-
Selbstspannender Riementrieb Bekannte selbstspannende Riementriebe
benutzen das im Gehäuse d-es antreibenden Elektromotors wirkende Reaktionsmoment
zur Schwenkung der treibenden Riemenscheibe um eine Achse, welche während der im
normalen Betrieb zu erwartenden Belastungsschwankungen ihre Lage nicht verändert.
Diese Achse liegt stets zwischen der Motorwellenachse und dem Rand der Treibscheibe.
Bei einer Lagerung des schwenkbaren Motors an einer solchen Schwenkachse mittels
handelsüblicher Lager muß man demnach eines dieser Lager neben der Riemenscheibe
und das andere hinter dem Gehäusedeckel anordnen, wodurch sich eine große Baulänge
ergibt und eine freie Auflage des Riemens erschwert wird. Man suchte dieses Übel
durch Lagerung des Motors an einem sehr großen exzentrischen Wälzlagerring zwischen
der Treibscheibe und dein Motorgehäuse zu umgehen, jedoch führte dieser Versuch
zu folgenden neuen Schwierigkeiten Die Beherrschung des Riemenzuges und des Motorgewichtes
durch ein einziges, sehr großes Wälzlager führt besonders bei großen Leistungen
und kleinen Drehzahlen auf unzulässige seitliche, über den Umfang wechselnde Zwangskräfte,
welche bei ähnlicher Vergrößerung aller Massen an den Wälzkörpern und ihren Führungsringen
bald eine Grenze erreichen, da man für die dabei zu erwartenden Wälzpressungen ein
Wachstum mit der dritten Wurzel aus dem Motorgewicht nachzuweisen vermag.
-
Die Anordnungen eines großen Einspurlagers mit seiner zusätzlichen
Einstellbarkeit im Sinne verschiedener Riemenscheiben und Reibwerte ergab die Notwendigkeit
einer besonderen Motorbauart mit vorgezogenem Hauptlager, um eine Überbeanspruchung
von Lager und Welle zu vermeiden.
-
Die Herstellung derart großer Speziallager ist mit besonderen Schwierigkeiten
verbunden, wenn man sehr teure gehärtete Führungsringe von großem Durchmesser vermeiden
will. Will man hingegen harte Stahlkugeln in gußeisernen Rillen laufen lassen, dann
können diese Führungsrillen auch bei bester Schmiegung nie so ausgelastet werden,
wie es den Kugeln gemäß wäre. Selbst wenn man solche Laufrillen genau dem Kugelradius
anpassen könnte, würde sich im Betrieb infolge elastischer Verformung und der bei
Gußeisen stets zu ,erwartenden Nachverformung durch Gefügeänderung ein Anlaufen
der Kugeln gegen die Rillengrenzen und ein Ausbrechen dieser Zonen ergeben, so daß
man im Sinne eines sicheren Betriebes gußeiserne Führungsrillen stets nur mit dem
etwa 1,3fachen des Kugelradius abrunden darf und somit nur Motoren kleiner Leistung
auf diese Weise ohne ernste Schäden zu lagern vermag.
-
Die innere Reibung derartiger großer Lager kann bei Fettfüllung und
niedriger Betriebstemperatur derart groß werden, daß die Selbsteinstellung bei kleinen
Drehmomenten versagt und der Riemen gerade dann zerstört wird.
-
Allen derartigen Getrieben mit einer festen Schwenkachse ist gemeinsam,
daß sie besonders bei großen Übersetzungen, großen Achsabständen und Aastischen
gewebten Riemen einen viel zu kurzen nutzbaren Verstellweg ergeben, da man hierfür
nur einen Schwenkwinkel von etwa 30° um die Scheitellage zulassen kann, wenn man
nicht allzu große Konzessionen an den Selbstspanncharakter machen will. Bei großen
Abweichungen von der Scheitellage konvergieren die beiden Riemenkräfte gegeneinander,
und ihre Summe kann dann bei gegebener Belastung derart anwachsen, daß die Welle
bricht oder die Hauptlager vorzeitig zerstört werden.
-
Die Erfindung vermeidet die hier geschilderten Nachteile großer Lager
sowie einer Anlenkung an einer fest eingestellten Schwenkachse. Die Zeichnung zeigt
das Wesentliche dieser neuartigen Anlenkung für ein Selbst-. spanngetriebe mit einer
während des Laufes verstellbaren Kinematik.
-
Der Riemen 1 kann bei diesem Getriebe für jeden beliebigen Achswinkel
a zwischen zwei Achsen gespannt werden. Der Motor 2 mit seiner Treibscheibe 20 trägt
einen Flanschring 21, an dem ein Zapfen 22 mit zwei in Achsrichtung hintereinanderliegenden
Laufrollen 23 sowie ein entsprechend hintereinanderliegendes Kulissenpaar 24 befestigt
sind. Diesen Rollen 23 und Kulissen 24 sind am festen Tragstuhl 3 die fest einstellbare
Doppelkulisse 30 und ein Zapfen 31 mit seinen die Kulissen 24 führenden Rollen 32
zugeordnet. Die paarige Anordnung der Elemente 23, 24 mit ihren Partnern 30, 32
erlaubt gemäß ihrem Abstand voneinander eine sichere Beherrschung der Kräfte und
Momente, die sich aus dem Riemenzug und dem Gewicht des Motors ergeben. Das
aus
der Lage der Zapfen 22, 31 und Kulissen 24, 30 sich ergebende Bewegungsgesetz für
den schwenkbaren Motor 2 kann im Falle kreisbogenförmig gefräster Kulissen durch
ein Gelenkviereck beschrieben werden, dessen vier Gelenke durch die Zapfenmitten
Z1, Z2 und die Krümmungsmittelpunkte KI, K2 der Kulissen gegeben sind, wobei
die Verbindungslinie Z1, K2 als die feste Grundlinie und die Verbindungslinie Z2,
K1 als Koppel zu betrachten ist. Mit dieser Koppel ist der schwenkbare Motor fest
verbunden. Grundlinie und Koppel sind durch die beiden Kurbeln zwischen Z1, K1 und
Z2, K2 verbunden, welche sich im Punkt P schneiden. Dieser Punkt P ist der Momentenpol
für alle Punkte der Koppelebene. Er entspricht hier der festen Schwenkachse bei
den Selbstspanngetrieben bisheriger Bauart. Bei dieser Anordnung wandert jedoch
dieser Punkt P mit der Verschwenkung des Motors auf einer Kurve Kp,
während
sich die Achse der Treibscheibe 20 auf der Kurve K bewegt. Man kann nun die Lage
der vier charakteristischen Punkte Z1, Z2, KI, K2 derart wählen, daß die
beiden Kurven Kp, K über einen hinreichend großen Bereich annähernd geradlinig
und parallel zueinander verlaufen. In diesem Falle bleibt auch unabhängig vom Schwenkweg
das Verhältnis der beiden Riemenkräfte annähernd unveränderlich. Eine solche Unveränderlichkeit
des Riemenkraftverhältnisses kann man, wie man aus kinematischen Untersuchungen
erkennt, für Verstellwege vom 1,5=4-fachen des Polabstandes a erreichen, wenn man
hierfür nur eine Schwankung von ±5 °/o zuläßt. Bei einem festen Schwenkpol bisheriger
Bauart entspräche dies nur einem Schwenkweg vom ungefähr 0,9fachen des mittleren
Polabstandes. Man muß nur dafür sorgen, daß die Treibscheibenachse annähernd mit
dem Wendepol W dieses Gelenkviereckes Z1, Z2, KI, K2 zusammenfällt und die Polkurve
Kp
eine möglichst kleine Krümmung aufweist. Man kann für die Polkurve als
Bedingung eines möglichst geradlinigen Verlaufes ein Gesetz finden, welches es gestattet,
die Fülle der Möglichkeiten in wünschenswerter Weise einzuengen und der Konstruktion
die Wege zu ebnen. Dieses Gesetz ergibt für eine dreipunktige Polkurventangente
die Bedingungen
wobei t1 -[- s1 = r1 und t2 + s2 = y2 die Längen der beiden Kurbeln Z1, K1 und Z2,
K2 darstellen, an welchen durch die Kreuzung im Punkt P die Teile t1, s1 und t2,
s2 abgeteilt werden. Die beiden Winkel a1, a2 entstehen durch die Verbindungslinie
zwischen W und P. Fig. 1 zeigt die in W liegende Treibscheibenachse sowie eine Polkurve
Kp mit dreipunktiger Tangente. Bemerkenswert ist dabei der besonders flache Verlauf
der Kv-Kurve, welche in diesem Falle im Wendepol W eine dreipunktige Tangente hat.
An beiden Kurven Kp, K, sind die durch die endlichen Abmessungen der Kulissen 24,
30 bedingten Grenzen markiert, innerhalb deren die a-Schwankung unter 5 °/o bleibt.
Der Einfluß des Motorgewichtes auf die Riemenkräfte kann in ausreichendem Maße eingeschränkt
werden, wenn man dafür sorgt, daß der Schwerpunkt S des schwenkbaren Motors 2 mit
Flansch 21, Kulissen 24 und Zapfen 22 senkrecht über dem Pol P auf dem Wendekreis
Kzv mit dem Durchmesser a liegt. Dies läßt sich stets durch Anbringung von
Zusatzgewichten 25 am Flansch 21 des Motors 2 erreichen. Da jeder Punkt am Wendekreis
bei Befolgung der Gesetze (A) eine dreipunktige Tangente hat, kann so der Schwerpunkt
S bei einer Verstellung oder Belastungsänderung in genügendem Maße auf gleicher
Höhe gehalten werden. Diese Ausgleichsgewichte können im Sinne bester Anpassung
in Scheiben unterteilt und in Schlitzen 26 verschiebbar angeordnet werden.
Die Richtung der Verstellung braucht nicht mit dem Achswinkel übereinzustimmen.
Man kann den Verstellwinkel P im Punkt TV
in gewissen Grenzen frei wählen,
jedoch empfiehlt es sich, stets ß < a zu wählen, um mit dem auf dem Wendekreis
K",
liegenden Schwerpunkt S recht nahe an den Wendepol mit seiner besonders
guten Geradführung heranzukommen. Man kann somit ohne Schwierigkeit ein solches
Getriebe mit a - 90 gd bauen, wobei man ß zwischen 30 gd bis 60 gd zu wählen vermag
und a um so größer sein muß, je kleiner man ß wählt.
-
Will man sich veränderlichen Reibwerten oder Scheibenradien anpassen,
dann kann man dies am besten durch ein Schwenken der Kulisse 30 um ihren Tragzapfen
33 erreichen, wobei bereits eine sehr kleine, über eine Schraubspindel in bekannter
Weise zu erzwingende Verstellung genügt, um allen Erfordernissen gerecht zu werden.
Ein Schwenken der Motorkulisse 24 würde zum gleichen Erfolg führen. Fig. 1 deutet
nur die Schwenkbarkeit der festen Kulisse 30 an. Man kann auch die Zapfen 22 oder
31 mit einer Exzenterverstellung versehen, jedoch ist die auf diesem Wege erreichbare
Regelbarkeit beschränkt. Mittels einer schwenkbaren Kulisse 30 kann man sich auch
bei laufendem Motor im Vollastbetrieb veränderlichen Riemenreibwerten anpassen und
das Getriebe stets auf die kleinsten, bei sicherem Betrieb noch gutzuheißenden Riemenkräfte
und Lagerbelastungen einstellen.
-
Man kann statt der nach Kreisbogen ausgefrästen Kulissen 24, 30 auch
andere Kulissenprofile wählen, um auf diese Weise statt der Kurven Kp, K, beispielsweise
zwei exakt parallele Linien herzustellen, welche so für den ganzen Verstellweg ein
ebenso exakt unveränderliches Verhältnis der Riemenkräfte gewährleisten. Solche
Kulissenprofile lassen sich nach den Gesetzen der Verzahnungskinematik ohne Mühe
entwickeln, wobei man am besten von einem Gelenkviereck Z1, Z2, KI, K2 mit den Lenkradien
v1, y2 ausgeht. Die Kreisbogenkulissen dürften jedoch in fast allen Fällen den praktischen
Notwendigkeiten genügen.
-
Für besonders große Verstellwege kann man die beiden Kulissenpaare
24, 30 in der axialen Richtung staffeln, so daß sie sich in der Projektion überdecken.
-
Die Gesetze (A) können und brauchen natürlich nie genau eingehalten
zu werden. Im allgemeinen dürften die Grenzen a2.,., a1. (0,8 --1,3)
genügen, um einen einwandfreien Betrieb zu ermöglichen. Ebenso braucht die Treibscheibenachse
nie genau mit dem Wendepol zusammenzufallen. Auch hier dürfte es genügen, im meistgefahrenen
Betriebszustand den Abstand a der Treibscheibenachse vom Pol P gleich dem (0,7 =1,2)-fachen
des Wendekreisdurchmessers zu machen.