null werden kann. Im Gegensatz dazu wird
beim Fahren in der Ebene, ohne Schlepplast, bei langsamer Fahrt und hohem Reibungskoeffizienten
das Drehmoment am der Steuerwelle ein Maximum. Das Flüssigkeitsgetriebe zum Antrieb
der Steuerwelle muß -daher in der Lage sein, trotz einfachsten Aufbaues und trotz
der stark veränderlichen Belastung eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Steuerwelle
27 zu verursachen,- welche nach Möglichkeit genau verhältnisgleich dem Ausschlag
-des Steuerrades ist und bleibt.
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Diese Forderungen erfüllt das nachstehend beschriebene Flüssigkeitsgetriebe.
Das Zahnrad 6 (Abb. i) treibt eine Flüssigkeitspumpe 30, welche aus einem Behälter
3,1 durch eine Saugleitung 32 dieFlüssigkeitsmenge Qp ansaugt undin dieDruckleitung
33 drückt. Aus der Druckleitung 33 (Abb. 5 und 6) verteilt sich die Flüssigkeit
in Zweigleitungen 34, 35 und 36. Die Zweigleitungen 34, 35 führen zu einem Steuerschieber
37. In der Mittelstellung verschließt der Steuerschieber mit seinen einander abgekehrten
Stiirnflächen die Eintrittsöffnung der Zweigleitungen 34, 35 fast vollständig oder
vollständig, so daß dem Flüssigkeits@strom im wesentlichen. nur noch die Zweigleitung
36 offen steht. Der Steuerschieber 37 trägt eine Schubstange 38; welche durch eine
Stopfbuchse 39 nach außen geführt ist. Die Schubstaub 38 ist an ihrem freien Ende
mit einer Verzahnung versehen, in welche ein Zahnrad 4o eingreift. Das Zahnrad 4o
sitzt auf einer Welle 41 eines. Steuerrades 42 und kann durch dieses bewegt werden.
Mit dem Zahnrad 4o bewegen sich auch .die Schubstange 38 und der Steuerschieber
37. Ist durch das Steuerrad 42 der Steuerschieber 37 aus der Mittelstellung (Abb.
6) inRichtung des Pfeiles f (Abb. 5) bewegt, so wird derDruckflüssigkeit in,derZweigleitung
35 der Zutritt zu einer Rohrleitung 43, welche zu einem Flüssigkeitsmotor führt,
in Richtung des Pfeiles g gestattet. Der Flüssigkeitsmotor besteht aus den beidem
Zahnrädern 44, 45, welche nach Art einer bekannten Zahnradpumpe in einem Gehäuse
46 eingebaut sind. Unter dem Druck der Flüssigkeit !setzen sich die Zahnräder 44,
45 in Richtung der Pfeile h, i in Bewegung. Das Zahnrad 45 ist mit der Steuerwelle
27 verbunden und verursacht durch seine Bewegung die Richtungsänderung des Gleisketternfahrzeuges.
Durch die Bewegung der Zahnräder 44, 45 tritt die Flüssigkeit in Richtung der Pfeile
h, i auf die andere Seite des Flüssigkeitsmotors über und gelangt so in die
Rohrleitung 47. Aus dieser tritt. die Flüssigkeit durch einen Steuerschlitz in dem
Raum 48 über. Der Steuerschlitz wird einerseits durch eine der Kanten des Steuerschiebers
37 gebildet, welche durch eine mittlere Ausspannung desselben entstehen, andererseits
durch die Wandung des Gehäuses 46. Er ist in der Mittelstellung des Steuerschiebels
37 ganz geschlossen oder fast ganz geschlossen. Die mittlere Aussparung des Steuerschiebers
ermöglicht einen ungehinderten Übertritt der durch den Flüssigkeitsmotor strömenden
Flüssigkeitsmenge Q, in den Raum 48, aus welchem sie durch ein Abflußrohr 49 in
den Behälter 3 1 (Abb. i) zurückfließen kann. Die Rohrleitung 43 steht durch
eine enge Rohrleitung So mit einem Ventilrelais in Verbindung, desgleichen die Rohrleitung
47 durch die enge Rohrleitung 5,1. Das Ventilrelais besteht aus einem Ventilgehäuse
52 und einem Doppelventil 53 nach Abb. 5. Das Doppelventil wird von: einer im Ventilgehäuse
axialverschiebbar gelagertenStange gebildet, an deren Enden Ventiltellier sitzen.
In den Endstellungen liegt immer nur ein Ventilteller auf dem Ventilsitz auf, so
daß in ,den Endstellungen jeweils nur eine enge Rohrleitung So oder 5 1 mit
der Rohrleitung 54 verbunden ist. Wenn in den beiden engem Rohrleitungen So und-
S1 verschieden hohe Drücke herrschen, so schließt sich,das Ventil, welches den höheren
Druck erleidet, und öffnet zwangsläufig das Ventil mit dem geringeren Druck, so
d:aß immer dem niedrigsten Druck der Weg in die am das Ventilgehäuse 52 anschließende
Rohrleitung 54 freisteht. Bei Drudkgleichheit (Abb, 6) geben beide Ventilteller
die Ventilsitze frei.
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Die Rohrleitung 54 führt die Flüssigkeit mit dem geringeren Druck
in einen Druckzylinder 55. Indem Druckzylinder befindet sich ein Kolben 56, welcher
durch eine Feder 57 belastet wird. Der untere Teil des Kolibens ragt mit einem kleineren
Durchmesser in ein Ragulierschiebergehäuse 58 und bildet hier einen Regulierschieber.
In das Regulierschlebergehäuse, welches hinter dem Regulierschieber mit dem Abflußrohr
49 in Verbindung steht, mündet @d,e vorerwähnte Zweigleiturvg 36. Bei geöffnetem
Regulierschieber fließt die Flüssigkeit also direkt aus der Druckleitung 33 durch
die Zweigleitung 36 wund das Reg..ulierschiebergehäuse 58 in das. Abflußrohr 49
und von hier in den Behälter 311 zurück.
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DerRegulierschieber 56, 57 ist aber nur geöffnet, wenn im Druckzylinder
55 ein Flüssigkeitsdruck
herrscht, welcher der Spannung der Feder
57 entgegenarbeiten kann. Das Ventilrelais 52, 53 wacht darüber, daß dies der jeweils
geringere Druck in den Rohrleitungen So oder 51 ist. Beider inAbb. 5 dargestellten
Stellung des Steuerschiiebers 37 ist dies der Druck in der Rohrleitung 54 welcher
gleichfalls in der Rohrleitung 47 herrschen muß. Dieser Druck wird nun rückwirkend
durch die Feder 57 auf einer bestimmten Höhe gehalten. Er habe ,die Größe p2 und
betrage zwischen o,i und o,2 atü. Die Flüssigkeitspumpe 30 sei dagegen imstande,
einen Druck Po von io bis 2o atü zu erzeugen; :dieser Druck wirkt in den Rohrleitungen
33, 34 35 und 36. Beim Passieren der ,durch den Steuerschieber 37 freigegebenen
Öffnung vom Rohr 35 zum Rohr 43 tritt ein kleiner Dros.selungsverlust auf, der Druck
in der Rohrleitung 43 sei demnach p1 kleiner Po rund 9 bis i8 atü, der Druckunterschied
p,-p. treibt die Zahnräder- 44, 45. Sollte ein geringerer Druckunterschied ausreichen,
weil an der Steuerwelle 27 -ein geringeres Drehmoment erforderlich. ist, so müßte
der Druck p2 beträchtlich ansteigen. Infolgedessen würde aber auch unter dem Kolben
56 ebenfalls. ein höherer Druck wirksam, der Kolben wird angehoben und gibt einer
bestimmten Flüssigkeitsmenge Qp-Q" in der Zeiteinheit den Weg und aus der gleichfalls
unter dem Druck p. stehenden, Zweigleitung 36 in das Abflußrohr 49 frei, dadurch
fällt der Druck p, im der Zweigleitung 36 und auch in der Zweigleitung 35 ab und
mit ihm der Druck p1 in der Rohrleitung 43. Da die Druckdifferenz p,.-p. zum ausreichenden
Antrieb der Welle 27 erforderlich, ist, fällt auch -der Druck p2 bis auf eine Größe,
welche es der Feder 57 gestattet, den wieder zu schließen. Diese Vorgänge spielen
sich gleichzeitig ab, so daß der Druck p2 stets auf seiner Sollhöhe zwischen o,
i und o,2 atü gehalten wird und nur der Drück p, entsprechend dem erforderlichen
Drehmoment auf die erforderliche Höbe einreguliert wird.
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Da der Druck p2 also stets angenähert gleich groß bleibt, ändert sich
auch die Geschwindigkeit in ,dem Steuerschlitz zwischen der mittleren Aussparung
des Steuerschiebers 37 und der Wandung des Gehäuses 46 nur wenig. Infolgedessen
ist die Flüssigkeitsmenge, welche in der Zeiteinheit aus der Rohrleitung 47 in :den
Raum 48 übertritt, stets genau verhältnisgleich (der freien Öffnung des Steuerschlitzesi
und damit dem Ausschlag des Steuerrades 42. Nur .diese Flüssigkeitsmenge wird zur
Bewegung derZahnräder44und45 des Flüssigkeitsmotors ausgenutzt. Bei geringen Spaltverlusten
ist also die Umdrehungsgeschwindigkeit der Zahnräder 44 ünd 45 und somit der Steuerwelle
27 `, aus Kontinuitätsgründen genau verhältnisgleich dieser Flüssigkeitsmenge und
damit verhältnisgleich dem Ausschlag des. Steuerrades 42.
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Bei Berücksichtigung dieser Tatsachen ergibt sich für :das Gleiskettenfahrzeug
nach der Erfindung folgendes: i. Bei langsamer Fahrt und geringer Steigung ist der
Motor des Fährzeuges nur gering belastet. Der Kraftbedarf der Steuerung ist dagegen
groß und für langsame wie schnelle Wendungen angenähert gleich. Bei schnellen Wendungen
wird die Leistung der Flüssigkeitspumpe voll ausgenutzt, da die gesamte Flüssigkeitsmenge
zum Antrieb des Flüssigkeitsmotors ausgenutzt wird. Bei langsamen Wendungen wird
dagegen ein Teil der gelieferten Flüssigkeitsmenge in dem Regulierventil nutzlos
abgeleitet. In jedem Falle erfolgt jedoch die Wendung unabhängig von dem größeren
oder kleinerenReibungskoeffizienten zwischenFahrbahn und Gleiskette genau verhältnisgleich
:dem Ausschlag des Steuerrades 42.
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z. Beim Anfahren, bei großen Steigungen oder bei großen Zuglasten,
also in allen den Fällen, in denen .die Bodenhaftung der Gleisketten durch den Fahrwiderstand
fast überwunden wird, ist der Motordes Fahrzeuges bis an die Grenze seiner Leistungsfähigkeit
belastet, der Kraftbedarf der Steuerung nähert sich dagegen dem Wert Null. Auch
in diesem Fall erfolgt die Wendung verhältnisgleich dem Ausschlag des Steuerrades
42.
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3. Beim Geradeausfahren ist fder Kraftbedarf der Steuerung in jedem
Fall. rund gleich Null. Somit kann eine Erschöpfung ,des, Motors in keinem Fall
eintreten, ein Vorteil, den bekannte Gleiskettenfahrzeuge nicht aufzuweisen haben.
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Als Flüssigkeitspumpe 30 ist inAbb. i und 2 eine Kreiselpumpe
eingezeichnet, am besten ist jedoch eine Zahnradpumpe. Der Steuerschieber 37 kann
auch als. Rundschieber ausgebildet und( in diesem Fall' direkt durch das Steuerrad
oder mittelbar durch Zwischenschalten; eines übersetzungsverhältnisses bewegt werden.
Ferner kann auch der Steuerschieber -durch ein Schraubengewinde bewegt werden.
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Das Äquatorialra-d ist in Abb. 3 mit Innenverzahnung gezeichnet, statt
dessen kann in bekannter Weisse auch ein Rad mit Außenverzahnung verwendet werden,
jedoch sind in diesem Fall zwei miteinander auf einem Zapfen 2o drehbare, fest miteinander
verbundene Planetenräder notwendig.
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In dem Planetenradgetriebe können miteinander in ihrer Wirkung vertauscht
werden: i. Idas Ausgleichsrad 2i mit dem Äquatorialrad i9, 2. :das Sonnenrad 17
mit dem Äquatorialrad i9, 3. das, Sonnenrad 17 mit dem Ausgleichrad 2i. In diesen
Fällen ändern sich nur die räumlichen Anordnungen und die Übersetzungsverhältnisse
der einzelnen Getriebeteile.
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Die rund um den Steuerschieber 37 laufenden beiden Ausnehmungen sind
mit 59 bezeichnet, die Zughaken, an. welchen Lastanhänger u. dgl. angehängt werden
können, mit 6o.