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Antriebsvorrichtung für Reibungsgetriebe, insbesondere Riementriebe
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Reibungsgetriebe, insbesondere
Riemengetriebe. Es sind bereits Antriebsvorrichtungen mit einem Stator und einem
Rotor bekannt, bei denen der Stator um eine zu seiner Längsachse parallele Achse
derart schwenkbar gelagert ist, daß sein Reaktionsdrehmoment im Sinne einer Spannung
des Riemens wirkt. Antriebsvorrichtungen dieser Art sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt, die weiter unten im Vergleich mit dem Gegenstand der Erfindung behandelt
werden.
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Die nach der Erfindung ausgebildete Antriebsvorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Stator an dem inneren Laufring eines einzigen zwischen dem
Stator und der Riemenscheibe angeordneten Wälzlagers, das sowohl die radialen als
auch die in beiden Richtungen wirkenden axialen Kräfte und Kippmomente über seine
Wälzkörper gegen den Lagerfuß abstützt, befestigt ist, wobei die Rotorwelle durch
den inneren Laufring exzentrisch hindurchgeht und. der Durchmesser des Wälzkörperkranzes
von gleicher Größenordnung ist wie der Hebelarm des Motorgewichtes in bezug auf
die Ebene des Wälzlagers.
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Bei einer bekannten Bauart ist das gegenüber dem Rotor drehbare Gehäuse
exzentrisch zur Rotorwelle in Lagerblöcken gelagert, und die Rotorwelle geht exzentrisch
durch das Lager hindurch. Dabei sind Wälzlager zwischen dem Lagerkörper des Gehäuses
und dem Stator angeordnet, der am inneren Laufring des Gehäuses befestigt ist. Jedoch
sind am Wälzlager seitliche Anschlagflächen vorgesehen, an denen der Stator sich
abstützt, damit er in beiden axialen Richtungen an einer Bewegung gegenüber dem
Lagerkörper gehindert ist. Jede Gleitreibung erhöht aber den Schwellenwert für das
Ansprechen der selbsttätigen Einstellung der Riemenspannung. Bei der Antriebsvorrichtung
nach der Erfindung tritt dagegen nur rollende Reibung auf. Ein weiterer Vorteil
gegenüber der vorerwähnten bekannten Ausführungsform besteht darin, daß bei dem
erfindungsgemäßen Antrieb nur ein einziges Lager vorgesehen ist Dieser Vorteil ist
dadurch bedingt, daß es bei Anwendung von zwei Lagerböcken außerordentlich schwierig
ist, beide Lager der exzentrisch angeordneten Welle genau auf die gleiche Exzentrizität
einzustellen. Es ist zwar bei Antrieben ähnlicher Bauart schon bekannt, den Stator
nur einseitig zu lagern, jedoch sind dabei keine Wälzlager vorgesehen. Daher wird
für die fliegende Anordnung an sich kein Schutz beansprucht. Die Erfindung beruht
vielmehr auf der Vereinigung mehrerer an sich bekannter Merkmale in einer Kombination,
die gegenüber den bisher bekannten Ausführungsformen fortschrittlich ist. Insbesondere
spricht die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung infolge ausschließlich rollender
Reibung schon auf geringe Änderungen des Drehmoments an und führt eine entsprechende
Änderung der Riemenspannung herbei. Daraus ergibt sich die Möglichkeit der Anwendung
kleiner Riemenscheiben und kleiner schnell laufender Antriebsmotore, also auch ein
günstiges Hebelverhältnis vom Radius der Riemenscheibe zum Radius des Wälzlagers.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung reicht daher von Antrieben mit
weniger als 100 Watt, z. B. für Diktiergeräte und für Nähmaschinen, bis zu den schwersten
Antrieben, z. B. für Kompressoren, die mehrere 100 PS übertragen. Durch die Erfindung
wird die Anwendung von Riemenantrieben auch in solchen Fällen ermöglicht, in welchen
es bisher nicht möglich war, dem Riemen die für extrem hohe Drehzahlen erforderliche
Vorspannung zu geben, weil die notwendige Vorspannung das Anfahren verhindern würde.
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Ferner besteht gegenüber den bekannten Ausführungen selbstspannender
Riemenantriebe mit zwei Lagern der Vorteil, diaß die äußerst schwierige, praktisch
fast unmögliche genaue Angleichung der Exzentrizität an beiden Lagern :entfällt.
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Die nach der Erfindung ausgebildete Antriebsvorrichtung ermöglicht
bei guter Stabilität eine sehr gedrungene Bauart, Lagerung und Aufhängung. Dies
ist im Hinblick auf den nachträglichen Anbau derartiger
Antriebsvorrichtungen
an bereits im Betrieb befindlichen Arbeitsmaschinen von großer praktischer Bedeutung,
da in den meisten Fällen nur ein sehr beschränkter Raum für den Anbau oder Einbau
zur Verfügung steht. Kleine Abmessungen für Lagerung und Aufhängung sind aber auch
für den Einbau in neue Arbeitsmaschinen sehr vorteilhaft.
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Bei einer bevorzugtem Ausführungsform der Erfindung sind die Laufbahnen
der Wälzkörper im Lagerkörper und in dem sich drehenden Lagerteil selbst angedreht.
Dabei bestehen die Laufbahnen des Wälzlagers zweckmäßig aus einem weicheren Werkstoff
als die Wälzkörper.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Antriebsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels,
bestehend aus einem Elektromotor mit Riemenscheibe und dem erfindungsgemäßen Statorlager,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig.3 einen Längsschnitt durch
die Antriebsvorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels, Fig. 4 einen Schnitt
nach der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig.5 einen Längsschnitt durch die Antriebsvorrichtung
eines dritten Ausführungsbeispiels, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII
in Fig. 5, Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Antriebsvorrichtung eines vierten.
Beispiels, Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 7, Fig. 9 einen Längsschnitt
durch einen Teil der Antriebsvorrichtung einer fünften Ausführungsform mit einer
Riemenscheibe für -einen Keilriemenantrieb und Fig. 10 eine sechste Ausführungsform
der Antriebsvorrichtung, ebenfalls im Längsschnitt, mit einer als Stufenscheibe
ausgebildeten Riemenscheibe.
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In dem Beispiel nach Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 den Stator und 2 den
Rotor eines Elektromotors mit der Rotorwelle 3, auf deren einem Ende eine Riemenscheibe
4 aufgekeilt ist. Der eine stirnseitige Deckel 5 des Statorgehäuses 1 ist mit einem
plattenförmigen, kreisrunden Schild: 6 verschraubt. Zwischen dem Stator bzw. dem
Schild 6 und; der Riemenscheibe 4 ist ein als Druck- und Radiallager wirkendes Statorlager
mit zwei Lagerringen 8, 10 und zwischen diese eingeführten Wälzkörpern 7 angeordnet.
Der äußere Lagerring 8 ist als fester Stützring ausgebildet und zu diesem Zweck
mit einem Fuß 9 versehen, mittels welchem das Statorlager am Boden, an der Decke
oder an einer Wand befestigt wird, während der innere Lagerring 10 als Laufring
ausgebildet ist.
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Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, wird der Laufring 10 von der
Rotorwelle 3 exzentrisch durchsetzt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die
Exzentrizität zwischen der Rotorwelle 3 und der Achse A (Fig.2) des Statorlagers
in gewissen Grenzen verändert werden kann. Der Schild 6 des Statorgehäuses 1 ist
durch Schrauben 11 mit dem Laufring 10 des Statorlagers lösbar verbunden. Die Schrauben
11 liegen dabei auf einem Teilkreis T, dessen Zentrum Z sowohl gegenüber der Rotorwelle
3 sowie auch gegenüber der Lagerachse A versetzt liegt. Die Bohrung 12 des Laufringes
10, dessen Achse mit dem Zentrum Z des Teilkreises T zusammenfällt, ist von einer
wellenförmig gebogenen Fläche begrenzt, durch welche Einbuchtungen 12' und Ausbuchtungen
12" (Fig. 2) gebildet werden. Der Radius der Ausbuchtungen 12" ist dabei so gewählt,
daß er dem Außenradius r (Fig. 2) der auf die Rotorwelle 3 aufgeschobenen Distanzierungshülse
13 mindestens angenähert entspricht. Beim Umlauf der Riemenscheibe 4 in Richtung
des in Fig. 2 eingezeichneten Pfeiles B tritt am Stator 1 ein Gegendrehmoment auf,
welches die Tendenz hat, den Stator bzw. den Elektromotor in Richtung des Pfeiles
C um die Lagerachse A zu verschwenken. Dieses Gegendrehmoment erzeugt im Riemen
R in bekannter Weise eine zusätzliche Riemenspannung, deren Wert bei zunehmender
Belastung des Elektromotors zu- und bei abfallender Leistung des Elektromotors abnimmt,
wodurch die Adhäsionsverhältnisse des Riementriebes in idealer Weise automatisch
reguliert werden. In der aus Fig. 2 ersichtlichen Stellung ist die Exzentrizität
zwischen der Rotorwelle 3 und der Lagerachse A am größten und die durch das Gegendrehmoment
erzeugte Riemenspannung am kleinsten. In jeder anderen Stellung der Rotorwelle 3
gegenüber der Lagerachse (Ausbuchtungen 12") ist die Exzentrizität kleiner, die
Riemenspannung aus dem Reaktionsdrehmoment dagegen größer, um bei der Exzentrizität
Null ebenfalls auf den Nullwert abzufallen. Wird der Stator nach Lösen der Schrauben
11 so weit gedreht, daß die Rotorwelle in die gegenüberliegende Ausbuchtung E (Fig
2), zu liegen kommt, so wird die Exzentrizität sogar negativ, wobei das Reaktionsdrehmoment
in zum Pfeil C entgegengesetzter Richtung wirkt. In diesem Fall müssen die Trume
des Riemens R jedoch nicht auf der linken Seite (Fig.2), sondern auf der rechten
Seite des Elektromotors zu- bzw. ablaufen.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 bezeichnet wieder
1 das Statorgehäuse, 2 den Motor mit der Rotorwelle 3, 4 die Riemenscheibe, 6 den
stirnseitig am Statorgehäuse 1 angeordneten Schild, 7 die als Kugeln ausgebildeten
Wälzkörper des Statorlagers, 8 den feststehenden Stützring mit dem Fuß 9 und 10
den inneren Laufring des Statorlagers.
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Mit 11 sind im Laufring 10 verankerte Schrauben bezeichnet, welche
den Schild 6 in zueinander parallelen Schlitzen 14 durchsetzen. Auch bei dem zweiten
Beispiel nach Fig. 3 und 4 bezeichnet A die Achse des Statorlagers und R den Riemen,
während. die Pfeile B und C die Drehrichtung der Riemenscheibe bzw. die Wirkungsrichtung
des Gegendrehmomentes zeigen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 wird das Vergrößern
bzw. Verkleinern der Exzentrizität durch lineares Verschieben des Elektromotors
in Richtung der Schlitze 14 bewerkstelligt. Ist der Motor auf .die gewünschte Exzentrizität
eingestellt, so werden die Schrauben 11 festgezogen und damit der Schild 6 samt
dem Elektromotor mit dem Laufring reibungsschlüssig verbunden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist der Stützring 8
an einer Stelle mit einer durch eine Schraube 15 verschließbaren radialen Öffnung
versehen, durch welche die Kugeln 7 zwischen den Rollbahnen der Laufringe 8, 10
eingefüllt werden können. Es ist zweckmäßig, zwischen die einzelnen Kugeln 7 beispielsweise
aus Holz, Filz usw. bestehende, mit Öl oder Fett imprägnierte Distanzierungsstücke
einzulegen, um die Gleitreibung der Kugeln herabzusetzen.
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In dem Beispieil nach Fig. 5 und 6 bezeichnet 1 wieder den Stator
und 2 den Rotor des Elektromotors mit der Rotorwelle 3, auf deren einem Ende eine
Riemenscheibe, 4 aufgeke.ilt ist. Zwischen dem Stator bzw. dem Lagerschild 6 desselben
und der Riemenscheite 4 ist das Statorlager mit den zwei Lagerringen 8 und 10 und
zwischen diese eingeführten Wälzkörper 7 angebracht. Der äußere Lagerring 8 ist
als
fester Stützring ausgebildet und zu diesem Zweck mit einem Fuß 9 versehen, mittels
welchem das Statorlager am Boden, an der Decke oder an einer Wand usw. befestigt
werden kann, während der innere Lagerring 10 als Laufring ausgebildet ist und mit
dem Lagerschild 6 des Stators aus einem einzigen Stück, beispielsweise aus einem
Gußstück besteht.
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In dem Beispiel nach Fig.7 und 8 bezeichnet 1 wieder den Stator und
2 den Rotor des Elektromotors mit der Rotorwelle 3, auf deren einem Ende eine Riemenscheibe
4 aufgekeilt ist. Zwischen dem Stator bzw. dessen Lagerschild 6 und der Riemenscheibe
4 ist das Statorlager mit den beiden Lagerringen 8 und 10 und oben zwischen diesen
eingeführten Wälzkörpern 7 angeordnet. Der äußere Lagerring 8 ist als fester Stützring
ausgebildet und zu diesem Zweck mit einem Fuß 9 versehen, mittels welchem das Statorlager
am Boden, an der Decke oder an einer Wand usw. befestigt werden kann, während der
innere Lagerring 10 als Laufring ausgebildet und mit einer waagerecht ausladenden
Konsole 10a versehen ist, welche zur Aufnahme und lösbaren Befestigung des Stators
1 dient.
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In dem dargestellten Beispiel besteht der Laufring 10 mit der Konsole
10a aus einem einzigen Stück, beispielswiese aus einem Gußstück. Statt dessen kann
die Konsole mit dem Laufring lösbar verbunden, beispielsweise verschraubt sein.
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In Fig. 9 bezeichnet 1 den Stator und 2 den Rotor des Elektromotors
mit der Rotorwelle 3, auf deren einem Ende eine Riemenscheibe 4 aufgekeilt ist.
Die Riemenscheibe ist mit einer Keilnut 4 a versehen, wobei der die Keilnut auf
der einen Seite begrenzende Flansch 4 b zwecks Veränderbarkeit des Übersetzungsverhältnisses
des Riementriebes gegenüber dem Gegenflansch 4 c, welcher mit dem Scheibenkörper
4 aus einem einzigen Stück bestecht, axial verschiebbar ausgebildet ist. "Zu diesem
Zweck ist der Flansch 4 b auf eine mit Gewinde 4d versehene zylindrische Sitzfläche
des den Gegenflansch 4e tragenden Scheibenkörpers 4 aufgeschraubt und durch Drehung
gegenüber dem Scheibenkörper 4 axial verstellbar, derart, daß der Keilriemen 5 auf
einem größeren oder kleineren mittleren Scheibendurchmesser läuft, je nachdem der
Flansch 4 b gegen den Flansch 4 c hingeschraubt oder von dem letzteren wegbewegt
wird.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 ist die Riemenscheibe
als Stufenscheibe ausgebildet und zu diesem Zweck beispielsweise mit drei Stufen
4 e, 4 f und 4 g versehen.
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In Fig. 10 ist die Stufenscheibe für Flachriemen ausgebildet; statt
dessen wäre es natürlich auch möglich, die Riemenscheibe mit mehreren Keilnuten
mit gegenüber einander verschiedenen Durchmessern zu versehen.
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Des weiteren ist zweckmäßig eine Vorrichtung, z. B. ein Gegengewicht
oder eine Feder, vorgesehen, welche das aus dem Gewicht des Motors resultierende,
den Riemen zusätzlich belastende Moment durch ein Gegenmoment aufhebt. Ohne diese
Vorrichtung wirkt nämlich nicht nur das Reaktionsdrehmoment des Motors riemenspannend,
sondern der Riemen wird durch die Gewichtskomponente der Riemenscheibe zusätzlich
belastet, so daß sich der Riemen auch bei Stillstand der Maschine bzw. des Motors
nie völlig entspannen kann.
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Weiter können Anschläge vorgesehen sein, welche die Verschwenkungsbewegung
des Motors mindestens in der einen Verschwenkungsrichtung begrenzen. Außerdem kann
eine Bremsvorrichtung vorgesehen sein, um die Verschwenkungsbewegung des Motors
mindestens in der einen Schwenkrichtung abzubremsen bzw. zu hemmen. Auch wäre es
denkbar. eine Sperrvorrichtung einzubauen, um ein unbeabsichtigtes Hin- und Herpendeln
des Motors z. B. während des Transportes oder bei der Montage zu verhindern.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Antriebsvorrichtung
stellt der feststehende Stützring 8 zugleich den Lagerkörper bzw. das Lagergehäuse
selbst dar, wobei die äußeren Rollbahnen des Wälzlagers 7, 8, 10 am Lagergehäuse
8 selbst ausgedreht bzw. angeordnet sind. Der äußere Stützring bzw. in diesem Fall
das Lagergehäuse 8 kann mit dem Stützfuß 9 als ein einziges Stück ausgebildet sein.
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Diese Ausbildung ist deshalb sehr wichtig, weil sie es ermöglicht,
das Lager besonders gedrungen zu gestalten. Ein noch größerer Vorteil dieser Ausbildung
ist jedoch in dem Umstand zu erblicken, daß damit auf die Verwendung von im Handel
erhältlichen Wälzlagern verzichtet werden kann, da solche einbaufertige Wälzlager
in den erforderlichen großen Abmessungen kostspielig sind und das ganze Aggregat
derart verteuern würden, daß es in sehr vielen Fällen praktisch unverkäuflich würde.
Außerdem sind diese einbaufertigen Wälzlager für Hochleistung bestimmt und konstruiert,
während für den vorgesehenen Zweck einfache und billige Wälzlager, die auch von
Maschinenfabriken und mechanischen Werkstätten, welche nicht über den für die Fabrikation
von Hochleistungskugellagern erforderlichen Spezialmaschinenpark verfügen, mit einfachen
Mitteln im Selbstbau hergestellt werden können; da die Ansprüche an Leistungsfähigkeit
und Arbeitsvermögen derartiger dem Erfindungszweck dienenden Wälzlager zufolge der
nur sehr kleinen Bewegungen, welche sie auszuführen haben, nur sehr gering sind.
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Weiter ist es zweckmäßig, der Antriebsvorrichtung eine mindestens
in der einen Drehrichtung wirkende Bremse zuzuordnen, und zwar derart, daß sie die
im Sinne einer Entspannung des Riemens wirkende Verschwenkungsbewegung des Motors
abbremst. Diese Bremse besteht zweckmäßig aus zwei zu dem Wälzlager 7, 8, 10 konzentrischen
Ringen oder Scheiben, von denen der eine, feststehende Ring am feststehenden Stützring
8 befestigt, z. B. angeschraubt ist, während der andere Ring mit dem inneren Laufring
10 verbunden ist. Beide Ringe oder Scheiben liegen im Bereiche zweier einandrer
zugekehrter glatter Flächen unter Zwischenschaltung eines zähen Ölfilms aneinander
und: sind aufeinander gleitbar ausgebildet, wobei die Kohäsion des Ölfilms einer
Relativbewegung der beiden Bremsringe oder -scheiben entgegenwirkt und als Bremskraft
in Erscheinung tritt.