DE2846279C2 - Riemenscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer aus der DE-OS 20 30 334 bekannten Riemenscheibe sind die Tragkörper symmetrische Sektoren, deren gerade Seitenflanken radial zur Drehachse verlaufen. Die Tragkörper gleiten auf radialen Speichen, was in der Praxis jedoch einen unerwünschten zusätzlichen Aufwand bedeutet. Der über die Außenumfänge der Tragkörper geführte Riemen muß zwischen diesen Speichen laufen, wobei Berührungen und damit eine Beschädigung des Riemens und ein unrunder Lauf nicht ausgeschlossen werden können. Zum anderen wird die Riemenscheibe unzweckmäßig breit und schwer, was zu einem unerwünscht großen Trägheitsmoment führt. Die Speichen schließen einen wünschenswert kleinen Innendurchmesser bei nach innen verschobenen fragkörpern aus, da die Tragkörper an ihrer der Drehachse zugewandten Stirnseite eine genügende Breite benötigen, um zur Führung auf den Speichen genügend Fleisch zu besitzen. Um zu einem großen Verstellbereich zu kommen, wäre es nötig, die Tragkörper in radialer Richtung sehr kurz

ίο auszubilden. Dann können jedoch die beim Verstellen auftretenden Kippkräfte, die von der spiraligen Führungsnut erzeugt werden, nicht zuverlässig aufgenommen werden, d. h., die Tragkörper können sich auf den radialen Speichen und zwischen den Scheiben verklemmen, was einer feinfühligen Verstellung hinderlich ist.

Aus der FR-PS 22 36 j93 ist eine Riemenscheibe mit nur gekrümmten Führungsnuten in beiden Scheiben bekannt Die Tragkörper sind auch hier symmetrisch, so daß sie eine bestimmte radiale Länge nicht unterschreiten dürfen, um die Kippkräfte beim Verstellen ohne Verklemmen zwischen den Scheiben abstützen zu können.
Aus der DE-PS 12 86 680 ist weiterhin eine Riemenscheibe dieser Art bekannt, bei der die Tragkörper ebenfalls symmetrische Kreisring-Sektoren sind. Auch für diese Tragkörper ist eine bestimmte radiale Länge erforderlich, damit die beim Verstellen auftrete.iden Kippkräfte ohne Verklemmen der Tragkörper aufgenommen werden. Diese erforderliche radiale Länge begrenzt jedoch bei gegebenem Durchmesser der Drehachse der Riemenscheibe den kleinstmöglichen Verstelldurchmesser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Riemenscheibe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei gegebenem Durchmesser der Drehachse ein kleinerer innerster Stelldurchmesser und damit ein möglichst großes Verhältnis zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten bei kleinstem und größtem Stelldurchmesser — unter Voraussetzung einer gleichbleibenden Antriebsdrehzahl der Scheibe — erzielbar ist, wobei beim Verstellen der Tragkörper ein Kippen und Verklemmen zwischen den gelockerten Scheiben zuverlässig unterbunden sein soll.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die asymmetrische Gestalt jedes T.-agkörpers hat den Vorteil, daß die größte Abstützlänge in Richtung der schrägen und längeren Diagonale vorliegt, wobei die Richtung der Diagonale annähernd der Richtung gleich ist, in der der Tragkörper durch die beim Verstellen einwirkenden Kräfte zu kippen trachtet. Die Kippkräfte werden mit großen Hebelarmen aufgefangen. Beim Verstellen läßt sich eine gleichmäßige, ruckfreie Bewegung der Tragkörper — auch bei nur geringfügigen Verstellbewegungen — erzielen. Da ja grundsätzlich angestrebt wird, den Verstellbereich insofern zu vergrößern, als der innere Stelldurchmesser der Tragkörper möglichst klein gehalten werden soll, mußte die radiale Länge jedes Tragkörpers verkürzt werden. Bei den bekannten Lösungen war dies nicht möglich, da dann die Abstützung gegen das Kippen jedes Tragkörpers nicht mehr ausreichte. Durch die asymmetrische Gestalt und die Orientierung der längeren Diagonale in etwa in der Ebene der Kippkräfte konnte trotz einer Verkürzung der radialen Länge die gleiche Stützlänge beibehalten werden, wie sie bei den

bekannten Lösungen bei radial wesentlich längeren Tragkörpern gegeben war. Unter Beibehalten der Kippsicherheit ergibt sich somit ein kleinerer innerer Stelldurchmesser, aus dem wiederum bei gegebenem innendurchmesser und gegebenen Durchmesser der Drehachse der Scheibe ein insgesamt vergrößerter Verstellbereich resultiert Gegenüber den bekannten Riemenscheiben läßt sich auf diese Weise ein um annähernd 30% größerer Stellbereich erzielen. Eine herkömmliche Riemenscheibe benötigt bei einem zwangsweise gegebenen, inneren Stelldurchmesser von 90 mm für einen Geschwindigkeitsregelbereich von 1 :3 einen Außendurchmesser von annähernd 270 mm, während mit der neuen Ausbildung unter den gleichen Voraussetzungen ein innerer Arbeitsdurchmesser von 60 mm und ein Außendurchmesser der Scheibe von nur 180 mm realisierbar ist. Ein weiterer überraschender Vorteil der neuen Lösung liegt darin, daß bei einer Verstellung der Tragkörper vom kleinsten Stelldurchmesser auf einen größeren sich die Tragkörper bereits nach einer geringfügigen Relativverdrehung der Scheiben vollkommen voneinandtr lösen und nicht mehr aneinander reiben. Die Tragkörper sind einfach herstellbar und bilden insgesamt eine geringere Masse, als die Tragkörper beim Stand der Technik. Dadurch wird das Trägheitsmoment der Riemenscheibe verringert. Die Tragkörper brauchen natürlich nicht exakt die Form eines asymmetrischen Kreisringsektors zu haben, sondern sie könnten auch die Form eines Trapezes mit ungleich langen Seiten oder eine taillierte oder eingeschnürte Form haben. Auch Formkörper in I-Form mit konvex gekrümmten oberen Querbalken und konkav gekrümmten unteren Querbalken, die durch einen radialen Steg verbunden sind, können verwendet werden. Wesentlich ist stets nur, daß eine kürzere und eine längere Diagonale vorliegt und daß die Endpunkte dieser Diagonale dann in einem möglichst großen Abstand voneinander liegen.

Obwohl sich die optimale Gestalt der Tragkörper und der Kreuzungswinkel der längeren Diagonalen mit einer Radialebene am zweckmäßigsten durch empirische Versuche feststellen lassen, hängt der Kreuzungswinkel der langen Diagonale und die räumliche Lage der Kippkräfte sehr stark vom Steigungswinkel der spiralförmigen Führungsnut bzw. den jeweils tatsächlich auftretenden Reibungsverhältnissen ab. Ein jeweils günstiger Kreuzungswinkel läßt sich jedoch gemäß Anspruch 2 einfach festlegen. Weitere, vorteilhafte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen 3 und 4 hervor.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es 2:eigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Riemenscheibe, die zur Hälfte geschnitten ist,

Fig.2 eine Ansicht in Richtung der Drehachse der Riemenscheibe, in einer Schnittebene H-II,

F i g. 3 eine weitere Schnittansicht in Richtung der Drehachse, und zwar in der Ebene III-III,

Fig.4 eine schematische Darstellung von beim Verstellen auf einen Tragkörper einwirkenden Kräften, und

Fig.5 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Tragkörpers mit dem wirksamen Kipp-Kräfte-Paar.

Gemäß den F i g. 1 bis 3 besteht eine Riemenscheibe 1 aus zwei im Abstand zueinander angeordneten Scheiben 2 und 3, die auf einer gemeinsamen Achse 4 gelagert sind, die, ggf. von der jeweiligen Maschine, angetrieben wird. Die Scheibe 3 ist drehfest mit einem Wellenrohr 5 verbunden, das mittels einer Feder bzw. einem Keil δ drehfest mit der Achse 4 gekuppelt ist. Das Wellenrohr 5 erstreckt sich mit einem Außengewindevorsprung 7 durch die Scheibe 2 hindurch. Auf dem Außengewinde 7 ist eine Spannmutter 8 durch einen Sicherungsring 22 begrenzt verschraubbar. Der Sicherungsring 22 sichert die Spannmutter in ihrer gelösten Stellung gegen Herabfallen.

Die Scheibe 3 besitzt an ihrer Innenseite radial verlaufende Führungsnuten 9 (s. Fi g. 3), während die Scheibe 2 an ihrer Innenseite spiralförmig verlaufende Führungsnuten 10 (s. Fig.2) besitzt, die nahe ihrem Außenumfang beginnen und sich bis gegen die Mitte, d. h. das Wellenrohr 5, hin erstrecken. Zwischen den Scheiben 2 und 3 sind Tragkö-per 13 in Form von asymmetrischen Kreisringsektoren (s. F i g. 2 und 3) in Kreisringform angeordnet, die in ihren Stirnseiten Zapfen 11 und 12 aufweisen. An der einen Stirnseite sind mit Abstand zueinander zwei Zapfen 11 angeordnet, die in die radialen Nuten 9 der Scheibe 3 eingreifen, während an der anderen Stirnseite ein einzelner Zapfen

12 angeordnet ist der in eine der spiralenförmigen Führungsnuten 10 eingreift. Der von der Gesamtheit der Sektoren 13 definierte Arbeitsdurchmesser ist mit 14 bezeichnet. Er kann dadurch verändert werden, daß nach Lockern der Mutter 8 die Scheibe 2 relativ zur Scheibe 3 verdreht wird, und durch den dem Verlauf der spiralförmigen Führungsnut 10 folgenden Zapfen 12 die Sektoren gleichmäßig zu einer radialen Bewegung entlang den Führungsnuten 9 gezwungen werden. Wenn ein neuer Arbeitsdurchmesser 14 eingestellt ist, wird die Mutter 8 wieder angezogen, so daß die Sektoren 13 zwischen den beiden Scheiben festgeklemmt und lagegesichert sind.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Innenseite der Scheibe 2, wobei die Form der Sektoren 13 und die Lage der Zapfen 12 deutlicher erkennbar sind. Jeder Sekinr

13 besitzt einen Rückenbereich 16, der kreisbogsnförmig gekrümmt ist, wobei in der innersten Stellung der Sektoren der Mittelpunkt dieses Kreisbogens, in der mit

15 bezeichneten Längsachse der Achse 4 und damit der Drehachse der Scheibe 1 liegt. Auf diese Weise definiert die Gesamtheit der Sektoren 13 mit ihren Rückenbereichen 16 einen Kreisringumfang. In der in Fig.2 gezeigten Stellung liegen zwischen den einzelnen Segmenten jedoch Zwischenräume in Umfangsrichtung vor. Die Bogenkrümmung der Rückenbereiche entspricht dem kleinsten Arbeitsdurchmesser, d. h. einer Stellung, in der alle Sektoren mit ihren radial inneren, ebenfalls gekrümmten Vorderseiten 17 am Außenumfang des Wellenrohres 5 anstehen. Die Rückenbereiche

16 und die Vorderseiten 17 liegen somit auf konzentrischen Kreisen, deren Mittelpunkt die Scheibendrehachse 15 ist.

Aus F i g. 3 ist die asymmetrische Gestalt der Sektoren 13 erkennbar. Jeder Sektor 13 hat in dieser Darstellung die Gestalt eines asymmetrischen Kreisringsektors mit einer langen Diagonale D 1 und einer kürzeren Diagonale D 2. Wie anhand des nicht schraffiert gezeichneten Sektors 13 in Fig. 3 erkennbar ist, hat der Sektor eine radiale Erstreckung, die in etwa der Breite des Rückenbereiches 16 entspricht. Seine kür^sre Diagonale D2 verläuft in etwa in Richtung einer durch die zugehörige radiale Führungsnut 9 definierten Radialebene R, d. h. sie könnte auch unter einem schwachen Winkel, z.B. 30°, zur einen oder anderen Seite der Radialebene geneigt sein. Die lange

Diagonale D1 steht hingegen unter einem Winkel α geneigt und kreuzt die Radialebene R, so daß sie in Verlängerung — in der Zeichnung — rechts neben der Scheibendrehachse vorbeiführt. Der Kreuzungswinkel öl der langen Diagonale D1 ist hier größer als der Kreuzungswinkel «ι, den eine Senkrechte Nt an die im Schnittpunkt der Radialebene R mit der spiralförmigen Führungsnut 10 (hier gleichbedeutend mit dem Ort des Zapfens 12) gelegte Tangente mit der Radialebene R einschließt. Der Kreuzungswinkel α könnte u. U. sogar bis zu 60° oder mehr betragen.

Aus F i g. 4 sind die beim Verstellen auf jeden Sektor einwirkenden Kräfte, und zwar in Draufsicht auf die den Zapfen 12 tragende Stirnseite, erkennbar. In der linken Darstellung wird versucht, die nicht dargestellte, obere Scheibe 2 mit ihren spiralförmigen Nuten im Uhrzeigersinn zu (Pfeil 18) verdrehen. Die Scheibe 3 mit den radialen Nuten 9 hält dabei den Sektor gegen ein Mitdrehen fest. Dadurch greift am Zapfen eine senkrecht zur Tangente an die spiralförmige Führungsnut 10 gerichtete Kraft Fs ι an, die das Segment einwärts zu schieben trachtet. Gleichzeitig wirkt am Zapfen 12 — da der Sektor von der radialen Führungsnut 9 der Scheibe 3 stillgehalten wird — eine sich aus der Drehkraft der Scheibe 2 und der Reibung des Zapfens 12 in der Führungsnut 10 bildende, verhältnismäßig kleine Kraft Fs2 in tangentialer Richtung — bezogen auf die Führungsnut 10. Aus diesen Kräften resultiert eine Kraft FsRes\ 2. die schräg geneigt verläuft. An den beiden, an der unteren Stirnseite des Sektors befindlichen Zapfen 11. die in die radiale Führungsnut 9 eingreifen, ergibt sich jeweils eine senkrecht zum Radius liegende Rückhaltekraft Fr 1 und eine radialgerichtete, reibungsbedingte Rückha!iekra^fi Fr 2. die zu einer resultierenden Kraft F/?/?e.«· t führen. Da das System zunächst noch bewegungslos verharrt, sind FsRes\ 2 und 2 gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet.

2 wurde der Einfachheit halber in die Mitte der Verbindungslinie zwischen den Zapfen 11 transpotiert. Es entsteht durch die Dicke des Tragkörpers ein Kräftepaar mit jeweils einer an einer Stirnseite angreifenden Kraft, das in seiner Wirkungsrichlung versucht, den Sektor zu kippen. Da jedoch die längere Diagonale D1 des Sektors in etwa in Richtung dieses Kräftepaares verläuft und damit die größte Stützlänge in dieser Richtung vorliegt, wird das vom Kräftepaar erzeugte Kippmoment mit großen Hebelarmen aufgenommen. Es hat sich zwar in der Praxis gezeigt daß die Lage und der Wert des für das Kippen verantwortlichen Kräftepaares durch die tatsächlichen Reibungsverhältnisse der Zapfen in den Nuten und der Scheiben auf den Stirnfläche·! des Tragkörper«; die gegenüber den theoretisch zugrunde gelegten Reibungsverhältnissen schwanken können, noch geringfügig beeinflußt wird. Im wesentlichen wirkt die stärkste Kippbelastung jedoch in der Richtung, in der auch die längere Diagonale D 1 verläuft.

Umgekehrte Verhältnisse ergeben sich, wenn die obere Scheibe 2 entgegen dem Uhrzeigersinn (Pfeil 19) verdreht wird, um einen größeren Arbeitsdurchmesser einzustellen (rechtes Bild in Fig.4). Das für das Kippen verantwortliche Kräftepaar FsRes3.4 und FrRcsi, 4 ist in seiner Wirkungsrichtung gegenüber dem linken Bild umgekehrt. Es liegt jedoch wiederum annähernd in der

ίο Ebene, in der auch die lange Diagonale D 1 verläuft. Es wird also auch hier dem Kippen mit der größtmöglichen Stützlänge entgegengetreten. FsRes\. 2 ist nicht gleich groß wie FsResi, λ, was jedoch in diesem Zusammenhang keine Rolle spielt.

Aus Fig. 5 ist ein Sektor 13 perspektivisch und vergrößert dargestellt. Es ist auch die räumliche Lage der spiralförmigen Führungsnut 10 und der dem Sektor 13 zugeordneten radialen Führungsnut 9 sowie das wirksame Kräftepaar FsRes3,4 erkennbar. Die beiden zum Eingriff in die radiale Führungsnut 9 bestimmten Zapfen 11 an der unteren Stirnseite des Sektors 13 liegen — da die kürzere Diagonale D 2 annähernd in radialer Richtung verläuft — in Richtung dieser Diagonale D 2 ausgerichtet. Der an der oberen Stirnseite vorgesehene Zapfen 12, der zum Eingriff mit der spiralförmigen Führungsnut 10 bestimmt ist, liegt beim dargestellten Sektor 13 in etwa oberhalb der Mitte der Verbindungslinie der Zapfen 11. Diese Lage ist jedoch rein zufällig, da sich die radiale Stellung des Zapfens 12 nach dem Verlauf der zugehörigen, spiralförmigen Führungsnut 10 richtet. Die Pfeile mit den Indizes (2) (3) deuten die relativen Drehrichtungen der Scheiben 2,3 an.

Der Rückenbereich 16 des Sektors 13 kann mit einem elastischen und reibungsaktiven Belag 20 versehen sein, damit dort eine gute Reibungsverbindung zu dem um die Riemenscheibe gelegten Riemen oder Führungsband herstellbar ist. Selbstverständlich kann der Belag 20 auch um den gesamten Umfang des Sektors 13 — ausgenommen die beiden Stirnseiten — herumgeführt sein.

Trotz der radial geringen Erstreckung der Sektoren 13, die zu einem günstig kleinen kleinsten Arbeitsdurchmesser führt, wird dem Kippen durch die Lage der langen Diagonalen so entgegengewirkt, daß eine sehr feinfühlige und gleichmäßige Verstellung erzielbar ist Selbstverständlich wäre es auch möglich, anstelle von zwei Zapfen 11 mehrere in die radiale Nut 9 eingreifende Zapfen zu verwenden. Theoretisch würde

es jedoch auch genügen, nur einen Zapfen 11 zu verwenden, der dann gegebenenfalls in seiner Form so beschaffen sein sollte, daß er ein Verdrehen des Sektors gegenüber der radialen Führungsnut zuverlässig vermeidet

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Riemenscheibe mit veränderbarem Arbeitsdurchmesser, insbesondere Antriebsscheibe für den Riemen einer Fadenzufuhreinrichtung bei Textilmaschinen, vorzugsweise Strickmaschinen, bestehend aus zwei koaxialen, relativ zueinander verdrehbaren Scheiben, von denen die eine radiale Führungsnuten und die andere zumindest eine spiralförmige Führungsnut aufweist, und aus Tragkörpern mit sektorartiger Form, die mit ihren Stirnseiten zwischen den Scheiben in unterschiedlichen, jeweils mit ihren außenliegenden Rückenbereichen gemeinsam einen kreisähnlichen Polygonzug definierenden Radialstellungen festklemmbar sind, und mit Vorsprüngen derart in die Führungsnuten beider Scheiben eingreifen, daß sie bei relativer Verdrehung der Scheiben unter Änderung des jeweiligen Kreisdurchmessers radial verschiebbar sind, d a durch gekennzeichnet, daß jeder Tragkörper (13) — in Richtung der Scheibeindrehachse (15) gesehen — die Form eines asymmetrischen Sektors, vorzugsweise eines Kreisringsektors, mit einer längeren (Dl) und einer kürzeren Diagonale (D 2) besitzt und daß die längere Diagonale (D 1) in einer Verlängerung mit einem Abstand an der gleichen Seite neben der Scheibendrehachse vorbeigeht, wie eine Senkrechte an einer Tangente (T) an die spiralförmige Führungsnut (10) im Bereich des Tragkörpers (13).

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzere Diagonale (D 2) in etwa radial zur Scheibendrehachse steht und die längere Diagonale (D 1) eine durch die dem Tragkörper (13) zugehörige radiale Führungsnut (9) definierte Radialebene (R) unter einem Winkel (α) kreuzt, der in etwa gleich oder größer ist, als der Winkel (αϊ), mit dem im Eingriffspunkt des Vorsprungs (12) in der spiralförmigen Führungsnut (10) eine Senkrechte (TvY) zur Tangente (T) an die Führungsnut die Radialebene (7?,)kreuzt.

3. Riemenscheibe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung gesehene Erstreckung jedes Sektors (13) in etwa gleich der Breite des Rückenbereiches (16) ist.

4. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeweils eine Führungsnut (10) die Zapfen (12) von zwei benachbarten Sektoren (13) eingreifen, an deren Stirnseite die Zapfen (12) in unterschiedlicher Radialstellung angeordnet sind.