Titel: Schraubengetriebe mit selbsttätiger Druckregulierung.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1910, Band 325 (S. 312–316)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj325/ar325093

Schraubengetriebe mit selbsttätiger Druckregulierung.

Von Dr. Wilh. Rehfus, Kiel.

(Fortsetzung von S. 298 d. Bd.)

IV. Schraubengetriebe ohne Selbstsperrang.

Die im folgenden Abschnitt besprochenen Triebwerke sind Konstruktionsvorschläge des Verfassers, welche an dieser Stelle zum ersten Mal öffentlich dargestellt werden. Soweit in der Fachliteratur festgestellt werden konnte, sind derartige Konstruktionen noch nicht vorhanden.

Sie beruhen auf dem Gedanken, welcher der Konstruktion der Westonschen Senksperrbremse zu Grunde liegt und unterscheiden sich von dieser hauptsächlich dadurch, daß sie sich nicht selbsttätig sperren. Sie erfüllen also nicht die Bedingung der selbsttätigen Sperrung:

k > s

oder

μ4 (R4 + r4) > d tg α + ρ,

sondern die Gewindesteigung, der Durchmesser der Spindel, die Abmessungen der Reibfläche an der Kopfscheibe, die |313| Materialien, von welchen die Größe der Reibungskoeffizienten abhängt, sind derart gewählt, daß

k < s

wird.

Falls die Westonbremse unbeabsichtigt etwa durch unsachgemäße Schmierung in denselben Zustand kommen sollte, welche Möglichkeit schon an einer früheren Stelle besprochen wurde (s. S. 257), so läßt sie, sich selbst überlassen, die hochgewundene Last wieder sinken und ist erst dann imstande, die Last in der Schwebe zu halten, wenn an der Kopfscheibe ein Moment von der Größe

oder, da jetzt

k < s,

wirksam wird und wie aus dem Vorzeichen schon hervorgeht, dem Lastmoment entgegenwirkt.

Genau dieselben Eigenschaften besitzen auch die hier zu behandelnden Schraubengetriebe ohne Selbstsperrung.

Sie sind imstande, ein äußeres Moment M1 aufzunehmen, wenn an der Kopfscheibe ein M1 entgegengesetzt gerichtetes Moment von der Größe

wirkt; denn dadurch entsteht in dem Getriebe ein mit Mr bezeichnetes Gesamtreibungsmoment, dessen Größe durch

bestimmt ist. Dieses Moment Mr ist, je nach dem Wert von M5, gleich oder größer als M1, wirkt diesem entgegen und kann entweder, z.B. bei einer Bremse, zur Vernichtung von M! oder, bei einer Kupplung, zur Fortleitung benutzt werden.

Mr ist immer größer als M5, solange α < 90°, und kann bei einer entsprechenden Ausführung des Getriebes einen vielfachen Betrag von M5 annehmen. Durch diese Art von „Relais“ kann daher mit einfachen Mitteln aus einem kleinen Moment ein vielfach größeres Reibungsmoment erzeugt werden, wobei die Größe des letzteren immer direkt proportional dem kleinen erzeugenden Moment bleibt.

Textabbildung Bd. 325, S. 313

Als Beispiel eines Schraubengetriebes ohne Selbstsperrung sei zunächst die in Fig. 27 schematisch dargestellte Bremse etwas genauer betrachtet.

Die einzelnen Teile stimmen genau überein mit den Bestandteilen der Westonschen Klemmbremse.

Ein Unterschied besteht nur darin, daß das Sperrrad, welches zur Aufnahme des Bremsmomentes dient, im vorliegenden Fall feststeht, und daß die Kopfscheibe b einen seitlichen zylindrischen Ansatz hat, auf dem der Bremsbacken e durch einen Fuß- oder Handhebel mit der Kraft P angepreßt werden kann.

Das durch den Bremsbacken e erzeugte Moment ist dem Lastmoment M1 entgegen gerichtet und entspricht dem besprochenen Kopfmoment M5, mit dem die gesamte Bremskraft reguliert werden kann.

Wenn D den Durchmesser der Bremsscheibe, und μ den Reibungskoeffizienten zwischen Bremsbacken und Bremsscheibe bedeutet, so ist das Kopfmoment

und daher das ganze Bremsmoment

Beim Aufwinden öffnet sich die Bremse vollständig, bis der Anschlag f der Mutterscheibennabe sich an einen Ansatz g der Welle anlegt; alsdann kann, beispielsweise zum Anhalten des leerlaufenden Triebwerkes eines Krans, nur noch das Kopfmoment allein wirksam sein.

Die Abmessungen der Bremse müssen natürlich derart gewählt werden, daß eine selbsttätige Sperrung auf keinen Fall eintreten kann. Es muß also vor allen Dingen dafür gesorgt sein, daß stets s größer bleibt als k; denn sowie z.B. s und k sich gleich werden würden, so nähme das Reibungsmoment Mr der Bremse schon beim kleinsten positiven Wert von P einen unendlich großen Wert an, und die Bremse würde mit einem Ruck plötzlich festsitzen.

Das Eintreten eines solchen gefahrvollen Zustandes kann jedoch vermieden werden, wenn man d und α möglichst groß, dagegen R4 und r4 hinreichend klein ausführt und μ4 niedrig hält oder evtl. durch Einbau von Kugellagern nahezu Null werden läßt.

Hierdurch wird auch die Forderung erfüllt, daß die geschlossene Bremse, nachdem der Bremsbacken e abgehoben ist, sich von selbst wieder öffnet, damit auch eine gewünschte Abnahme der Bremskraft durch ein entsprechendes Nachlassen des Druckes P auf den Bremshaken reguliert werden kann.

Ebenso wie in den früheren Fällen können auch hier evtl. Schwankungen der Reibungskoeffizienten durch Vergrößern des Mutterreibmoments M2 mittels einer in die Mutterscheibe eingesetzten Konus- oder Lamellenbremse unschädlich gemacht werden.

Der Einfluß der Abmessungen der Bremse und besonders die Größe von m, also des Mutterreibmomentes M2, auf den Betrag von kann aus der Lage der Geraden im unteren rechten Quadranten des Achsenkreuzes in Fig. 7 entnommen werden.

Nach diesen Angaben lassen sich für die Schraubengetriebe ohne Selbstsperrung folgende Konstruktionsregeln aufstellen:

1. Der Durchmesser der Gewindespindel und die Gewindesteigung sind reichlich groß zu halten. Die Gewindegänge sind gut zu schmieren, damit sich die Bremse leicht selbsttätig lüftet.

2. Der Durchmesser der Mutterscheibe b ist möglichst groß zu wählen oder ihr Reibmoment evtl. durch Einbau einer Konus- oder Lamellenbremse zu erhöhen. Die Reibflächen sind mäßig zu schmieren.

3. Der Durchmesser der seitlichen Reibfläche an der Kopfscheibe soll möglichst klein sein und die Reibfläche reichlich geschmiert werden.

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Statt dessen kann auch vorteilhaft ein Kugellager zwischen Kopf- und Sperrscheibe eingesetzt werden.

Auf diese Weise ist es möglich eine Bremse herzustellen, welche von Hand oder Fuß leicht bedient werden kann und imstande ist, bei gedrängtem Bau außerordentlich große Bremsmomente aufzunehmen, ohne viele Uebersetzungshebel und Gestänge nötig zu machen.

Das Kopfmoment M5 kann anstatt durch Handdruck auf Bremsbacken auch durch die Fliehkraft von Schwungmassen, welche sich mit der Lastwelle drehen, erzeugt werden, wodurch man zu der Konstruktion einer Zentrifugalbremse gelangt (Fig. 28).

Textabbildung Bd. 325, S. 314

a, b, c, d sind wieder die bekannten Bestandteile der Bremse. Neu hinzukommt das Schwunggewicht e, welches von einem Hebel gehalten an einem mit der Welle verbundenen Arm drehbar befestigt ist. Der Hebel ist über den Drehpunkt hinaus verlängert und mit der Kopfscheibe d verbunden; auf der anderen Seite des Drehpunktes wirkt eine Zugfeder auf den Hebel und zieht das Gewicht zurück.

Die Bremse ist beim Stillstand der Welle vollständig geöffnet. Kommt sie in Rotation, so wird mit wachsender Tourenzahl die Zentrifugalkraft der Gewichte e schließlich die Spannung der Federn h überwinden und durch Drehung der Kopfscheibe d diese und die Mutterscheibe b an ihre Bremsflächen anlegen. Der bei noch weiterer Zunahme der Tourenzahl erfolgende Zuwachs der Zentrifugalkraft erzeugt in der Kopfscheibe d ein Drehmoment, welches dem Kopfmoment M5 entspricht.

Bei Ausführung dieser Konstruktionen sind für die Wahl der Verhältnisse wieder dieselben Regeln maßgebend, welche für die vorhergehende Bremse Geltung haben.

Die Konstruktion der Zentrifugalbremse erfährt eine bedeutende Verbesserung, wenn die beiden Klemmscheiben in das Innere eines dichtabgeschlossenen feststehenden Gehäuses verlegt werden. Analog der Senksperrbremse von Mohr & Federhaff, Mannheim, Fig. 24, sind die gemeinsamen Berührungsflächen beider Scheiben schraubenartig ausgebildet und bewirken bei einer relativen Drehung ein Anpressen der Scheiben an die Innenseite des sie umgebenden Gehäuses (vergl. Fig. 29).

Die Mutterscheibe ist auf der Welle aufgekeilt, die Kopfscheibe sitzt lose auf ihr und hält an einem Zapfen einen Fliehkörper, welcher während der Rotation der Scheibe durch die Zentrifugalkraft an die zylindrische Wandung des Gehäuses gepreßt wird und dort das Kopfmoment M5 hervorruft.

Diesem Moment ist bekanntlich die gesamte Bremskraft stets proportional, wobei M5 sich mit dem Quadrat der Tourenzahl der Bremse ändert.

Der geschlossene Bau der Bremse gestattet eine reichliche Schmierung der Bremsflächen, wodurch störende Schwankungen der Reibungskoeffizienten ausgeschlossen werden.

Textabbildung Bd. 325, S. 314

Ferner hat diese Art von Schleuderbremsen den Vorzug, daß die Innenseite des Gehäuses sehr gut als Bremsfläche ausgenutzt wird und die dabei sich entwickelnde Wärme leicht ausstrahlen kann.

Statt durch die Fliehkraft kann das Kopfmoment M5 auch durch eine in achsialer Richtung wirkende Federkraft direkt an der Reibfläche der von der Feder gedrückten Kopfscheibe erzeugt werden. Man wird hierdurch auf die Konstruktion einer Kupplung geführt, deren einfachste Ausführung in Fig. 30 schematisch gezeigt ist.

b und d stellen die bekannten Klemmscheiben dar, welche mit der Welle a verbunden sind. Diese Scheiben gehören zu dem einen getriebenen Teil der Kupplung, welcher mit dem anderen, dem treibenden, nämlich der Scheibe c durch Reibungsschluß in Verbindung gebracht werden kann.

Textabbildung Bd. 325, S. 314

Die Feder f drückt mit der Kraft P in achsialer Richtung auf die Kopfscheibe d und erzeugt an deren Reibfläche ein Moment von der Größe

Unter der Wirkung dieses Momentes entsteht ein Gesamtreibungsmoment Mr in der Kupplung von der Größe

Der zweite Summand der rechten Seite stellt das Moment dar, welches durch die Reaktionskraft der Federspannung P noch an der Mutterscheibe b entsteht.

Das Ausrücken der Kupplung geschieht durch Zurückziehen |315| der Feder f mittels der Klaue e, wodurch die Kopfscheibe entlastet und die Kupplung geöffnet wird.

Die Reaktionskraft der Feder auf die Welle und die Mutterscheibe kann durch ein Stützlager, oder auch durch die gleich große Reaktion der Zugkraft an der Klaue e aufgenommen werden.

Im Innern der Klaue ist noch eine kleinere Feder g angeordnet, welche beim Einrücken der Kupplung zuerst zusammengedrückt sein muß, bevor der Druck der großen Feder f auf der Kopfscheibe lasten kann. Die Belastung der Kopfscheibe und damit auch das Reibungsmoment der Kupplung wird auf diese Weise mit dem Verschieben der Klaue allmählich bis zu ihrem vollen Betrag gesteigert.

Derartige Kupplungen bieten die Möglichkeit mit einer geringen Achsialkraft verhältnismäßig große Drehmomente zu übertragen. Die Achsialkraft kann um so kleiner sein, je größer das Reibmoment der Mutterscheibe gegenüber dem der Kopfscheibe ist, wobei dieser Unterschied auch hier durch den Einbau einer Konus- oder Lamellenbremse in die Mutterscheibe zur gewünschten Höhe gebracht werden kann.

Eine etwas spezialisierte Anwendung findet diese Kupplung in der durch Fig. 31 angedeuteten Konstruktion, einer sogen. Bremskupplung, bei welcher der abgekuppelte vorher getriebene Teil sofort durch eine Bremse zum Stillstand gebracht werden kann.

Textabbildung Bd. 325, S. 315

Zwischen den beiden Klemmscheiben b und d sitzt lose gelagert die treibende Riemenscheibe c und wird durch Schließen der Kupplung in der oben beschriebenen Weise mit der Welle a verbunden.

Das Ausrücken der Kupplung wird im vorliegenden Fall durch eine hin- und herschiebbare Klammer e besorgt. Beim Verschieben nach innen legt sich diese Klammer an eine kegelförmige Fläche der Kopfscheibe d und erzeugt an der Berührungsfläche ein Reibungsmoment, welches dem durch die Wirkung der Feder f entstandenen Kopfmoment entgegenwirkt.

Unter steter Zunahme überwindet es schließlich das letztere Moment und öffnet dadurch die Kupplung. Die Kopfscheibe d schraubt sich dann zurück und legt sich an die feste Rückwand g. Durch die Wirkung der Kraft Q auf die Klammer entsteht jetzt an der zweiten rückwärtigen Reibungsfläche ein Bremsmoment, welches die abgekuppelte Welle rasch zum Stillstand bringt.

Wird zum Zwecke des Einkuppelns die Klammer langsam zurückgezogen, so schraubt sich die Scheibe d unter der Wirkung der Federkraft wieder vor und legt sich an die Riemenscheibe c an.

Die Druckkraft der Feder, welche vorher von der Klammer allein aufgenommen worden war, geht jetzt wieder auf die Reibfläche der Kopfscheibe d über und in demselben Maße, in welchen die Belastung durch die Feder an dieser Stelle zu, und an der Klammer abnimmt, wächst das Kupplungsmoment, bis zuletzt bei vollständig abgehobener Klammer die Kupplung mit ihrer maximalen Kraft die Riemenscheibe c festhält.

Die Bremskupplung wird in vorteilhafter Weise derart konstruiert, daß diese maximale Schließkraft das normale Maß nicht viel übersteigt, damit bei einem etwaigen plötzlichen Wegziehen der Klammer die Kupplung nicht mit einem unzulässig starken Stoß faßt. Vielmehr soll unter ständiger Uebertragung des maximalen Momentes die Kupplung so lange gleiten, bis die mit Welle a verbundenen getriebenen Maschinenteile die Umdrehungszahl der treibenden Riemenscheibe erhalten haben.

V. Schraubengetriebe zur Uebertragung von Kräften zwischen zwei nebeneinander gelagerten Wellen.

Im folgenden Abschnitt sind einige Reibungsgetriebe behandelt, welche zur Uebertragung von Kräften zwischen zwei nebeneinander gelagerten Wellen dienen. Die Uebertragung geschieht an der gemeinsamen Berührungsstelle durch Reibung, und der Druck, welcher dort die Reibung erzeugt, wird proportional dem zu übertragenden Drehmoment selbsttätig von diesem geregelt, so daß er stets die Größe hat, welche nötig ist, um ein Gleiten an der Berührungsstelle zu vermeiden.

Die nachstehenden, diese Art von Getrieben mit selbsttätiger Druckregulierung betreffenden Beispiele sind Konstruktionsvorschläge des Verfassers und werden, ebenso wie die Beispiele im Teil IV, hier zum ersten Mal veröffentlicht. Eine Ausnahme macht das am Schluß angeführte Beispiel einer Riemenrolle, welche von der Firma Vierordt & Cie., Kehl a. Rhein für den Antrieb von Motorrädern in den Handel gebracht wird (vergl. D. R. P. Nr. 184830).

Textabbildung Bd. 325, S. 315

Mit Ausnahme des an erster Stelle angeführten Getriebes besitzen die Konstruktionen noch den eigentümlichen Vorzug, eine beliebige Aenderung des Uebersetzungsverhältnisses zwischen den Wellen in bestimmten Grenzen zu ermöglichen.

Sie scheinen vorwiegend zur Uebertragung geringer Kräfte mit hoher Geschwindigkeit geeignet zu sein und ihre Zahl dürfte besonders für etwas mehr spezialisierte Verwendungszwecke noch leicht vergrößert werden können.

Als einfachstes Beispiel sei zuerst ein Friktionsgetriebe mit konischen Rädern betrachtet, wie es in Fig. 32 schematisch dargestellt ist.

Das eine der beiden konischen Räder ist nicht, wie |316| üblich, auf der Welle festgekeilt, sondern sitzt lose auf ihr und wird bei einer relativen Drehung gegenüber der Welle achsial verschoben. Die Verschiebung kann entweder durch ein Gewinde zwischen Rad und Welle oder auch, wie hier angenommen wurde, durch eine an einem Stift der Welle anliegende schraubenförmig gewundene Stirnfläche der Radnabe hervorgerufen werden. Diese letztere Art bietet außer der größeren Einfachheit in der Ausführung und besseren Lagerung des losen Rades noch den weiteren Vorzug, daß zwei Schraubenflächen für rechts- und für linksdrehenden Sinn der Welle angeordnet werden können, während das Gewinde nur für einen immer gleichbleibenden Drehsinn gebraucht werden kann. Um über die Größe des Steigungswinkels der Schraubenflächen einige Angaben machen zu können, seien folgende Bezeichnungen eingeführt:

M Drehmoment der Welle, auf welcher das lose Rad sitzt;

R der wirksame Halbmesser des losen Rades;

d der mittlere Durchmesser der Schraubenfläche;

α Steigungswinkel der Schraubenfläche;

ρ Reibungswinkel für die Schraubenfläche;

δ Winkel an der Spitze des Radkegels;

N Druck des losen Rades in achsialer Richtung;

P Normaldruck an der Berührungsstelle beider Räder;

u Reibungskoeffizient an der Berührungsstelle beider Räder.

Durch die Wirkung von M an der Schraubenfläche entsteht in dem losen Rad ein achsial gerichteter Druck von der Größe

und daher an der Berührungsstelle beider Räder ein Normaldruck

Damit an der Berührungsstelle die Räder nicht gleiten, muß'

oder

mithin

Da M bei der Größenbestimmung von α nicht in Betracht kommt, kann M jeden beliebigen Wert annehmen, ohne ein Gleiten der Räder verursachen zu können, vorausgesetzt, daß α die in der obigen Formel ausgedrückte Bedingung erfüllt.

Textabbildung Bd. 325, S. 316

Die Reibung in der Lagerung des losen Rades auf der Welle blieb unberücksichtigt, weil sie, infolge der durch den Betrieb erzeugten Vibration, wahrscheinlich doch nicht die Einstellung des Druckes beeinträchtigen wird.

Läßt man den Druck des losen Rades auf ein zylindrisches parallel zur Seite des Radkegels verschiebbares Rad wirken, so erhält man ein Reibungsgetriebe mit veränderlichen Geschwindigkeitsverhältnissen. Fig. 33 stellt ein solches Getriebe dar. Die Bezeichnungen können aus dem vorhergehenden Beispiel ohne Aenderung übernommen werden und die Bedingung dafür, daß an der gemeinsamen Berührungsstelle beider Räder kein Gleiten stattfindet, ist die gleiche wie in jenem Beispiel:

Hierbei bleibt zu beachten, daß tg (α + ρ) von dem veränderlichen Radius R abhängig ist und daher dessen kleinster vorkommender Weit für die Bestimmung von α eingesetzt werden muß.

(Schluß folgt.)

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