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Elektromotorischer Antrieb, insbesondere für Hebezeuge Es ist bekannt;
mechanische Getriebe mit zwei Geschwindigkeitsstufen für Hebezeuge zu verwenden,
wobei die kleinere Geschwindigkeitsstufe für die normale Last, die größere für kleinere
Lasten vorgesehen ist. Die bei diesen Getrieben und allgemein bei Hebemaschinen
angewendeten elektrischen 'Motoren sind gewöhnlich Schleifringmotoren mit verhältnismäßig
teuren Anlaßwiderständen. Auch lassen solche Motoren eine Regelung der Senkgeschwindigkeit
nur übersynchron zu; die Senkgeschwindigkeit ist deshalb gewöhnlich um ro bis 70'/o
größer als die größte Hubgeschwindigkeit. Die Verwendung von Kurzschlußmotoren ist
meist wegen des geringen Anzugsmomentes und des zu großen Einschaltstromes ausgeschlossen.
-Es ist ferner bekannt, bei Dreiphasenmotoren für normale Last eine Dreieck- und
für sehr kleine Lasten eine Sternschaltung anzuwenden, um eine bessere Wirtschaftlichkeit
zu erzielen. .
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Ausgehend von den bekannten elektromotorischen Antrieben mit einem
zweistufigen Anlasser wird unter Anwendung eines für Motorantriebe ebenfalls bekannten
Übersetzungsgetriebes mit zwei Geschwindigkeitsstufen eine besonders vorteilhafte
Arbeitsweise gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das mechanische Übersetzungsgetriebe
mit dem elektrischen Regler derart verbunden ist," daß einerseits die für die Höchstlast
und niedrige Geschwindigkeit bestimmte mechanische Getriebestufe mit der an sich
für den Betrieb mit geringem Drehmoment (für geringe Last) bestimmten elektrischen
Schaltung und anderseits die zweite, für geringe Last und hohe Geschwindigkeit bestimmte
mechanische Getriebestufe mit der an sich für das größere Drehmoment (für größere
Last) bestimmten elektrischen Schaltung zwangsläufig verbunden sind. Hierbei ist
die Anordnung so bemessen, daß die Höchstlast in beiden für die verschiedenen Geschwindigkeiten
bestimmten Stellungen des Reglers bewegt werden kann.
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Dadurch wird ermöglicht, daß der Motor auf beiden Anlasserstufen jeweils
bis in die Nähe seiner Höchstdrehzahl hochlaufen kann, so daß seine Geschwindigkeit
auf allen Stufen von Schwankungen des Lastdrehmoments annähernd unabhängig ist.
Umgekehrt kann die volle Last mit entsprechend abgestuften Geschwindigkeiten auf
den Anlasserstufen bewegt werden, so daß diese auch gleichzeitig als betriebsmäßige
Geschwindigkeitsstufen zu verwenden sind, mit denen verschiedene praktisch lastunabhängige
Geschwindigkeiten eingestellt werden können: Es ergibt sich hierbei auch der Vorteil,
daß die Zahl der Anlasserstufen wesentlich vermindert werden kann, ohne daß größere
Schaltstromstöße auftreten
als bei den üblichen Anlassern mit höherer
Stufenzahl.
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Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von Kurzschlußläufermotören
mit den bekannten Sterndreieckanlassern; insbesondere bei Hebezeugen, ist aber auch
bei Gleichstromnebenschlußmotoren und Schleifringläüfermotoren mit Vorschaltwiderständen
im Primärkreis anwendbar.
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Dadurch, daß die durch die Erfindung erhältlichen verschiedenen Geschwindigkeiten
annähernd lastunabhängig sind, wird auch bei beliebig vielen Motoren praktisch einwandfreier
Gleichlauf bei ungleicher Lastverteilung erzielt. Außer, daß weitere Anlaßwiderstände
zum Teil erspart und teure vielstufige Motoranlasser vermieden werden können, ergibt
sich bei Gleichstrombetrieben der Entfall der teueren Senkbremsschaltungen Lind
der damit verbundenen oft gefährlichen Freifall- und Senkkraftstellungen. Im ganzen
ergibt sich ferner eine wesentliche Vereinfachung der Steuerung, vor allem auch
eine Verminderung der Zahl der benötigten Schleifleitungen, namentlich bei - mehrmotorigen
Hubwerken (Lokomotivkranen usw.).
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Die Wirkungsweise der Erfindung ist im Diagramm in Abb. i der Zeichnung
bei Verwendung eines Gleichstromnebenschlußmotors näher erläutert.
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Auf der Abszisse ist das Drehmoment des idotors, auf der Ordinate
seine Drehzahl aufgetragen. Die Kurve a bedeutet die Maschinencharakteristik ohne
Vorschaltwiderstand, die Kurve b die Charakteristik mit Vorschaltoviderstand. Der
Drehmomentverlauf kann bei Nebenschlußmotoren in erster Annäherung auch gleichzeitig
als Abbild des. Stromverlaufes angegeben werden, da wDrehmoment und Strom ungefähr
verhältnisgleich sind. O 11o stelle das Nenndrehmoment des Motors dar.
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Zuerst seien die Arbeitsverhältnisse des Motors ohne Verwendung einer
veränderlichen mechanischen Übersetzung betrachtet. Ist der Motor mit dem vollen
Drehmoment OMo belastet und wird der Motor mit vorgeschaltetem Widerstand eingeschaltet;
so wird das Drehmoment, beginnend in der Größe 0A, den Motor so lange beschleunigen,
bis das Gegendrehmoment O Mo = E B erreicht ist. Wird jetzt der Vorschaltwiderstand
ausgeschaltet, so springt das Drehmornent bei der betreffenden Drehzahl auf den
Wert E C. Von da an sinkt es dann wieder unter Beschleunigung des Motors längs der
Kurve a auf O Mo =F D. Derselbe Verlauf A B C D gilt auch angenähert
verhältnisgleich für die Stromaufnahme des Motors.
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Bei der angenommenen Arbeitsweise des Motors ergibt sich, daß erstens
ein sehr störker Stromstoß beim Überschalten von der Widerstandsstufe auf die widerstandsfreie
Stufe auftritt und daß zweitens die Drehzahl auf der Widerstandsstufe stark schwanken
kann, wenn nicht das volle Lastmoment O Mo,
sondern ein davon verschiedenes
Moment vorhanden ist.
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Wesentlich andere Verhältnisse ergeben sich gemäß der Erfindung; wenn
also gleichzeitig eine veränderliche mechanische Übersetzung zwischen Motor und
Lastwelle vorhanden ist.
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Wird z. B. angenommen, daß auf der Widerstandsstufe eine Übersetzung
i : 4 ins Langsame eingeschaltet wird, bei Ausschalten des Widerstandes jedoch die
Übersetzung i : i, so stellt sich auf der Widerstandsstufe nach Durchlaufen der
Kurve b im Motor ein Beharrungsmoment 0 Mii = E' B' = '/4
0 170 ein, wenn O Mo das Momentan der Lastwelle ist. Beim Ausschalten
des Vorschaltwiderstandes und Einschalten der Übersetzung i : i springt das Motordrehmoment
bei der gegebenen Drehzahl zunächst auf den Wert E C und verringert
sich dann unter Beschleunigung des Motors auf F D = O Mo. Die Stromänderung
ist wie früher etwa verhältnisgleich der Drehmomentänderung.
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In diesem Falle ergibt sich also, daß erstens die Stromspitze beim
Ausschalten des Widerstandes bedeutend kleiner ist als im erst besprochenen Fall
und daß zweitens auch auf der Widerstandsstufe die Motordrehzahl wesentlich lastunabhängig
ist. Denn wenn auch jetzt das jeweilige Lastmoment beliebig kleiner wird, kann sich
die Motordrehzahl nur wenig ändern, da sie ja bereits bei Normallast so weit in
die Nähe der Höchstdrehzahl des Motors gerückt ist, daß weserrtliche Änderungen
der Drehzahl bei Verkleinerungen des Lastmomentes nicht mehr auftreten können. Die
Anlaßwiderstandsstufe ist daher auch gleichzeitig als betriebsmäßige Steuerstufe
mit wesentlich lastunabhängiger Geschwindigkeit zu verwenden. Außerdem aber ergibt
sich noch, wie gezeigt, der Vorteil, daß trotz Verwendung nur einer geringen Zähl
von Anlasserstufen, im geschilderten Falle nur einer, die Überschaltstromstöße so
vermindert werden, wie es bei den bisher gebräuchlichen Anlassern nur mit einer
größeren Anlasserstufenzahl erzielbar ist.
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In den Abb. z bis q. sind zwei Ausführungsformen der Erfindung gezeigt,
und zwar zeigt Abb.2 die eine Ausführungsform im Grundriß, Abb.3 die andere Ausführungsforrn
im Aufriß, Abb. q, in größerem Maßstab eine Einstellv orrichturig für die dabei
verwendeten Kupplungen.
Der Elektromotor i in Abb. 2 treibt über
eine elastische Kupplung :2 die Achse 3. Auf dieser laufen lose die Zahnräder 4
und- 5, welche abwechselnd mit der Achse 3 mittels der Reibungskupplungen 6, 7,
Hebel 8, 9 und Bremslüfter io, i i gekuppelt werden. Die Zahnräder 4, 5 greifen
in die Zahnräder 12, 13 ein, welche auf der Achse 14 befestigt sind. Diese trägt
das Ritzel 15, welches über ein Zahnrad 16 die Lasttrommel 17 antreibt. Das Zahnradpaar
4, 12 entspricht der größeren, das Zahnradpaar 5, 13 dagegen der kleineren Geschwindigkeitsstufe.
Die größere Geschwindigkeitsstufe ist erfindungsgemäß umgekehrt wie bei bekannten
Einrichtungen derart bemessen, daß damit auch die Höchstlast unter voller Ausnutzung
der Motorleistung bei Dreieckschaltung gehoben werden kann, die kleinere Geschwindigkeitsstufe
ist dagegen derart gewählt, daß auf ihr auch die größte Last in Sternschaltung gehoben
werden kann, wobei noch ein genügend großes Anzugsmoment für den Motor verfügbar
ist. Wird durch die Betriebsverhältnisse eine noch kleinere Geschwindigkeit erwünscht,
so kann die kleinere Geschwindigkeitsstufe ohne weiteres beiden Zwecken genügend
gewählt werden.
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Cie Umschaltung des Antriebsmotors wird durch einen Sterndreieckschalter
18 zwangsläufig und folgerichtig besorgt. Dieser wird im Sinne der Erfindung durch
den. verlängerten Hebel 9 des zur kleineren Geschwindigkeitsstufe gehörenden Bremslüfters
i i verstellt. Der Schalter i8 hat zwei Stellungen; in der einen, welche dem stromlosen
Zustand des Bremslüfters i i entspricht, schaltet er den Motor i über Leitungen
22, 23, 24 in Stern,, wobei er- ;gleichzeitig mittels Hilfskontakte und Leitungen
i9, 2o, 21 den. Strom zum Bremslüfter io führt. Der mit 29 bezeichnete Motoranlasser
hat außer der Nullstellung, in, welcher jede Stromzuführung zum Antriebsmotor sowie
zu den Bremslüftern unterbrochen ist, nach beiden Drehrichtungen je zwei Stellungen
I und Il. Wird die Handkurbel im Hubsinne z. B. nach rechts gedreht in die Stellung
I, so gelangt der Strom durch die drei Leitungen 30, 31, 32 zu dem mit dem
Windwerk zusammengebauten Schalter 18 und von hier, wie beschrieben,' in Sternschaltung
zum Motor i- bzw. zum Bremslüfter io, so daß letzterer die Kupplung 6 lüftet und
der Motor in Stern anläuft. In der Stellung I des Anlassers 29 ist der Bremslüfter
i 1 stromlos, infolgedessen die Kupplung 7 eingeschaltet. Es wird demnach die Bewegung
über die Zahnräder 5, 13 auf die Lasttrommel 17 übertragen, d. i. mit der kleinen
Geschwindigkeit. Wird nun ,der Anlasser weitergeschaltet auf Stellung II, so erhält
der Bremslüfter i i über Leitungen 33, 34, 35 Strom; infolgedessen lüftet er die
Kupplung 7. Gleichzeitig verstellt er aber mittels des verlängerten Hebels 9 und
ein entsprechendes Gestänge (in der Zeichnung nicht dargestellt) den Umschalter
18. In der neuen Lage unterbricht dieser aber den Strom zum Bremslüfter io; dieser
fällt ein und schließt die der großen Geschwindigkeit entsprechende Kupp-. lung
6. Gleichzeitig schaltet er über Leitungen 25, 26, 27 auch den Motor von Stern auf
Dreieck um, so daß derselbe nunmehr die Last mit -der größeren Geschwindigkeit in
Dreieckschaltung bewegt.
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Nachdem die Unterbrechung der Sternschaltung und der Stromzuführung
zum Bremslüfter io ungefähr in Mitte des Hubes des Bremslüfters i i erfolgt, ist
die Kupplung 6 beim Eintreffen des Bremslüfters i i in seine oberste Lage und demnach
bei Durchführung der Dreieckschaltung noch nicht eingeschaltet, so daß der Umschaltvorgang
von Stern auf Dreieck bei völliger Entlastung des Motors erfolgt, wodurch dieselbe
ohne Stromstoß erfolgen kann. Der Umschaltvorgang spielt sich sehr rasch ab. Beim
Einfall des Bremsgewichts der Kupplung 6 wird diese geschlossen und die Bewegung
über die Zahnräder 4, 12 mit der großen Geschwindigkeit übertragen. Bewegt man die
Handkurbel des Anlassers zurück auf die Stellung I, so wiederholt sich dasselbe
Spiel, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Dreht man die Handkurbel nach links im
Senksinne, so wiederholen sich dieselben Vorgänge, wie - beschrieben, nunmehr im
Senksinne.
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Der Umschalter 18 und der Anlasser 29 könnten unter Umständen auch
durch einen gewöhnlichen Sterndreieckschalter bekannter Bauart ersetzt werden. Diese
Lösung könnte aber nur in Betracht kommen, im Falle der Anlasser 29 unmittelbar
neben der Winde aufgestellt wäre. 'Ist aber der Anlasser 29, wie das die Regel ist,
im Führerkorb des-Kranes aufgestellt, so würde diese Lösung zehn Zuleitungen vom
Führerkorb aus benötigen (sechs zum Motor und vier zu den beiden Bremslüftern) gegenüber
nur fünf der Erfindung.
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Bei der in Abb. 3 dargestellten Einrichtung wird ein einziger Bremslüfter
(Bremsmagnet) zur Bedienung beider Kupplungen 6 und 7 benutzt. In diesem Falle muß
jedoch die elastische Kupplung als Haltebremse in an sich bekannter Weise ausgeführt
werden. Die beiden Kupplungen 6 und 7 werden nunmehr mittels eines Winkelhebels
9 betätigt, welcher das Bremsgewicht 43 trägt. Solange der Bremslüfter i i stromlos
ist, bleibt die Kupplung 7 unter der Wirkung des Bremsgewichtes 43 eingeschaltet.
In der Stellung I des Anlassers 29 bekommt der Motor i Strom
in
der bereits beschriebenen Weise, während der Bremslüfter i i stromlos bleibt. Die
Kupplung ? ist daher eingeschaltet, und die Bewegung erfolgt über die kleinere Geschwindigkeitsstufe.
In der Stellung II des Anlassers bekommt nunmehr auch der. Bremsmagnet i i Strom
und verstellt in der bereits beschriebenen Weise den Sterndreieckschalter; dieser
schaltet den Motor auf Dreieck uni. Die Bewegung geht nunmehr über der großen Geschwindigkeitsstufe
weiter. Sobald nämlich der Magnet i i Strom erhält, hebt er nicht nur das Bremsgewicht
43 an, sondern er schließt gleichzeitig mittels des Gabelhebels g die Kupplung 6.
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Abb. ,4 zeigt eine Einzelheit des Gestänges zur Einstellung der Kupplungen
6 und 7 (Abb. :2). Die Zugstange des Magneten ii ist verlängert und trägt eine Büchse
37, welche längs der Stange 44 verschiebbar und einstellbar ist zu dem Zwecke, die
Wege und Drücke der beiden Kupplungen 6 und 7 richtig einstellen zu können. Die
Einstellung erfolgtmittels der Schraubenmuttern 39. Die Büchse 37 trägt zwei Federteller
40, 44 zwischen denen die Feder ¢2 eingelegt und durch die Muttern 38 ;nachspannbar
ist. Der obere Federteller ist auf der Büchse 37 beweglich.
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Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungen zu. Sie kann nicht nur
für Hubzwecke, sondern auch für Längsbewegungen bei Hebezeugen benutzt werden. Sie
kann überhaupt bei jeder Maschine angewendet werden, welche unter ähnlichen Bedingungen
arbeitet. Bei Anwendung für Fahrwerke von Kranen ist es zweckmäßig, zum stoßlosen
Steuern der Fahrbewegungen einen vierstelligen Motoranlasser anzuwenden. In diesem
Falle würde im Sinne der Erfindung die Steuerung folgendermaßen erfolgen: In der
Stellung I des Anlassers 29 bekommt 'nur der Bremslüfter ro unmittelbar vom Anlasser
Strom, so daß er die Kupplung 6 öffnet. Der Motor ist noch stromlos. In Stellung
II bekommt der Motor über den Umschalter 18 Strom, der Bremslüfter i i ist stromlos,
so daß die Bewegung mit der kleinen Geschwindigkeit 5, 13 langsam beginnt. Auf Stellung
I II bekommt nun auch der Magnet i i Ström; er schaltet den Motor auf Dreieck um,
der Magnet ro ist dabei noch immer unter Strom. Infolgedessen wird aus dieser Stelhing
rasch weitergeschaltet (damit die Fahrbewegung nicht zu sehr abnehme, nachdem ja
beide Kupplungen gelüftet sind). In Stellung IV wird der Magnet 1o stromlos, so
daß die Bewegung mit der großen Geschwindigkeit weitergent. Wird nun umgekehrt geschaltet,
so wiederholt sich das Spiel in umgekehrter Reihenfolge: . Auf Stellung III wird
die Kupplung 6 bei eingeschaltetem Motor gelüftet. Nachdem aber gleichzeitig auch
die Kupplung 7 gelüftet ist, so wirkt der Antriebsmotor nickt mehr auf das Kranfahrwerk;
die Bewegung verlangsamt sich: Sobald diese auf das durch die kleine Geschwindigkeit
bestimmte Maß ,gesunken ist; wird weitergeschaltet auf Stellung II, in welcher der
Bremslüfter i i stromlos wird und dadurch den Motor auf Stern umschaltet unter gleichzeitiger
Einschaltung der Kupplung 7. Der Kran wird dadurch stoßlos in die langsame Bewegung
übergeführt. Wird nun weitergeschaltet auf Stellung I, so wird der Motorstrom unterbrochen;
da jedoch der Bremslüfter io noch immer unter Strom ist, kann der Kran ruhig auslaufen.
Wird dagegen die Stellung I rasch übersprungen, so tritt bekannterweise beim Einschalten
auch der großen Geschwindigkeitsstufe eine Bremsung ein. In der beschriebenen Weise
wird es erst ermöglicht; Kurzschlußmötore für Fahrwerke bei völlig stoßlosem Betrieb
anwenden zu können.
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Werden an Stelle von Kurzschlußmotoren Drehstromschleifringmotore
oder Gleichstrom-. nebenschlußmotore verwendet, so werden im Sinne der Erfindung
nur in der Stellung I des Anlassers 29 Widerstände eingeschaltet, welche in der
Stellung I durch einen vom Bremslüfter i i betätigten, an Stelle des Umschalters
18 tretenden einfachen Schalter kurzgeschlossen werden. Die kleine Geschwindigkeitsstufe
wird dabei derart gewählt; daß der Antriebsmotor bereits auf der ersten Stellung
des Motoranlassers 29 auf nahezu volle Drehzahl kommt, so daß die Kurzschließung
des Widerstandes auf Stellung 1I ohne namhaften Stromstoß erfolgt. Man kann aber,
um auch den geringsten nicht durch die Belastung gegebenen Stromstoß auszuschließen,
im Sinne der Erfindung auch derart verfahren, daß man in der Stellung I des Anlassers
nicht nur im Anker einen Vorschaltwiderstand einschaltet, sondern auch das Feld
derart mittels eines zwischengeschalteten Feldwiderstandes schwächt, daß der Motor
bei der durch die kleine Geschwindigkeitsstufe gegebenen geringen Belastung bereits
auf der Stellung I die normale Drehzahl erreicht. Beim Übergang von der ersten zur
zweiten Geschwindigkeitsstufe wird nun sowohl der Anker als auch der Feldvorschaltwiderstand
in der angegebenen Weise mittels eines Schalters kurzgeschlossen, so daß der Motor
ohne Stromstoß mit normaler Drehzahl' weiterläuft. Hierdurch ist auch bei Gleichstrombetrieb
eine große Vereinfachung erreicht und ermöglicht, die Lasten praktisch lastunabhängig
zu fördern bei Anwendung von beliebig kleinen und großen wirtschaftlichen Geschwindigkeiten.
Im
einzelnen sind verschiedene Ausbildungen der Steuerorgane möglich. Sowohl zum Betätigen
des Motors als auch der Bremslüfter können Schützen in an sich bekannter Weise benutzt
werden. In manchen Fällen wird es zweckmäßig sein, den Sterndreieckschalter getrennt
auszuführen. Namentlich kann sowohl der Bremslüfter io als auch der Bremslüfter
i i mit je einem dreipoligen Schalter zwangsläufig gekuppelt sein. Diese können
sodann in bekannter Weise als Sterndreieckschalter wirken. In diesem Falle würden
beide Bremslüfter unmittelbar vom Anlasser 29 gesteuert werden. Hierdurch wird ein
bedeutender Vorteil dadurch erreicht, däß diese durch die Bremsmagnete i o, ii betätigten
Schalter genau so arbeiten wie Schützen. Hierdurch sowie durch die Tatsache, daß
der Anlasser 29 nunmehr nur durch Ruhestrom belastet wird, indem der Motorstrom
in dem genannten Schalter eingeschaltet und unterbrochen wird, werden weitere Vorteile
erzielt. Wird Endausschaltung benutzt, so wird erfindungsgemäß nur der Strom der
Steuermagnete i o, ii unterbrochen. Nachdem diese Ströme nur gering sind, können
einfache Hilfsstromendausschalter benutzt werden.
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Wie aus der Beschreibung ersichtlich, ist durch die Erfindung das
eingangs gestellte Problem betriebssicher gelöst. Es ist nicht nur die lastunabhängige
Förderung von beliebigen Lasten gegeben bei Anwendung vors Kurzschlußmotoren, es
ist aber auch das Problem gelöst, wirtschaftlich große und kleinste Geschwindigkeiten
anwenden zu können bei wesentlicher Vereinfachung und Verbilligung der elektrischen
Anlage.
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Der Antrieb kann sinngemäß auch bei mehrstufigen Anlassern mit mehreren
Geschwindigkeitsstufen angewendet werden.