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Als Zugelemente für Kraftübertragungen wurden bisher fast allgemein nur Leder-und Geweberiemen oder Seile verwendet ; statt dessen wird nach der Erfindung ein biegsames glattes Metallband von beliebiger Querschnittsform, und zwar z. B. aus Eisen, Stahl. Messing, Tantal, Nickellegierungen benutzt, das unter Spannung um die Triebscheibe geschlungen ist. Es ist zwar schon in einzelnen Fällen der Versuch gemacht worden, Treibriemen aus Metall zu verwenden, die aber den Nachteil haben. dass sie bei irgendwie erheblicher Anstrengung nach kürzestem Gebrauch reissen.
Nach der Erfindung wird das Zerreissen metallener Treibbänder dadurch verhindert und ihre Lebensdauer zu einer unbeschränkten gemacht, dass, unabhängig von der Querschnittsform, die Dicke des Bandes, d. h. diejenige Querselhnittsdimension. weh'e beim Umschlingen der Wellcnscheibe senkrecht zur Selleibenoberfläche liegt, im Gegensatz zu den bisherigen Versuchen, so niedrig gewählt, wird, dass das Verhältnis dieser Dicke zum kleinsten Scheibendurchmesser, welcher für die Biegung des Bandes in Betracht kommt, in allen auf Biegung beanspruchten Stellen des Bandes kleiner ist, als das feststehende Verhältnis der halben Zerreissfestigkeit (Bruchspannung) der hetreffenden Bandstelle zu dem Elastizitätsmodul des für das Band verwendeten Materials beträgt.
Bei der Konstruktion und Berechnung der Metallbandgetriebe gelegentlich der frühreren Versuche hatten man nicht erkannt. dass das Metallband bei der Verwendung für die Getriebe genannter Art einer stetig vom Nullwerte bis zu einer Maximalspannung variierenden Biegung unterworfen wird und dass es bei derartiger Beanspruchung für die Haltbarkeit nicht genügt, wenn die Bänder in üblicher Weise berechnet werden, d. h. so, dass die höchste auftretende Biegungsspannung unterhalb der Zerreissgrenze des Materials liegt. Der Irrtum lag darin, dass das Ergebnis der wissenschaftlichen.
zuerst von Wöhler gemachten
Versuche, wonach eine vom Nullwerte bis zur Maximalspnnung stetig und sehr häufig variierende
Beanspruchung einen Körper selbst dann zerstört, wenn die vorkommende Maximalspannung erheblich unterhalb der Zerreissgrenze des Materials liegt, nicht beachtet worden ist. Die Er- findung basiert nun auf der Erkenntnis, dass ein Bruch des Bandes auch bei stetig variierender Biegungsbeanspruchung dann mit Sicherheit vermieden wird, wenn die vorkommende Maximal- beanspruchung so niedrig ist. dass sie den halben Wert der Zerreissgrenze nicht erreicht.
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vom Durchmesser D laufenden Metallbandes von der Dicke cl nach der Formel berechnet :
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(E ist der Elastizitätsmodul : für gehärteten Stahl # 20.000 kg/mm2).
Hieraus würde sich ein Verhältnis von
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Wertes annimmt. In diesem Falle erhält man für eine bestimmte Leistung das schmalste Band. Würde man das Band noch dünner machen, was zwar an sich angängig ist, so muss es für die gleiche Arbeitsleistung wieder breiter werden.
Mathematisch ausgedrückt ist der günstigste Wert :
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für ein endloses Band, das über zwei feste Rollen läuft, wie folgt :
Damit ein innerer Gleichgewichtszustand entsteht, muss nach der Theorie des Erfinders sein :
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Hierin ist B die grösste Biegungsspannung und P die übertragene Umfangskraft, welche mit Rücksicht auf die Ergebnisse der Wöhlerschen Versuche in doppelter Höhe in die Rechnung einzuführen ist, ebenso wie die Biegungsspannung, weil sie bei jedem Umlauf von Null bis zum Maximum variiert. G = r.
P die konstante Zugspannung des Bandes (r gleich einer Konstanten), < "'die zusätzliche Spannung infolge der Zentrifugalkraft, T die zusätzliche Spannung infolge Tetuperaturwechsels (die gleich Null wird, wenn das Band durch federnde Scheiben in konstanter Spannung erhalten wird). Z die Festigkeitsgrenze des Materials.
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Temperaturspannung darstellt : nuthin ist
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also die Leistung P d pro mm Breite des Bandes
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andeior, da er si -h nach der Querschnittsform richtet.
So ergibt sich bei Bändern kreisrunden Querschnittes (Drähten) für die grösste Leistung pro mm2 des Querschnittes :
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Bei den gefundenen Endwerten kann der Wert gleich dem Wert Z der gewöhnlichen Zerreissfestigkeit gesetzt werden, in solchen Fällen, wo die Zentrifugalkraft und Temperaturschwankungen in ihrer Wirkung auf die Spannungserhöhung vemachlässigt werden können.
In anderen Fällen muss der Wert Z1 = Z-C-2 T den jeweiligen Verhältnissen entsprechend bestimmt werden.
Das Bild eines einfachen Kraftübertragungsgetriebes mit dem oben angegebenen Zugelement, wie es in Fig. 1 und 2 in Seitenansicht und in Oberansicht dargestellt ist, weicht von dem einer gewöhnlichen Riemenübertragung äusserlich nicht ab. Nur die Breite der Scheiben, entsprechend der Breite des Zugelementes, wird wesentlich geringer für die Übertragung der gleichen Kraft.
Wenn sich bei einem Getriebe ein Metallband um mehrere Scheiben oder Rollen derart schlingt, dass die Rollen auf verschiedenen Seiten des Bandes liegen, so variiert die Biegungsbeanspruchung nicht nur, wie in dem gewöhnlichen Falle, von Null bis zu einem Maximalwerte, sondern schwankt, da das Band nach zwei entgegengesetzten Richtungen gebogen wird, von einem negativen bis zu einem positiven Maximalwert. Eine solche häufig variierende Beanspruchung würde das Band auch dann zerstören, wenn die maximale Biegungsbeanspruchung unterhalb der halten Zerreissfestigkeit liegt und man muss derartig beanspruchte Bänder zur sicheren Verhütung des Bruches so dimensionieren, dass durch die grösste Biegungsbeanspruchung ein Drittel der Bruchfestigkeit nicht erreicht wird.
Die beste Leistung pro mm eines flachen Bandes tritt
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zügen, bei Anwendung von Spannrollen und bei Verwendung von steifen Bandverbindungen (Schlössern) mit ausserhalb des Bandes liegenden krummen Anlageflächen. Bei Anwendung von äusseren Spannrollen kann sich das Band bei Benutzung der angegebenen Regeln als so dünn ergeben, dass es nicht mehr ausführbar ist. In solchem Falle müsste man also, um ein dickeres Band verwenden zu können, alle Rollen auf dieselbe Seite des Bandes verlegen.
Der Querschnitt des Metallband "'8 kann, wie erwähnt, unter Umständen ein kreisrunder sein. Dieser wird aber für grössere Kraftübertragungen, wenn sie mittels eines einzigen Bandes erfolgen soll, nicht angängig sein, weil entsprechend den oben geschilderten Biegungsverhältnissen und den daraus sich ergebenden Regeln die Banddicke in erster Linie von dem kleinsten Scheiben- durchmesser abhängt, während die Breite der Leistung entsprechen muss. Auch mit Rücksicht auf die leichtere Herstellung wird für grössere Leistungen ein flacher Querschnitt gewäh1. werden.
Statt eines breiten Bandes können bei einem Kraftübertragungsbetriebe nach der Erfindung auch
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Die meisten Kraftübertrauungsgetriebe vorliegender Art bedürfen eines in sich geschlossenen endlosen Bandes. Es ist möglich, die Bänder von vornherein in richtiger Länge endlos herzustellen. wie unten näher beschrieben wird. In vielen Fällen aber lässt sich ein endloses Band nur mit er-
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Trotzdem bleibt es vorteilhaft und ist durch Mittel verschiedener Art möglich, die Festigkeit der Verbindungsstelle zu erhöhen.
Die Erhöhung steht im engen Zusammenhange mit der Art und Weise, wie dieser Schluss überhaupt hergestellt wird. Als bestes mit Bezug auf die Festigkeit, aber nicht in allen Fällen verwendbares Mittel für die Herstellung des Bandschlusses ist, wie bereits oben erwähnt, die endlose Walzung anzusehen. Sonst erfolgt der Bandschluss in der Regel entweder durch Lötung, durch Schweissung oder durch Benutzung eines Schlosses.
Ein solches Schloss kann überhaupt mit Vorteil nicht nur zu seinem eigentlichen Zwecke der Verbindung zweier Bandenden benutzt werden, sondern auch dazu, eine schwache Stelle des
Bandes, die durch die Härtung oder durch Zusammenlöten des Bandes oder auf andere Art ept- standen sein kann, zu versteifen, wenn man nämlich einen starren Körper als Schloss verwendet.
.) Voraussetzung für die Haltbarkeit einer derartigen Versteifungsstelle ist, dass das steife Stück das an dem Bande befestigt wird, an seinen Enden in Richtung des Bandes mit Ansatzflächen
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von geeigneter Krümmung versehen wird, an denen sich das Metallband beim Übergang vom Rundlauf um die Scheibe in den geraden Lauf abwälzt. Es sind allerdings starre Schlösser mit gekrümmten Anlage- bzw.
Auslaufflächen für Metallbänder bekannt ; die mit diesen Schlössern ausgerüstetan Bänder sind aber trotzdem schneller Zerstörung ausgesetzt, weil die Abwälzungsfortsätze nicht lang genug sind und das Band deshalb beim Übergang in den geraden Lauf am Ende der Abwälzungsssäche einem plötzlichen Richtungswechsel unterworfen ist, also eine Knickung erhält. Diese verursacht Biegungsspannungen solcher Höhe, dass kein Metallband ihnen standhalten kann. Nach der Erfindung wird dieser Fehler dadurch vermieden, dass die Abwälzungsflächen an den Enden des Schlosses derart gekrümmt sind, dass der Krümmungsradius an der Ablaufstelle des Bandes vom Schloss senkrecht zur Richtung des geradlinig ablaufenden Teiles des Bandes steht. Bei solcher Gestaltung kann niemals eine Knickung des Bandes entstellen.
Auf der Zeichnung sind schematisch zwei Ausführungsformen einer derartigen Bandversteifung dargestellt. Bei der einfacheren Ausführungsform nach Fig. 4, die den Zustand darstellt, wie gerade das steife Stück auf die Scheibe 8 aufläuft, besteht der steife Bandteil a aus einem flachen Metallstück, für dessen innere Krümmung b der Halbmesser zweckmässig etwas kleiner gewählt wird als jener der Krümmung der kleinsten Bandscheibe des Getriebes, so dass sich das steife Stück beim Umlaufen um die Scheiben stets mit zwei Linien an diese anlegt. An diese Krümmung b schliesst sich auf jeder Seite mit allmählichem Übergang eine nach aussen gerichtete Gegcnkrümmung c.
Das Metallband ist an der inneren Krümmungsfläche angelötet oder angeschweisst (eventuell punkt-oder linienweise) oder auf andere Art befestigt ; dient der steife Körper als Schloss, so sind die beiden Enden des Bandes an der inneren Kriiiiimungsfläche b stumpf gegeneinander gestossen. An den Gegenkrümmungen c ist das Band nicht befestigt, sondern hebt sich von diesem allmählich ab, wenn es von dem geraden Lauf d (rechts dargestellt) in den Kreislauf du uni die Scheibe (links dargestellt) übergeht ; wenn es vom Kreislauf in den geraden übergeht, wälzt es sich auf den Gegenkrümmungsfächen ab.
Der Krümmung- radius r dieser Gegenflächen c darf kein zu kleiner sein, damit die Biegungsspannungen des sich abwickelnden Bandes nicht zu gross werden ; wenn er, was angängig ist, kleiner gewählt wird als der Radius der kleinsten Bandscheibe, so muss die Dicke des Metallbandes mit Rücksicht auf diesen Krümmungsradius berechnet werden, und zwar derart, dass die grösste Biegungs- spannung in keinem Falle die halbe Bruchgrenze erreicht. In jedem Falle muss bei der Be-
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schiedenenRichtungenerleidet.
Die für die Erfindung charakteristische (testaltung besteht nun darin, dass an den Punkten e. wo das Band die Gegenkrümmungen und den steifen Körper überhaupt im geraden Lauf verlässt. der gross Krümmungsradius r noch vorhanden ist, also senkrecht zum geraden Lauf des Bandes steht.
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gekrümmt sein als die Abwälzungsflächen, weil die Biegungsspannung, die das Band durch die Anlage an diese Fläche erleidet, eine konstante ist. Man kann die Länge des Krümmungsradius rl etwa gleich 1/2 bis 1/3 der Länge des Krümmungsradius r der Abwälzungsflächen wählen.
Letztere müssen entsprechend der Erfindung wieder mindestens so weit fortgesetzt sein, dass die
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nach Fig. 4 dadurch vorteilhafter, dass sie kürzer ausfällt, weil die Anlötung des Bandes genugend sicher ist, wenn sie nur auf einer kurzen Strecke stattfindet.
Wenn das steife Stück nach Fig. 5 als Bandschloss benutzt und das Band durch WeichlÖtung mit dem Schloss verbunden wird, wendet man zweckmässig folgendes Verfahren an : Zu- nächst werden Bandenden und Schlossteile mit dem Lötmetall überzogen. Dann werden auf einem Lineal die Bandendcn und der Schlossinnenteil in richtiger Lage befestigt, hierauf der Schlossaussenteil mit den Schrauben fest aufgeschraubt, dann das Schloss von aussen vorsichtig erhitzt. bis das Lot fliesst, die Schrauben nachgezogen und dann das Ganze sofort abgekühlt.
Bei diesem Verfahren muss das Band auf den Wellen schon richtig aufgelegt gewesen sein, so dass nur
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druckes der Niete in den Nietlöcher von den Innenwandungen der Nietlöcher aus Risse, wie die Praxis gezeigt hat. Demgegenüber wird nach der Erfindung der Zug der Metallbandenden auf das Schloss durch Stifte übertragen, welche entsprechende Löcher des Bandes ausfüllen, ohne einen Druck auf die Lochwandung auszuüben. Diese Stifte sind zweckmässig in den Schlossrücken fest eingesetzt. Die Stifte verhindern hiebei, ebenfalls im Gegensatz zu Nieten, die Bewegung des Bandes lediglich senkrecht zu ihrer Achse und beanspruchen das gespannte Band nur auf Abscherung, wogegen die Verbindung des Bandes mit dem Schloss in Richtung der Stiftachse, also die Sicherung gegen Abfallen des Bandes durch andere Mittel, z.
B. Anlötung und Festklemmung des Bandes, erzielt wird. Als eine besonders günstige und sichere Befestigung der angegebenen Art hat sich für zweiteilige Schlösser (mit Innenplatte und Aussenrücken) die Anordnung ergeben, dass die Passstifte als Schrauben ausgebildet sind, welche Aussen- und Innenteil des Schlosses miteinander verbinden und durch die Lötmasse, mit welcher die Bandenden zwischen die beiden Schlossteile eingebettet werden, hindurchtreten, wobei es vorteilhaft ist, die Schrauben anzuziehen, bevor die Lötmasse erstarrt ist.
Diese Befestigung bietet nicht nur den Vorteil doppelter Sicherheit gegen das Ausreissen des Bandes, sondern gibt dem ganzen Schloss durch die solide Verbindung der beiden Teile eine erhöhte Steifigkeit und Festigkeit, so dass es dünner konstruiert werden kann als unter sonst gleichen Bedingungen bei anderen Befestigungsarten des Bandes.
Fig. 6 zeigt ein zweiteiliges Schloss, bei dem das Band durch Passstifte den Zug auf das
Schloss überträgt, im Querschnitt. Fig. 7 zeigt eine Oberansicht des Rückenteiles.
Das Schloss besteht aus einem Rückenteil a, der mit geeigneten Abwälzungsflächen für das Band d beim Übergang vom geraden Lauf in den Rundlauf versehen ist, und einem Innenteile b, der durch mittlere Schrauben c mit dem Rücken a verbunden wird, nachdem die Bandenden d eingelegt sind. Im Rücken a sind rechts und links von den Mittelschrauben c je zwei Reihen dünner
Stifte e fest eingesetzt, die unten um ein Stückchen herausragen und mit diesem herausragenden Ende in entsprechende Löcher der Bandenden hineinpassen, diese vollständig, aber ohne Zwängung ausfüllend.
Die Herstellung der Verbindung geschieht wie folgt : Die Bandenden werden mit ihren
Löchern auf die Stiftenden e und dann wird der Innenteil b aufgesetzt und durch die Schrauben c angezogen, zweckmässig, nachdem der Zwischenraum der beiden Schlossteile durch ein Löt- mittel ausgefüllt ist, jedoch noch während dieses flüssig ist.
Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsart, bei der die Stifte e und Schrauben c vereinigt sind.
Hier werden also die Teile a und b des Schlosses durch die Schrauben/, die passrechte Löcher der Bandenden d ausfüllen, zusammengehalten, wobei zweckmässig die Löcher des Innenteiles b mit Muttergewinde versehen werden. Hier ist rechts und links nur je eine Reihe von Schrauben
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raum ausfüllt, so entsteht eine besonders sichere und solide Befestigung. Das Lot füllt die Löcher der Bandenden, insofern infolge des Gewindes der Schrauben t'innerhalb der Löcher freier Raum verblieben ist, vollkommen aus, so dass die Schrauben genau wie Passstifte wirken und lediglich gefahrlose Abscherspannungen im Metallband hervorrufen können.
Statt der dargestellten Kopfschrauben könnte man auch solche mit losen Muttern verwenden, wobei der Unterteil des Schlosses entbehrlich wird.
Ein Ersatz der Zugübertragung mittels Passstifte kann durch die oben geschilderte Punktoder Liniensohweissung stattfinden, die gleichsam die Wirkung der Passstifte mit der Lötung vereinigt. Hiebei werden eine Reihe von Punkten der Bandoberfläche, gewöhnlich durch elek- trische Erhitzung, mit dem Schlossrücken verschweisst.
Fig. 9 zeigt eine Schlossform, die eine Verbesserung gegenüber den Formen nach Fig. 4 und 5 aufweist. Bei diesen geht die Kurve, längs welcher das Bandende an dem steifen Schloss- teile befestigt ist, unmittelbar in die Abwälzungskurve c über, an die sich das Band während
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ergeben, dass es vorteilhaft ist, zwischen diese beiden Kurven eine Sicherheitskurve einzuschalten. weil es vorkommen kann, dass das Band infolge Erschütterungen oder anderer Zufälle sich weiter von dem Schlossteile abhebt bzw. abheben will, als der Abwälzungskurve entspricht.
Diese Sicher- heitskurve darf nicht denselben kleinen Radius haben wie die Einspannungskurve, weil die auf diesem Teil wechselnde Biegung des Bandes hiebei eine zu scharfe wäre und zu einem Bruche des Bandes führen könnte, wenn eine häufige Wiederholung derartiger Biegungen eintritt. Mal) kann den Radius zweckmässig ebenso gross wählen, wie den der normalen Abwälzungskurve.
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I Aufzugsbänder verwendbar ist, ist in Fig. 10 dargestellt.
Bei diesem Sehloss hat man dem Schloss- rucken eine besondere Gestalt mit Rücksicht darauf zu geben, dass das Schloss beim Aufwinden des Bandes auf eine Trommel mit eingewickelt wird, wobei sich die nächst höheren Bandlagen um den Schlossrücke. n herumlegen und sich seiner Form anpassen. Ist die Form des Schloss-
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bildet, mit den richtigen sanften Krümmut1gsfiächen versehen, um ein Brechen des Bandes zu verhindern. Die Bandenden a, b werden an der Innenfläche c in geeigneter Weise, wie oben für die endlosenBandernaherangegeben ist, befestigt. Die Innenfläche erhält zweckmässig einen Krümmungsradius, der etwas kleiner ist als der Radius der Trommel t.
An die konkave Krümmung c schliessen sich an beiden Seiten die oben beschriebenen konvexen Abwälzungkurven d, e mit dem Krümmungsradius xa.
Der Rücken f darf einerseits nicht zu scharf gekrümmt sein, erstens weil das sich über den Rücken legende Band beim Aufwickeln auf die Trommel zu stark gebogen werden würde und deswegen unnötig dünn und entsprechend breit gewählt werden müsste und zweitens, weil dann die Innenfläche länger werden würde als die Rückenfläche und dadurch eine unmögliche Kon- struktion entstünde. Andererseits darf der Rücken auch nicht zu nach sein, weil dann das über den Rücken sich legende Band g beim Übergang vom Ende des Rückens auf die Trommel eine Knickung erhalten würde. Als ein zweckmässiger Krümmungsradius für den Rücken hat sich ein solcher r4 ergeben, der etwa dem halben Trommelradius r2 entspricht.
Bei diesem Radius ergibt sich zwar die Rückenfläche f etwas länger als die Innenfläche, welche nur bis zu den parallelen Radien zu reichen brauchte. Man kann letztere aber ohne Schaden bis zu den Punkten G, H, den Endpunkten des Schlossrückens, von welchen das Band tangential zum Trommelumfang läuft, verlängern.
PATENT. ANSPRÜCHE :
1. Metallbandtrieb zur Übertragung der Kraft einer sich drehenden Welle mittels eines um eine Scheibe der Welle geschlungenen Metallbandes, gekennzeichnet durch ein so dünnes Band, dass die Biegungshöhe (d) des Bandquerschnittes zu dem Durchmesser (D) der Scheibe
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spannung der schwächsten Bandstelle und E den feststehenden Elastizitätsmodul des Bandmaterials bezeichnet.