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Kupplungseinrichtung zur genauen und wiederholbaren Einstellung von
verschieden großen Drehmomentübertragungen in Kabelmaschinen Mit der Erfindung wird
das bei mehreren in Kabelwerken benutzten Maschinen vorliegende Problem gelöst,
daß die jeweils gewünschten verschieden großen Drehmomentübertragungen an Kupplungseinrichtungen
zwischen Antriebs- und Arbeitsorgan genau und wiederholbar eingestellt werden sollen.
Die üblichen Kupplungen, z. B. Schleif- oder Rutschkupplungen in Scheiben-, Konus-
oder Lamellenbauart, können zwar auf verschieden große, aber nicht auf genaue und
wiederholbare Werte des zu übertragenden Drehmoments eingestellt werden.
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Es weisen insbesondere die im Kabelmaschinenbau üblichen bekannten
Rutschkupplungen den Nachteil auf, daß sie nicht genau und wiederholbar eingestellt
werden können. Das von den Rutschkupplungen im direkten Kraftweg zu übertragende
Drehmoment ist nämlich nicht nur von dem an sich einstellbaren Anpreßdruck der Kupplungsorgane,
sondern auch noch von dem von verschiedenen Faktoren bestimmten Reibwert des Kupplungsbelages,
von der Gleitgeschwindigkeit und dem Schmierzustand abhängig, so daß der jeweils
ausgeübte Anpreßdruck für das übertragene Drehmoment nicht oder wenigstens nicht
allein maßgebend ist.
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Die genaue und wiederholbare Einstellung des mit einer Kupplung zu
übertragenden Drehmoments ist bei Verseilmaschinen für unrunde Litzenleiter mit
angertiebenen, deren Vorformung und/oder Verdichtung bewirkenden Kaliberwalzen besonders
wichtig. Die aus vielen blanken Drähten aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen
Leitmetall zusammengeschlagenen Einzelleiter oder Litzen werden bekanntlich bei
mehradrigen Starkstromkabeln zwecks Verkleinerung des Fertigkabeldurchmessers mittels
Kaliberwalzen zu einem sektorförmigen Querschnitt verformt. Durch Drehen der Kaliberwalzen
um die Achse des durchlaufenden Litzenleiters kann ihm dabei zugleich die gewindegangähnlich
verdrehte Form gegeben werden, die er im fertigen Kabel hat, nachdem er mit den
anderen Leitern zusammen ohne oder meist mit Rückdrehung verseilt worden ist. Außer
diesem sogenannten Vorformen der Sektorleiter wird mit den gleichen oder vorzugsweise
mit zusätzlichen Kaliberwalzen noch eine Verdichtung auf einen höheren Füllfaktor
(zwischen 70 und fast 1000/o verglichen mit einem Massivleiter) bewirkt.
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Wenn nun das Vorformen und Verdichten der Sektorleiter in einem Arbeitsgang
mit ihrer Verseilung vorgenommen wird, müssen die Leiter von der Abzugsscheibe der
Verseilmaschine durch die Kaliberwalzen hindurchgezogen werden. Da die Sektorleiter,
besonders bei Bewicklung mit einer Papierisolation, sehr empfindlich sind und die
erforderliche Durchzugskraft eine erhebliche Höhe erreicht, ist man dazu übergegangen,
die Kaliberwalzen zusätzlich anzutreiben, um hierdurch die Zugspannung im Leiter
herabzusetzen. Bei einer bekannten Maschine zur Durchführung dieser Operationen
sitzen die (hier auch Preßwalzen genannten) Kaliberwalzen in einem Gehäuse, das
entsprechend der Verseilung umläuft, und werden über eine zwischengeschaltete Schleifkupplung
angetrieben. Diese Schleifkupplung soll nach der Theorie ein immer nahezu gleiches
Drehmoment vom Antrieb auf die Walzen übertragen und durch ihre Einsteilung einen
Ausgleich bewirken, falls die Umlaufgeschwindigkeit der Walzen größer ist als die
von der Umfangsgeschwindigkeit der Abzugsscheibe abhängige Durchlaufgeschwindigkeit
des zu walzenden Leiters. Bei einer anderen Ausführungsform dieser bekannten Maschine
ist zur Verkürzung der Baulänge ein mitumlaufendes Planetengetriebe eingebaut, mit
dem über konische Zahnräderpaare der Antrieb aus der Maschinenachse um 90° auf die
Kaliberwalzen umgelenkt wird. Eine weitere Ausführungsform dieser bekannten Maschine
weist im direkten Kraftweg sowohl eine Schleifkupplung als auch ein Planetengetriebe
auf.
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In der Zeichnung ist zunächst in Fig. 1 diese bekannte Bauart und
dann erst in Fig. 2 die neue Bauart in je einem Beispiel dargestellt, um die Erfindung
durch den dadurch ermöglichten Vergleich gegenüber dem Stand der Technik eindeutig
klarzustellen. Fi;g. 3 zeigt in einem anderen Teilausschnitt eine wichtige Einzelheit
der in Fig.2 dargestellten Ausbildungsform nach der Erfindung.
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Es werden nun zunächst die bei Fig. 1 und 2 gleichen Maschinenteile
beschrieben. In beiden Figuren läuft der selbst nicht dargestellte, zu verformende
und zu verdichtende Litzenleiter durch eine ein umlaufendes Gehäuse bildende Hohlwelle
1, die sich an dem
dem Verseilpunkt entgegengesetzten Ende in einem
Kranz oder einer vierarmigen Gabel l' fortsetzt, worin die die Kaliberwalzen 2 und
2' tragenden Wellen 3 und 3' und die Zwischenwelle 3" senkrecht zur Maschinenachse
gelagert sind. Dabei ist die Kaliberwalze 2' mit ihrer Welle 3', die über oder unter
der Walze 2 sitzend zu denken sind, um 90° in die Zeichenebene geklappt gezeichnet,
um den zwischen ihnen offengelassenen Kaliberquerschnitt darstellen zu können. Auf
der Hohlwelle 1 ist ein Zahnrad 4 befestigt, mit dessen Hilfe und weiteren nicht
dargestellten Antriebsorganen die Hohlwelle 1 und mit ihr die Kaliberwalzen 2 und
2' um die Achse des Sektorleiters gedreht werden, um ihn für die anschließende Verseilung
zum Fertigkabel vorzuformen, d. h. seinen Sektorquerschnitt fortlaufend um die eigene
Achse zu verdrehen.
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Der Antrieb der Kaliberwalzen 2 und 2' erfolgt durch auf ihren Wellen
3 bzw. 3' festsitzende Zahnräder 5 und 5' bzw. das Zwischenzahnrad 5", die ihrerseits
von einem Umlaufrädergetriebe angetrieben werden, das aus dem Zwischenzahnräderpaar
6 und dem zur Hohlwelle l konzentrischen Hauptzahnrad 7 besteht, das ebenfalls die
Form einer Hohlwelle hat und an seinen beiden Enden gezahnt ist. Die kurzen Wellen
6', auf denen die mit doppelter Zahnung versehenen Zwischenzahnräder 6 drehbar gelagert
sind, sitzen je mit einem Ende wie die ebenfalls nur kurzen Wellen 3 usw. senkrecht
zur Maschinenachse in der Hohlwelle 1. An Stelle des dargestellten Umlaufrädergetriebes
könnte auch ein Planetengetriebe angeordnet werden. Das Hauptzahnrad 7 wird von
dem auf einer zur Maschinenachse parallelen Zwischenwelle 8 gelagerten Zahnrad 9
und dieses wiederum von dem Kupplungszahnrad 10 angetrieben. Dieses Rad 10 sitzt
frei drehbar auf der Kupplungswelle 11, auf der das den Antrieb aus der übrigen
Maschine übernehmende Hauptzahnrad 12 und die mit Reibbelägen versehenen beiden
Kupplungsscheiben 13 und 13' aufgesetzt sind. Die Kupplungsscheibe 13' kann gegen
Verdrehung gesichert auf der Kupplungswelle 11 gleiten und wird von dem auf einem
Kupplungshebel 14 verstellbaren Gewicht 15 über ein Zwischenglied gegen das Zahnrad
10 und mit diesem zusammen gegen die andere Kupplungsscheibe 13 gedrückt. Durch
die Verstellung des Gewichts läßt sich zwar der Anpreßdruck der Kupplungsscheiben
verändern. Es läßt sich aber nicht genau feststellen: ob überhaupt und bis zu welchem
Grad die Kaliberwalzen die Abzugskraft der Abzugsscheibe der Maschine unterstützen.
Dagegen ist mit der neuen Kupplungseinrichtung, die in Fig. 2 in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, sowohl die wiederholbare Einstellung als auch die genaue Messung
des auf die Kaliberwalzen übertragenen Drehmoments möglich.
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Die dargestellten Teile der Maschine sind in Fig. 2 von der Hohlwelle
1 angefangen bis zu dem auf der Zwischenwelle 8 sitzenden Zahnrad 9 und ein schließlich
des Hauptzahnrades 12 die gleichen bekannten Teile wie in Fig. 1. Die zwischen den
Zahnrädern 9 und 12 angeordnete Kupplungseinrichtung ist dagegen so ausgebildet,
daß erfindungsgemäß zwischen dem Arbeitsorgan der Maschine (z. B. den Kaliberwalzen)
und seinem zugehörigen Antriebsorgan (z. B. dem Motor oder der Maschinenhauptwelle)
unter Vermeidung jedweder im direkten Kraftweg liegender, mit gleitender Reibung
wirksamer Glieder ein Umlaufrädergetriebe geschaltet ist, in dem das Drehmoment
durch auf einer Anzeigevorrichtung sichtbar gemachtes einstellbares Abbremsen des
Reaktionsdruckes eines Getriebegliedes übertragen wird. Als Beispiel ist ein Planetengetriebe
dargestellt, das nunmehr im einzelnen erläutert werden soll.
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Von dem auf der Antriebswelle 16 aufgekeilten Zahnrad 12 wird das
Zahnrad 17 angetrieben, das mit dem glockenförmigen Hohlzahnrad 18 fest verbunden
ist, welches kugelgelagert auf der Kupplungswelle 19 sitzt. Auf dieser Welle sitzt
ferner das Zentralrad 20, in das die Planetenräder 21 eingreifen. Die Planetenräder
21 drehen sich auf den Steg bildenden Wellen 22 im Zahnrad 23, das sich auf einem
Kugellager auf der Welle 19 dreht und in das schon erwähnte Zahnrad 9 eingreift,
so daß es die Drehbewegung über die Zahnräder 7, 6 und 5 bzw. 5' an die Kaliberwalzen
2 und 2' weiterleitet.
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Auf der Kupplungswelle 19 sind ferner zwei Außenbremsscheiben 24 befestigt,
zwischen denen konzentrisch zu ihnen und auf der Welle 19 drehbar eine Innenbremsscheibe
25 sitzt. Wie die eine Teilansicht darstellende Fig.3 zeigt, sind an diese Innenbremsscheibe
25 über ein aus ihr herausstehendes Auge zwei Stangen 26 angehängt, die durch Bremsfedern,
z. B. die sich gegen Anschläge legenden Schraubenfedern 27, in ihrer Lage gehalten
werden, wodurch sie auch die Innenbremsscheibe 25 federnd festhalten. Die Bremsscheiben
werden von einer Feder 28 zusammengepreßt, die auf dem aus den Bremsscheiben herausragenden
Ende der Kupplungswelle 19 sitzt und deren Druck mittels eines ein- und ausschraubbaren
Handrades 29 eingestellt werden kann. Die Stellung der Innenbremsscheibe wird auf
einer Skala 30 angezeigt, z. B. mit einem über einen Seilzug bewegten Zeiger. Die
Einteilung der Skala ist auf das auf die Kaliberwalzen übertragene Drehmoment geeicht.
Die Bremse bildet also einen Kraftmesser in Form einer Federwaage. Auf diese Weise
wird in weiterer Ausbildung der Erfindung das im direkten Kraftweg liegende Getriebeglied,
nämlich das Zentralrad 20, mittels einer als Kraftmesser ausgebildeten Bremse einstellbar
abgebremst. Die Bremse selbst liegt dagegen nicht im direkten Kraftweg, was wichtig
ist. Diese Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung wirkt folgendermaßen: Es sei
zunächst angenommen, daß die Feder 28 entspannt ist, so daß die Innenbremsscheibe
25 sich frei zwischen den Außenbremsscheiben 24 drehen kann. Dann kann sich auch
das Zentralrad 20, das auf der gleichen Welle 19 sitzt, frei drehen. Wegen des zu
großen Widerstandes gegen Verdrehung, der von den Kaliberwalzen ausgeht, wird die
Antriebsbewegung auf das Zentralrad 20 übertragen, während der Steg 22 stehenbleibt.
Das Planetengetriebe arbeitet somit als normales Standgetriebe mit den Übersetzungen
der Zahnräder 12 :17 :18 :21 :20.
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Beim Anspannen der Feder 28 mittels des Handrades 29 wird das Zentralrad
20 abgebremst und schließlich ganz festgehalten. Dann wird die Bewegung über die
Planetenräder 21 zunehmend stärker auf den Steg 22 bzw. auf das Zahnrad 23 und von
hier aus über die übrigen Glieder 9, 7, 6, 5 bzw. 5" und 5' auf die Kaliberwalzen
übertragen, die als Arbeitsorgan den Kraftweg in der Maschine abschließen. Es wird
sich also beim Anziehen der Bremse entsprechend der jeweils ausgeübten Bremskraft
ein mehr oder weniger großer einstellbarer Teil der Antriebsbewegung über den Steg
des Planetengetriebes auf die Kaliberwalzen fortpflanzen. Das Bremsmoment der Bremse
und das Drehmoment an den Kaliberwalzen stehen also in einem bestimmten Verhältnis,
das an Hand der gewählten Übersetzungen auch berechnet werden kann. Da weiter die
Innenbremsscheibe 25 der Bremse durch
beide Federn 27 federnd in
ihrer Lage gehalten wird, ist es möglich, das tatsächliche Bremsmoment unbeeinflußt
von Reibwert, Gleitgeschwindigkeit, Schmierzustand und Federdruck zu bestimmen.
Der Verdrehungswinkel der Innenscheibe 25 bzw. der Federweg der Federn 27 gibt ein
genaues Maß für die tatsächlich ausgeübte Bremskraft und damit auch über das an
den Kaliberwalzen auftretende Drehmoment. Da diese Verdrehung oder dieser Federweg
auf der in Drehmomentwerten geeichten Skala angezeigt wird, läßt sich somit mit
dieser als Federwaage wirkenden Bremse ohne Einwirkung störender Faktoren das Drehmoment
an den Kaliberwalzen beliebig genau und jederzeit wiederholbar einstellen.
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An Stelle der im dargestellten Beispiel benutzten mechanischen Glieder
können auch elektrische Elemente zur Übertragung der Bremsscheibenverdreheng oder
des Federnweges auf eine Anzeigevorrichtung benutzt werden, z. B. Magnetspulen,
Spannungsteiler usw. Mit solchen Mitteln kann man die Einrichtung auch automatisieren.
Auch das Planetengetriebe ist nur ein Beispiel eines bei der Kupplungseinrichtung
nach der Erfindung an Stelle einer Kupplung auf Reibungsbasis in den direkten Kraftweg
vom Antriebs- zum Arbeitsorgan eingeschalteten drehmomentregelnden Umlaufrädergetriebes.
Es ist nämlich insoweit unerheblich, welche Form das Umlaufrädergetriebe hat. Es
kann auch als Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet sein. Die Form des Getriebes
hängt von den jeweils vorliegenden konstruktiven Erfordernissen und gewünschten
Übersetzungsverhältnissen ab. Auch die den Kraftmesser bildende Bremse kann statt
als Scheibenbremse auch als Lamellenbremse, Band- oder Backenbremse, d. h. auch
als Pronyscher Zaum ausgebildet sein. Die Anstellung kann wie bei der Anzeigevorrichtung
statt mit mechanischen Gliedern auch auf elektrischem Wege. erfolgen, z. B. mit
Hilfe von Elektromagneten.
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Die Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung läßt sich auch bei anderen
Kabelmaschinen mit Vorteil anwenden, z. B. beim Antrieb von steuerungsbedürftigen
Abzugs- oder Aufwickeleinrichtungen für Drähte, isolierte Adern oder fertige Kabel.
Ferner kann die Einrichteng auch in Maschinen eingebaut werden, mit denen Drahtseile
künstlich ausgereckt werden, z. B. bei der Herstellung von Stahlhängekabeln für
Brücken. Auch in diesen Fällen kommt es auf eine genaue und wiederholbare Einstellung
des Drehmomentes an den Arbeitsorganen an.