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Überlagerungslenkgetriebe für Gleiskettenfahrzeuge
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Diese Erfindung betrifft ein Uberlagerungslenkgetriebe für Gleiskettenfahrzeuge
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Solche Lenkgetriebe haben sich bewährt, weil die beiden Antriebskettenräder
in einfacher Weise über Summierungsgetriebe beim Kurvenfahren zusätzlich und gegenläufig
angetrieben werden. Wird der Hauptantrieb, der über das Gangschaltgetriebe zu den
beiden Planetengetrieben geführt wird, stillgelegt, erfolgt also kein paralleler
Antrieb der Kettenräder, bewirkt dieser gleiche aber gegensätzliche Antrieb vom
Lenkgetriebe aus eine Drehung des Gleiskettenfahrzeuges um die Hochachse. Aber auch
beim gleichzeitig wirkenden Vortrieb über den Hauptantrieb führen solche und so
angeordnete Überlagerungslenkgetriebe zu einer hohen Manövrierfähigkeit des Kettenfahrzeuges.
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Aus der DE-PS 14 80 725 ist ein hydrostatisch/mechanisches oder hydrodynamisches
Lenkgetriebe bekannt, bei dem bei allen vorkommenden Kurvenradien in einer ersten
Ausgestaltung das hydrostatische und hydrodynamische und einer zweiten Ausgestaltung
das hydrostatische und mechanische Lenkgetriebe in Leistungssummierung auf die Nullwelle
wirken. Damit wird über den gesamten Bereich stufenlos gelenkt. Dies ist günstig
für die Bedienung der Lenkung des Kettenfahrzeuges, besonders auf der Straße, wo
es auf eine feinfühlige Lenkung ankommt, weil der Kontakt der Straße mit der Kette
mit wenig Schlupf behaftet und wo die notwendigen Lenkbewegungen rechtzeitig erkannt
werden.
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Im Gelände wirkt demgegenüber eine derartige Lenkung zu langsam,
besonders beim notwendigen schnellen Wechsel in der Fahrtrichtung und bei kleinen
Lenkradien, weil im gesamten Bereich vom Lenkradius r = unendlich (Geradeausfahrt)
bis zum gewünschten Lenkradius der gesamte Bereich durchfahren werden muß, was zwangsweise
zu einer Verzögerung führt. Weiter ist
infolge der Wirkung des hydrostatischen Lenkgetriebes über den
gesamten Lenkbereich und einer hohen Lenkleistung in den kleinen Radien der Wirkungsgrad
nicht befriedigend.
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Weiter ist ein hydrostatisches/mechanisches Lenkgetriebe aus der
DE-PS 11 74 182 bekannt, bei dem bei gewähltem kleineren Kurvenradius das mechanische
und bei einem größeren Kurvenradius das hydrostatische Getriebe die Nullwelle antreibt.
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Das mechanische Lenkgetriebe spricht zwar sehr schnell auf alle Lenkbewegungen
an und arbeitet auch mit einem guten Wirkungsgrad, so daß eine hohe Beweglichkeit
bei ökonomischer Fahrweise im Gelände möglich ist. Der Übergang aus dem hydrostatischen
auf den mechanischen Lenkbereich ist jedoch nicht ganz unproblematisch und damit
für den Fahrer übungsbedürftig.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Uberlagerungslenkgetriebe
für Gleiskettenfahrzeuge nach dem Oberbegriff vom Anspruch 1 weiterzuentwickeln,
insbesondere das Uberlagerungslenkgetriebe an die praktischen Anforderungen noch
besser anzupassen und den Wirkungsgrad und die Lenkbarkeit in bezug auf eine feinfühlige
Lenkung ohne nennenswerte Lenkverzögerung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche
1 und 2 in gleicher Weise erfüllt.
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Durch das Dreiradienlenkgetriebe und die Aufteilung in einen rein
hydrostatischen Radienbereich, einen Bereich mit Leistungssummierung, aus dem verstellbaren
hydrostatischen Antrieb und dem direkten und im Prinzip konstanten Antrieb vom Motor
über das mechanische Lenkgetriebe sowie einen rein mechanischen Antrieb mit einem
festen Kurvenradius ergibt eine optimale Anpassung an die praktischen Erfordernisse
bei gleichzeitiger Minimierung der Leistungsverluste.
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Im ersten Radienbereich ist eine eindeutige Zuordnung zwischen Lenkhebelausschlag
und theoretischem Kurvenradius vorhanden.
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Da der Lenkradienbereich entsprechend dem Gang sprung erweitert
wird, können auch mit kleinerem Gang engere Kurvenradien gefahren
werden, so daß sich dieser erste Radienbereich besonders für eine Straßenfahrt eignet.
Der Wirkungsgrad der hydrostatischen Einheit wird mit entsprechend dem Lenkausschlag
größer werdenden Drehzahlen immer besser, und da die erforderlichen Lenkleistungen
bei großen Lenkradien gering sind, sind auch die absoluten Leistungsverluste gering.
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Im zweiten hydrostatisch/mechanischen Radienbereich können sowohl
auf der Straße noch relativ enge Kurven (z. B. 24 m Radius im 4. Gang) gefahren
werden, und es ergibt sich auch im Gelände mit Radien zwischen 87 und 24 m im 4.
Gang eine günstige Manövrierfähigkeit bei relativ gutem Wirkungsgrad infolge der
Lenkleistungssummierung aus den mechanischen und hydrostatischen Teilgetrieben.
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Durch die mechanische Über lagerung im dritten kleinen Radiusbereich
wird besonders bei Geländefahrt eine optimale Wendigkeit bei bestmöglichem Wirkungsgrad
erreicht. Die Steuerung erlaubt es, sehr schnell den kleinen Radius einzuschalten,
ohne daß ein langsameres Ausregeln der Hydrostatpumpen diesen Vorgang behindert.
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Mit den Ansprüchen 2 bis 4 wird die Erfindung in vorteilhafter Weise
weiter ausgestaltet.
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Die Verschwenkung der Regelpumpe im hydrostatischen Teilgetriebe
von einem maximalen Schwenkwinkel durch den Nullpunkt zu dem entgegengesetzten maximalen
Schwenkwinkel ermöglicht einen hydrostatisch/mechanischen Radienbereich, der relativ
groß ist, so daß in Verbindung mit den Gängen sehr viele Lenkanforderungen abgedeckt
werden können.
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Die gleichen Sonnen- und Hohlräder der einfachen Planetensätze vom
mechanischen Teilgetriebe vereinfachen die Fertigung sehr.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen
und Zeichnungen erläutert, wobei die Einzelheiten der Zeichnung Gegenstand der Erfindung
sind.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtgetriebes
eines Gleiskettenfahrzeuges Fig. 2 das Überlagerungslenkgetriebe mit Antrieb Fig.
3 eine Tabelle der eingeschalteten Kupplungen und Bremsen in den Radienbereichen
bei Kurvenfahrt Fig. 4 ein Diagramm der Schwenkwinkel von der Regelpumpe im Zusammenhang
mit den Radienbereichen.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung des Uberlagerungslenkgetriebes
mit den hydrostatischen 1 und mechanischen 2 Teilgetrieben, wobei das mechanische
Teilgetriebe 2 achsparallel zur Hauptantriebsachse 45 liegt. Links und rechts von
den Summierungsgetrieben 3 sind noch die nicht dargestellten Seitenvorgelege mit
den Antriebskettenrädern angeordnet. Koaxial zur Hauptantriebsachse 45 liegt noch
ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 43 und das Gangschaltgetriebe 44 mit dem
Retarder 47.
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Über eine Antriebsbaugruppe 41, die mit dem Motor 4 des Gleiskettenfahrzeuges
verbunden ist, erfolgt der Antrieb des hydrostatischen Teilgetriebes 1 sowie eines
Verzweigungsgetriebes 42, an dem neben den hydrodynamischen Drehmomentwandler 43
und dem mechanischen Teilgetriebe 2 noch weitere nicht dargestellte Verbraucher,
wie z. B. Lüfter und Versorgungspumpen, angeschlossen sind.
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Der Haupantrieb erfolgt vom Motor 4 über die Antriebsbaugruppe 41
auf den hydrodynamischen Drehmomentwandler 43 und von dort über eine Hohlwelle 46
an das Gangschaltgetriebe 44.
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Über die Hauptantriebsachse 45 werden die beiden Summierungsgetriebe
3 z. B. über das Hohlrad 31 angetrieben, wobei auf der Hauptantriebsachse 45 noch
der Retarder 47, also zwischen Gangschaltgetriebe 44 und den Summierungsgetrieben
3 angeordnet ist.
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Der Antrieb des mechanischen Teilgetriebes 2 erfolgt einmal motordrehzahlabhängig
rein mechanisch über das Verzweigungsgetriebe 42 und einmal über das hydrostatische
Teilgetriebe 1, wobei der Schwenkwinkel einer Regelpumpe 11 in Abhängigkeit einer
Lenk- und Steuereinheit, die nicht dargestellt ist, verstellt wird.
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Der Lenkantrieb aus dem mechanischen Teilgetriebe 2 des über lagerungslenkgetriebes
erfolgt über die Nullwelle 21 auf die z. B. Sonnenräder 32 der Summierungsgetriebe
3, wobei die erforderliche gegensätzliche Antriebsrichtung über Zwischenräder 22
erzeugt wird. In den beiden Summierungsgetrieben 3 wird also der über das Hohlrad
31 geführte Hauptantrieb mit dem auf beiden Seiten gleichen, auf der Kurveninnenseite
gegenläufig und auf-der Kurvenaußenseite gleichläufig drehenden Lenkantrieb überlagert,
so daß bei Kurvenfahrt die beiden Abtriebswellen 34, die mit dem Planetenträger
33 des Summierungsgetriebes 3 verbunden sind, unterschiedliche Drehzahlen haben
- einmal Antriebsdrehzahl plus Drehzahl aus dem Überlagerungslenkgetriebe, und zum
anderen Antriebsdrehzahl minus Drehzahl aus dem Überlagerungslenkgetriebe.
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In der schematischen Darstellung des Uberlagerungslenkgetriebes nach
Fig. 2 ist im hydrostatischen Teilgetriebe 1 in bekannter Weise die vom Motor 4
angetriebene Regelpumpe 11 und der blmotor 12 angeordnet. Das mechanische Teilgetriebe
2 besteht aus drei einfachen Planetenradsätzen 23, 24, 25 sowie den Kupplungen A
und B und der Bremse C für die Schaltung des Überlagerungslenkgetriebes 1 plus 2
und der Rechtslenkkupplung D sowie der Linkslenkkupplung E, für die Verbindung mit
der Nullwelle 21, je nach der gewünschten Fahrtrichtung z. B.
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- D geschlossen = Rechtskurve; E geschlossen = Linkskurve Weiter sind
noch zwei Freiläufe F, G sowie ein Drehrichtungsumkehrgetriebe
26
angeordnet, wobei folgende triebliche Verbindungen bestehen: - Die Nullwelle 21
mit der Linkslenkkupplung E und über ein Drehrichtungsumkehrgetriebe 26 mit der
Rechtslenkkupplung D, - Eine innere Hohlwelle 27 auf der einen Seite mit der Rechtslenkkupplungs
D und einem ersten Freilauf F und auf der anderen Seite mit der Linkslenkkupplung
E und der Kupplung B für den festen Radius RF, - Eine Hohlwelle 28 mit dem ersten
F- und dem zweiten Freilauf G sowie mit dem Planetenträger 241 des zweiten 24 und
dem Sonnenrad 250 des dritten einfachen Planetenrädersatzes 25, - Der zweite Freilauf
G mit der Kupplung A und die Kupplung B mit dem Planetenträger 251 des dritten Planetenrädersatzes
25, - Das Antriebszahnrad 29A für den vom hydrostatischen Teilgetriebe 1 kommenden
regelbaren Antrieb mit der Kupplung A und dem Hohlrad 232 des ersten Planetenradsatzes
23, - Das Antriebs zahnrad 29B für den motordrehzahlabhängigen im Prinzip konstanten
Antrieb mit dem Sonnenrad 240 des zweiten Planetenradsatzes 24 sowie mit dem Hohlrad
252 vom dritten einfachen Planetenradsatz 25, - Das Sonnenrad 230 des ersten 23
mit dem Hohlrad 242 des zweiten 24 einfachen Planetenradsatzes 23 und der Planetenträger
231 des ersten einfachen Planetenradsatzes 23 mit der Bremse C, Die Tabelle nach
Fig. 3 gibt mit einem X die eingeschalteten Kupplungen A, B, Bremsen C, Fahrtrichtungskupplungen
D, E und die wirksamen Freiläufe so an, wie sie in den Radienbereichen RI, RII und
dem festen Radius RF bei einer Rechtskurve, einer Linkskurve und bei Geradeausfahrt
wirksam sind.
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Im Diagramm nach Fig. 4 sind über dem Schwenkwinkel t der Regelpumpe
11 des hydrostatischen Teilgetriebes 1 die erzielbaren Radien aufgetragen. Mit RI
ist der erste rein hydrostatisch erzielbare Radienbereich und mit RII der hydrostatisch
/mechanische
Radienbereich bezeichnet. RF ist der kleine feste Radius.
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Von der Geradeausfahrt - r = unendlich; Schwenkwinkel = 0 -ergeben
sich mit zunehmendem positiven Schwenkwinkel in Richtung plus entsprechend der Kurve
rl und von plus maximal nach t minus maximal entsprechend der Kurve r2a und r2b
immer engere Radien, die im Bereich der Teilkurven rl, also zwischen unendlich und
z. B. einen Radius von 89 m stufenlos und rein hydrostatisch erzielt werden, und
wobei dieser Radius vom jeweilig geschalteten Gang abhängig ist und z. B. dem höchsten,
dem vierten Gang, entsprechen soll. Die beiden Teilkurven r2a und r2b entsprechen
dem hydrostatischen/mechanischen Radienbereich, wobei sich r2a mit dem Schwenken
der Regelpumpe vom maximalen Schwenkwinkel plus nach 0 und die Teilkurve r2b von
0 nach maximal minus ergibt. Die Teilkurve r2a bewirkt eine Radienverkleinerung
von 89 auf 38 m und die Teilkurve r2b von 38 auf 24 m. Der feste Radius r3 wird
in diesem Beispiel mit etwa 15 m im vierten Gang erreicht, das entspricht einem
Kurvenradius im ersten Gang von etwa 3,3 m.
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Der Übersetzungssprung vom kleinsten hydrostatisch/mechanisch erzielbaren
Kurvenradius von 24 m bis zum festen Radius beträgt dabei i = 1,58 und ist insbesondere
bei Geländefahrt völlig ohne Bedeutung. Dabei ist es auch möglich, durch geeignete
Maßnahmen im mechanischen Teilgetriebe 2 diesen Ubersetzungssprung, und damit auch
den kleinen festen Radius und die anderen Radienbereiche, je nach Aufgabenstellung,
anders zu gestalten.
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Das Dreiradienüberlagerungslenkgetriebe wirkt wie folgt: Bei Geradeaus
fahrt sind die Rechtslenkkupplung D und die Linkslenkkupplung E geschlossen. Damit
ist die Nullwelle 21 blockiert, und das Antriebsmoment, das am Summierungsgetriebe
3 am Hohlrad 31 anliegt, wird am Sonnenrad 32 abgestützt. Auf die Abtriebswellen
34 und damit über die Seitenvorgelege auf die Kettenräder wirkt also nur der vom
Schaltgetriebe kommende Hauptantrieb.
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Beim Einleiten z. B. einer Rechtskurve wird die Kupplung E gelöst
und die Kupplung A geschlossen. Dies trifft zu bei einem geringen Lenkausschlag
an der Lenk- und Steuereinheit 5. Bis zu einem theoretischen Kurvenradius von z.
B. 89 m erfolgt, wie in Fig. 4 dargestellt, die Lenküberlagerung rein hydrostatisch
im Bereich RI entsprechend der Kurve rl. Dabei wird die vom O1-motor 12 erzeugte
Drehzahl, die zwischen 0 und plus/minus z. B.
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580 UpM liegen kann, über das Antriebszahnrad 29A dem mechanischen
Teilgetriebe zugeführt und über die Kupplung A und die Freiläufe G und F und die
Kupplung D sowie das Drehrichtungsumkehrgetriebe 26 und die Nullwelle 21 auf die
Sonnenräder 31 der Summierungsgetriebe 3 übertragen, wobei der gleiche, aber gegenläufige
Lenkantrieb an beide Summierungsgetriebe über ein Zwischenrad 22 erzielt wird.
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Bei einer Linkskurve, in der die Kupplung E geschlossen und D geöffnet
ist, erfolgt der Antrieb über die Freilaufe G und F und die innere Hohlwelle 27
auf die Kupplung E und damit auf die Nullwelle 21, wobei eine Drehrichtungsumkehr
der Nullwelle erfolgt. Die gesamte erforderliche Lenkleistung wird also über das
hydrostatische Teilgetriebe aufgebracht.
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Bei einem gröBeren Lenkausschlag entsprechend dem Radienbereich RII
aus Fis. 4 wird der Antrieb aus dem hydrostatischen Getriebe 1 von dem vom Gashebel
abhängigen, aber sonst konstanten Antrieb über das Eingangszahnrad 29B überlagert,
da die Bremse C geschlossen ist und die Planetenradsätze 23, 24 des mechanischen
Teilgetriebes zur Wirkung kommen. Der in diesem Bereich mögliche Antrieb aus dem
hydrostatischen Getriebe von z. B. plus z. B.
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580 bis minus 580 UpM wird über das Antriebszahnrad 29A und den Planetenradsatz
23 an das Hohlrad 242 des Planetenradsatzes 24 geleitet. Der konstante Antrieb aus
dem Motor 4 erfolgt über das Antriebszahnrad 29B auf das Sonnenrad 240.
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Damit fließt ein Teil der Lenkleistung vom Antriebsrad 29A über den
ersten Planetenradsatz 23 zum Hohlrad 242 des zweiten Planetenradsatzes 24, ein
zweiter Teil von dem Antriebsrad 29B zum Sonnenrad 240 des zweiten Planetenradsatzes
24.
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Im Planetenradsatz 24 werden beide Teilleistungen summiert. Die Größe
der beiden Teilleistungen kann durch die Ausbildung der Planetenradsätze beeinflußt
werden.
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-Der Abtrieb erfolgt über den Planetenträger 241 und den Freilauf
F je nach Lenkausschlag bei einer Rechtskurve über die Kupplung D und das Drehrichtungsumkehrgetriebe
26 auf die Nullwelle und bei einer Linkskurve vom Freilauf F über die Hohlwelle
27 und die Kupplung E gleichfalls auf die Nullwelle.
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Beim Lenkausschlag in den kleinen Kurvenradius RF von ca.
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15 m wird entsprechend Fig. 4 die maximale Drehzahl des O1-motors
im Minusbereich durch den konstanten Antrieb über das Zahnrad 29B überlagert. Da
nunmehr auch die Kupplung B geschlossen ist, ergibt sich ein Kraftverlauf vom Zahnrad
29B über den einfachen Planetenradsatz 25 und über den Planetenträger 251 zur Kupplung
B und über die innere Hohlwelle 27, wie bereits beschrieben, über die Rechts- und
Linksfahrkupplung D und E auf die Nullwelle 21.
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Bezugszeichenliste 1 hydrostatisches Teilgetriebe 11 Regelpumpe 12
Olmotor 2 mechanisches Teilgetriebe 21 Nullwelle 22 Zwischenräder 23 erster einfacher
Planetenradsatz 230 Sonnenrad 231 Steg 232 Hohlrad 24 zweiter einfacher Planetenradsatz
240 Sonnenrad 241 Steg 242 Hohlrad 25 dritter einfacher Planetenradsatz 250 Sonnenrad
251 Steg 252 Hohlrad 26 Drehrichtungsumkehrgetriebe 27 innere Hohlwelle 28 Hohlwelle
29A Antriebszahnrad 2 9B Antriebszahnrad 3 Summierungsgetriebe 31 Hohlrad 32 Sonnenrad
33 Planetenräder (Steg) 34 Abtriebswellen 4 Motor 41 Antriebsbaugruppe 42 Verzweigungsgetriebe
43 Drehmomentwandler 44 Gangschaltgetriebe 45 Hauptantriebsachse 46 Hohlwelle
47
Retarder 5 Lenk- und Steuereinheit A erste Kupplung B zweite Kupplung C Bremse D
Rechtslenkkupplung E Linkslenkkupplung F erster Freilauf G zweiter Freilauf RI erster
Radienbereich RII zweiter Radienbereich RF fester Radius rl mögliche Radien in Abhängigkeit
des Schwenkwinkels im ersten Radienbereich r2a und mögliche Radien in Abhängigkeit
des Schwenkwinkels r2b im zweiten Radienbereich r Schwenkwinkel der Regelpumpe