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Hiillreibungssteuervorrichtung.
Die Erfindung betrifft Steuervorrichtungen, die auf dem Prinzip der sogenannten Hüllreibung beruhen, sowie hiezu gehörige Servomechanismen und synchrone Verstärkungssteuermechanismen.
Bei einer Steuervorrichtung der fraglichen Art stehen ein Band oder Hüllglied und ein Trommelteil, die relativ zueinander beweglich sind, längs einer gemeinsamen Fläche in gegenseitigem Reibungseingriff. Das eine Ende des Bandes kann durch die Steuerkraft bewegt, das andere Ende des Bandes mit dem Arbeitsstück verbunden werden. Die Steuervorrichtung kann von der verzögernden oder von der treibenden Gattung sein, sie kann ferner mit einem unter Druck wie auch mit einem unter Zug stehenden Band versehen sein.
Im Idealfall, d. h. im Falle eines vollkommen biegsamen gewichtslosen Bandteiles, wo die Schleppreaktionen veranlassenden Faktoren fehlen, besteht zwischen der Steuerkraft und der Arbeitskraft das Verhältnis--.. In diesem Ausdruck bedeutet e die Basis des natürlichen Logarithmensystems, 2'718, etY. f den Bogen der Berührung zwischen Band und Trommel, ausgedrückt in Zentriwinkelgraden, f den
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dem angenommenen Punkt bedeutet.
Beim Entwurf derartiger Steuervorrichtungen ist indessen festgestellt worden, dass zusätzlich zu der verfügbaren Steuerkraft und der erforderlichen Arbeitskraft noch gewisse andere Faktoren Beachtung erfordern, z. B. das Gewicht, die Steifigkeit, die Anfangsdeformation des Bandes, die Hautoder Flüssigkeitsreibung infolge gummiartiger oder flüssiger Stoffe auf den Bändern oder Trommeln, elektrostatische Verhältnisse, Zentrifugalkräfte od. dgl.. von denen jeder auf die Entwicklung von Reibung zwischen Band und zugehöriger Trommel hinwirken kann, selbst in Abwesenheit einer angelegten Steuerkraft. Die so entwickelte Reibung ergibt in dem Band Tangentialkräfte, die zwar von der angelegten Steuerkraft völlig unabhängig sind, aber in der gleichen Richtung wie diese wirken.
Derartige Tangentialkräfte erhalten nachstehend die Sammelbezeichnung"Sehleppreaktionen". Wenn beim Verlauf von dem Arbeitsende zum Steuerende des Bandes ein Punkt existiert, wo der Rest einer angelegten Arbeitskraft kleiner ist als die gesamten, durch die Existenz von Schleppfaktoren auf der Steuerseite dieses Punktes verursachten Schleppreaktionen, so fasst das Band die Trommel selbst in Abwesenheit einer angelegten Steuerkraft. Die Erfindung bezweckt in erster Reihe, Mittel und Verfahren zu entwickeln, um Schleppreaktionen in solchem Umfang zu vermeiden, dass das Band verhindert wird, bei Abwesenheit einer angelegten Steuerkraft die Trommel zu fassen.
Es hat sich gezeigt, dass dies dadurch geschehen kann, dass man auf das Band Schleppentlastungskräfte wirken lässt, welche kumulative Schleppreaktionen an einem Punkt oder Punkten längs des Bandes zu neutralisieren suchen, da, wo solche kumulative
Schleppreaktionen den Rückstand der an diesem Punkt angelegten Arbeitskraft übersehreiten. Diese
Schleppentlastungskräfte werden durch irgendwelche geeigneten Mittel, vorzugsweise Federn, auf das
Band zur Wirkung gebracht, und es hat sich gezeigt, dass sie das Ansprechen der Steuervorrichtung nicht beeinträchtigen. Es hat sich ferner gezeigt, dass jeder Verlust an Empfindlichkeit durch eine ver-
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grosserte Bandlänge ausgeglichen werden kann, ohne oder mit dem aufgegebenen Kräften in dem zusätzlichen Bandteil, je nachdem dies die Umstände bedingen.
Die Erfindung bezweckt weiterhin die Schaffung von Mitteln und Verfahren zur Steuerung einer Arbeitskraft, die zwischen vergleichsweise weiten Grenzen schwankt, durch Vermittlung einer Steuerkraft, welche sich zwischen vergleichsweise engen Grenzen ändert. Dies geschieht dadurch, dass man auf das Band äussere Tangentialkräfte wirken lässt. Bei einer Steuervorrichtung ohne solche Kräfte, die einen Hüllwinkel von drei Umgängen und einen Reibungskoeffizienten von 0-6 besitzt, kann eine Arbeitskraft von 80. 000 kg theoretisch durch eine Kraft von etwa 1 kg gesteuert werden. Bei Verdopplung der Arbeitskraft würde die erforderliche Steuerkraft im theoretischen Fall 2 kg sein usw., d. h., im theoretischen Fall ändern sich die Arbeit-und Steuerkräfte proportional.
Durch das Einwirkenlassen äusserer Kräfte auf das Band durch Vermittlung von Feder od. dgl. kann man indessen die zur Bewegung des Arbeitsendes des Bandes erforderliche Kraft auf beispielsweise 100 kg steigern, wenn die Arbeitskraft in einem gegebenen Fall 80.000 leg beträgt. Verdoppelt man nun die Arbeitskraft, so beträgt die an dem Steuerende des Bandes erforderliche Kraft nicht 200 kg, sondern 101 kg. Man kann es mit andern Worten erreichen, dass sich die Steuerkraft zwischen vergleichsweise engen Grenzen ändert, obwohl die Arbeitskraft sich zwischen vergleichsweise weiten Grenzen ändert.
Es ist ferner durch Vergrösserung der Länge der Bogenberührung möglich, in dem Falle, wo die äusseren Kräfte zur Einwirkung auf das Band gebracht werden, die Steuerkraft auf 1 kg zu reduzieren, wenn die Arbeitskraft 80.000 kg beträgt.
In diesem Falle würde die Steuerkraft bei Verdoppelung der Arbeitskraft 1-01 kg betragen. Es ist mit andern Worten nicht nur möglich, in der Änderung der Steuerkraft enge Grenzen zu erzielen, sondern durch Vergrösserung der Länge des Bogenkontaktes auch möglich, einen Verlust an Empfindlichkeit auszugleichen.
Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung von Mitteln und Verfahren zur Aufrechterhaltung einer leidlich konstanten Steuerkraft ohne Rücksicht auf die gewöhnlichen Änderungen des Reibungskoeffizienten, die von Zeit zu Zeit beim Gebrauch auftreten. Für kleine Verstärkungsverhältnisse, beispielsweise 3 : 1 bewirkt eine kleine prozentuale Steigerung des Reibungskoeffizienten eine angenähert gleiche prozentuale Steigerung des Verstärkungsverhältnisses, bei hohen Verhältnissen aber bewirkt eine kleine prozentuale Zunahme des Koeffizienten eine sehr grosseprozentuale Zunahme des Verstärkung- Verhältnisses. So ergeben drei Windungen eines Materials von einem Reibungskoeffizienten von 0-60 ein Verstärkungsverhältnis von etwa 80.000 : 1 ;
beim Ansteigen der Reibung auf 0. 65 steigt dieses Verhältnis aber auf 210.000 : 1. Eine Zunahme des Reibungskoeffizienten von etwa 8% bewirkt hier eine Vergrösserung des Verhältnisses von etwa 160%. Dabei sind auf das Band keine Aussenkräfte zur Einwirkung gebracht worden.
Es wird nunmehr erläutert, wie von Änderungen des Reibungskoeffizienten herrührende Schwan- kungen der Steuerkraft durch die Wirkung von entgegen der Steuerkraft wirkenden äusseren Tangential- kräften verringert werden können. Es sei angenommen, dass eine grosse Zahl von Windungen vorhanden und an jeder Windung eine tangential wirkende Feder angebracht ist. Der Steuerkraft wird in der Haupt- sache die Kraft der ersten um eine Windung von ihr abgelegenen Feder entgegenwirken und diese Kraft ist an ihrer Angriffsstelle konstant, aber, wenn sie an dem Steuerende gemessen wird, in umgekehrter Proportion zu dem Verstärkungsverhältnis dieser einen Windung verkleinert.
Wie oben ausgeführt, ändert sich dieses Verhältnis mit der Änderung des Reibungskoeffizienten, da das Verhältnis aber klein ist, bewirkt eine kleinprozentuale Änderung des Reibungskoeffizienten nur eine mässige Änderung des Verhältnisses, weshalb die dieser ersten Feder entgegenwirkende Steuerkraft lediglich konstant sein wird. Der Steuerkraft muss auch die Kraft der zweiten Feder entgegenwirken, die zwei Windungen von dem Steuerende absteht. Die durch diese zweite Feder übertragene Kraft wird sehr viel kleiner sein, da das Verstärkungsverhältnis zwischen dem Steuerende und der zweiten Feder sehr viel grösser ist, wenn man für die Zwecke der Erklärung annimmt, dass alle Federn gleich gross sind.
Dieselbe Überlegung trifft auf die dritten und folgenden Federn zu mit dem Ergebnis, dass eine Änderung des Reibungkoeffizienten nur eine mässige Änderung der Steuerkraft zur Folge hat.
In der Praxis erweist es sich im allgemeinen als wünschenswert, ein Band zu verwenden, welches von dem Arbeitsende nach dem Steuerende an Grösse und Gewicht abnimmt, oder eine Reihe von Bändern stufenweise zu verwenden, die mit den gleichen oder verschiedenen Trommeln zusammenarbeiten, wobei in der Nähe des Steuerendes leichtere Bänder verwendet werden. Wenn die Einwirkung von Aussenkräften auf das Band oder die Bänder wünschenswert ist, um Schleppreaktionen zu überwinden, so sollten diese Kräfte ungefähr den Schleppreaktionen der Bandabschnitte entsprechend bemessen werden, die sie beherrschen.
In Fällen, wo es erwünscht ist, Aussenkräfte wirken zu lassen, um die Wirkung einer Änderung des Wertes des Reibungskoeffizienten auf die Steuerkraft zu überwinden, müssen die Angriffspunkte dieser Kräfte in ziemlich engem Abstand liegen, die Kräfte selbst sollten von dem Steuerende nach dem Arbeitsende des Bandes hin zunehmen. Wünscht man die Wirkung von Änderungen der Arbeitskraft so klein wie möglich zu halten, so ist es als praktisch erwiesen, mehrere Bandwirkungen von vorzugsweise gleichmässiger Grösse in der Nähe des Steuerendes vorzusehen und auf jede Windung Kräfte von gleicher Stärke wirken zu lassen. Es versteht sich indessen, dass im allgemeinen Fall die
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werden können, sondern durch den Versuch bestimmt werden müssen.
In den Zeichnungen bedeutet Fig. 1 einen biegsamen Reibungsbandteil, Fig. 2 bis 6 Schemata verschiedener Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere verschiedene Anordnungen federnder Mittel für die Einwirkung von Aussenkräften auf das Band, Fig. 7 und 8 veranschaulichen weitere Aus- führungsmöglichkeiten der Erfindung, insbesondere Federvorriehtungen für die Einwirkung einer Aussenkraft auf das Band einer Steuervorrichtung, die zwei in Serie angeordnete Verstärkungsstufen besitzt, wobei das innere Band unter Zug, das äussere Band unter Druck zu arbeiten vermag ; die Fig. 7 zeigt einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 8 und die Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII - VIII der Fig. 7.
Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, insbesondere federnde Mittel zur Einwirkung einer Aussenkraft auf das Band einer Steuervorrichtung, welche zwei Verstärkungsstufen besitzt, wobei jede Bandstufe unter Zug steht, die Fig. 10 ist ein Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 9.
Die Fig. 1 veranschaulicht einen biegsamen Reibungsteile0, der von einer Mehrzahl durch Joche. M und 15 verbundener dünner Bänder 11, 12, M gebildet wird. Die Bänder und Joche bestehen vorzugsweise aus Metall, können aber auch aus jedem andern zweckentsprechenden Stoff bestehen. Der Teil 16 in den Fig. 2 bis 6 ist eine in der Pfeilrichtung antreibbare Trommel. die in geeigneten in der Zeichnung nicht veranschaulichten Lagern ruht. Der Teil 10 kann gemäss Fig. 2 um die Trommel 16 so herumgebogen werden, dass er dieselbe ein und einhalbmal umläuft, wobei der Steuerteil17 und der Arbeits-
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einem Festpunkt des Trommellagerträgers befestigt. Wenn das Steuerende 17 bewegt wird, bewegt sich das Arbeitsende 18 synchron um eine entsprechende Entfernung.
Die Feder 19 übt auf den Teil 10 eine so grosse Tangentialkraft aus, dass der Teil 10 die Trommel 16 nicht fassen kann. Die Spannung der Feder 19 ist ungefähr gleichförmig, da sich der Teil 10 nur um eine vergleichsweise kurze Entfernung bewegt.
Gemäss Fig. 3 ist eine Feder 19'bei 20'am Band M und am ändern Ende bei 21'am Joche 14 befestigt. Infolge dieser Anordnung bleibt die Spannung der Feder 19', welche die Schleppreaktion des Teiles 10 aufhebt, über den ganzen Bereich der zulässigen Bewegung des Steuerendes des Bandes konstant.
In Fig. 4 ist eine Flachfeder 22 vorgesehen, welche bei 28 mit dem Band 13 in Eingriff steht. nach entgegengesetzten Richtungen verläuft und bei 24 und 25 Eingriff mit den Bändern 11 und 12 hat. Die Anfangsspannung der Feder reicht aus, um das Band 13 in der zur Drehrichtung der Trommel entgegengesetzten Richtung zu zwingen. Hier ist die Anordnung wieder derart, dass die Spannung der Feder 22 über den ganzen beabsichtigten Bewegungsbereich des Steuerendes des Teiles 10 konstant bleibt.
In Fig. 5 ist ein Reibungsband mit Steuer-und Arbeitsenden 27, 28 versehen und spiralig um eine Trommel 16 gewunden. Federn 29, 30, 3je von wesentlich gleicher Stärke sind bei 32 am einen Ende an dem Trommellagerträger und bei 3. 3, 34 und : 35 an den andern Enden mit den Windungen verbunden.
Die Federn üben auf jede Windung gleiche Tangentialkräfte aus und wirken den Sehleppreaktionen entgegen. Die Anordnung ist ferner Verhältnissen angepasst, die es wünschenswert machen, dass bei erheblichen Änderungen der Arbeitskraft nur sehr kleine Änderungen der Steuerkraft erfolgen.
Die Fig. 6 zeigt eineAnordnung, welche derjenigen gemäss Fig. 5 gleicht mit der Ausnahme, dass das Reibungsband 36 sich über seine ganze Länge verjüngt und am Arbeitsende 37 am breitesten ist.
Federn 38 und 39 greifen bei 41 und 42 an dem Reibungsband 36 an und sind mit ihren entgegengesetzten Enden an den Trommellagerträgern befestigt. Eine derartige Anordnung ist da geeignet, wo man die Wirkung einer Änderung im Werte des Reibungskoeffizienten auf die Steuerkraft möglichst klein halten will.
Selbstverständlich können für die Federn der Vorrichtungen 2. 3, 5 und 6 auch Gewichte vorgesehen werden.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine zweistufige Reibungsvergrosserungsvomchtung mit einer Trommel 43,
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od. dgl., dessen eines Ende an der Antriebswelle und dessen anderes Ende an der getriebenen Welle befestigt ist, so dass bei Drehung der Antriebswelle das Band in Eingriff mit der Trommel kommt und die getriebene Welle mitgenommen wird, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Feder od. dgl.. die an einer Stelle zwischen den beiden Bandenden und an dem Arbeitsende des Bandes oder einem damit verbundenen Teil angreift.
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