DE292523C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVi 292523 KLASSE 47h. GRUPPE

HEINRICH ZOELLY in ZÜRICH, Schweiz.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. Oktober 1914 ab.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kraftübertragung mittels zwischen ineinandergreifenden Zähnen erzeugter Kraftlinien. Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß die Zähne einem Stirnradgetriebe angehören. Besondere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes bestehen darin, daß durch Verwendung besonderer Hilfsmittel der Luftspalt zwischen den Zahnflanken, die keinen nutzbaren magnetischen

ίο Zug aufeinander ausüben, hinreichend groß gemacht ist. Es sind zwar bereits Getriebe bekannt geworden, bei welchen die Nocken oder Zähne des auf der treibenden Welle sitzenden Rades mittels magnetischer Kraftlinien auf die Nocken oder Zähne des auf der getriebenen Welle sitzenden Rades einwirken. Bei einzelnen dieser Getriebe greifen aber die Nocken nicht ineinander hinein, d. h. es greift nicht ein Nocken des einen Rades in die von zwei Nocken des getriebenen Rades gebildete Lücke hinein. Vielmehr sind dort die zusammen arbeitenden Räder so angeordnet und die auf ihnen befindlichen Nocken so kurz gehalten, daß die Nocken beieinander vorbeigleiten können. Es erfolgt also keine zwangläufige Bewegungsübertragung. Das bringt eine gewisse Unsicherheit in den Betrieb hinein, die insbesondere bei großer Umfangskraft oder bei stark schwankendem Betrieb gefährlich werden kann. Dieser Übelstand tritt nicht auf bei denjenigen der bisher bekannt gewordenen Stirnradgetriebe, deren Zähne ineinander hineingreifen (ohne jedoch magnetisch aufeinander einzuwirken). Dort schieben die Zähne des treibenden Rades diejenigen des. getriebenen Rades auf rein mechanische Art vor sich her, und es könnte eine Verschiedenheit in der Umfangsgeschwindigkeit erst in dem äußersten Fall auftreten, daß die Zähne des einen Rades brechen. Diesen allgemein gebräuchlichen Zahnradgetrieben haftet aber bekanntlich der große Ubelstand an, daß die zusammen arbeitenden Zahnflanken aufeinander gleiten, sich gegenseitig rasch abnutzen und selbst bei noch so genauer Werkstattausführung unruhigen und mit Lärm behafteten Gang ergeben, insbesondere dann, wenn es sich darum handelt, große Kräfte bei großen Geschwindigkeiten zu übertragen. Ein großes Gleiten und die mit ihm verbundenen Verluste durch Reibung tritt insbesondere in Schneckengetrieben auf. Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, die Gleitverluste in solchen Schneckengetrieben dadurch zu vermindern, daß man die miteinander arbeitenden Zähne nicht nur mittels reinen Schubes auf mechanische Weise, sondern zugleich auch oder ausschließlich mittels magnetischen Zuges aufeinander einwirken läßt. Um den Betrag des magnetischen Zuges sollte sich der mechanische Schub und damit die Reibung verkleinern. Dabei wurde aber übersehen, daß die Schraubenzähne der Schnecke die magnetischen Kraftlinien nahezu in senkrechter Richtung schneiden, wodurch für die Kraftübertragung nutzlose elektrische Ströme erzeugt werden. Der hierdurch bedingte Verlust an Energie kann ebenso groß, wenn nicht größer ausfallen als der Reibungsverlust der gewöhnlichen, rein mechanisch

arbeitenden Schneckengetriebe, so daß gegenüber diesen kein Gewinn erzielt wird.

Die Einrichtung zur Kraftübertragung, welche Gegenstand vorliegender Erfindung ist, vereinigt die Vorteile der im vorstehenden gekennzeichneten, bisher bekannt gewordenen Kraftübertragungseinrichtungen, ohne mit deren Mängeln behaftet zu sein. Sie kann am besten an Hand der in der Zeichnung dargestellten

ίο Ausführungsbeispiele erklärt werden.

Fig. ι zeigt schematisch ein ganzes Getriebe samt Magnetisierungsvorrichtung.

In Fig. 2 sind eine Anzahl aus einem nach vorliegender Erfindung arbeitenden Stirnradgetriebe herausgeschnitten gedachter Zähne im Querschnitt dargestellt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen besondere Ausführungsformen, welche den Zweck haben, zwischen denjenigen Zahnflanken, die keinen nutzbaren magnetischen Zug aufeinander ausüben, einen hinreichend großen Luftspalt zu sichern.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Getriebe soll das treibende Rad I mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser lediglich mittels magnetischer Kraftlinien Arbeit auf das Rad II übertragen, welches den größeren mittleren Durchmesser besitzt. Es soll also eine Übersetzung vom Raschen ins Langsame erfolgen. Dies geschieht mittels der in Fig. 1 schematisch dargestellten Einrichtung in folgender Weise:

Es sei Arbeit von der Welle I auf die Welle 2

zu übertragen durch das Stirnrädergetriebe I-II. In einer Batterie 3 wird elektrischer Strom erzeugt, welcher durch das Kabel 4 zur Spule 5 und durch das Kabel 6 zur Batterie 3 zurückgeführt wird. Derselbe erregt in dem Eisenkern 7 magnetische Kraftlinien, welche ihren Weg gemäß den dick eingezeichneten Pfeilen beispielsweise durch die die Welle I mit geringem Spiel umschließende Nabe 8, sodann in die Welle I selbst, von dieser in das . treibende Rad I, durch die ineinandergreifenden Zähne hindurch in das getriebene Rad II, durch die Welle 2, die sie mit geringem Spiel umschließende Nabe9 in den Eisenkern 7 zurück nehmen. Weil (wie in Fig. 2 gesehen) einerseits beispielsweise der Zahn 15 des treibenden Rades I und der Zahn 16 des getriebenen Rades II sich in der Nähe . der Teilkreisberührungspunkte berühren und weil ihre Flanken über und unter dieser Berührungsstelle einen verhältnismäßig geringen Luftspalt frei lassen, und weil anderseits der Zahn 18 des: Rades II verhältnismäßig weit vom Zahn 15 absteht, so fließt, wie dies in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet ist, der größte Teil der von oben in den Zahn 15 gelangenden Kraftlinien in den Zahn 16 und nur ein geringer Teil in den Zahn 18 des getriebenen Rades II. Dieser letztere Teil kann durch hinreichend großen Luftspalt zwischen der rechts liegenden Flanke des Zahnes Ϊ5 und der linken Flanke des Zahnes 18 beliebig klein gehalten werden. Weil ferner der Zahn 13 näher am Zahn 14 als am Zahn 16, und weil der Zahn 17 näher am Zahn 18 als am Zahn 20 liegt, so gehen von den in die Zähne 13 bzw. 17 gelangenden magnetischen Kraftlinien die meisten nach den Zähnen 14 bzw. 18 und nur ein ganz geringer Teil nach den Zähnen 16 bzw. 20. Die von den Zähnen 13 bzw. 15 bzw. 17 in die Zähne 14 bzw. 16 bzw. 18 überströmenden Kraftlinien bewirken eine große Anziehungskraft zwischen den linken Zahnflanken des Rades I und den rechten Zahnflanken des Rades II. Sobald das Rad I in Richtung des Pfeiles, das ist dem Sinne des Uhrzeigers entgegen, gedreht wird, ziehen seine Zähne 13, 15, 17 die Zähne 14, 16, 18 hinter sich her und erteilen somit dem Rad II eine Bewegung im Sinne des Uhrzeigers. Natürlich können die Kraftlinien auch von dem Rad II nach dem Rad I fließen.

Der Unterschied gegenüber den bisher bekannt gewordenen Stirnradgetrieben mit ineinandergreifenden Zähnen liegt darin, daß diese Arbeitsübertragung mittels Zug und nicht mittels Schub erfolgt. Es ist denkbar, daß die Wirkung der magnetischen Kraftlinien gegenüber der Umfangskraft gerade so abgestimmt ist, daß die linken Flanken der Zähne 13, 15 und 17 die rechten Flanken der Zähne 14, 16 und 18 gerade leicht berühren, ohne einen Druck auf sie auszuüben, oder daß sie stets ein wenn auch ganz geringes Spiel frei lassen, so daß also die Kraftübertragung völlig reibungsfrei erfolgt. Die Flanken bieten den magnetischen Kraftlinien eine große Ubergangsfläche, so daß die lokale Kraftliniendichte für die gleiche Gesamtwirkung bei weitem nicht so groß ist als bei den bisher bekannt gewordenen Kraftübertragungen mittels magnetischer Nockenscheiben, wo die Kanten der Nocken magnetisch sehr hoch beansprucht werden.

. Um zu erwirken, daß zwischen denjenigen Zahnflanken, welche keinen nutzbaren Zug aufeinander ausüben sollen, keine oder möglichst. wenig Kraftlinien überfließen, können diese Flanken besonders gestaltet sein, wie dies an Hand der Fig. 3 und 4 gezeigt ist.

Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch ein wagerecht gelagertes Stirnradgetriebe, in welchem normalerweise das Rad III mittels magnetischen Zuges Arbeit an das Rad IV übertragen soll. Fig. 4 ist ein bei A-B in Fig. 3 gedachter wagerechter Schnitt, im Grundriß gesehen. Danach besitzt der Zahn 25 des treibenden Rades III auf die Länge α-δ (Fig. 4) eine Aussparung, welche kürzer ist als die Zahnbreite c-d und sich auf die ganze Höhe des Zahnes 25, das ist, in Fig. 3 gesehen, von e bis f, erstreckt. Die vorstehenden Ränder c-a und b-d (Fig. 4) könnten aushilfsweise die Umfangskraft mittels Schub auf den Zahn 26

übertragen in dem Fall, daß der magnetische Kraftlinienstrom versagt und der Zug zwischen dem Zahn 25 und dem Zahn 27 aufhört. Die Aussparung a-b bewirkt, daß im normalen Betrieb nur eine geringe Zahl von Kraftlinien aus der vorderen Zahnflanke des Zahnes 25 (Fig. 3) in die hintere Flanke des Zahnes 26 strömt, welche Kraftlinien die Wirkung der vom Zahn 25 an den Zahn 27 überströmenden Kraftlinien beeinträchtigen würden.

In der in Fig. 5, 6 und 7 schematisch dargestellten Vorrichtung wird ein hinreichendes Spiel zwischen denjenigen Zahnflanken, die keinen nutzbaren magnetischen Zug aufeinander ausüben sollen, dadurch gesichert, daß zu dem Hauptzahngetriebe, welches aus dem treibenden, dem kleinen Rad V, und dem getriebenen großen Rad VI besteht, ein Hilfsstirnräderpaar VII-VIII parallel geschaltet ist. Die

Fig. 6 und 7 zeigen in etwas größerem Maßstab je einen Teil der Verzahnungen an den Räderpaaren V-VI und VII-VIII, je von rechts gesehen. Die Quelle und der Weg der magnetischen Kraftlinien ist aus der Zeichnung weggelassen. Die Zähne des Hilfsradpaares VII-VIII greifen gemäß Fig. 6 ohne Spiel ineinander ein (Zahn 35 hat kein Spiel gegenüber den Zähnen 36 und 37) und sichern somit eine eindeutige, gegenseitige Winkelstellung der treibenden Welle 31 und der getriebenen Welle 32. Die Zähne des Hauptgetriebes V-VI dagegen haben laut Fig. 7 Spiel, und zwar befindet sich dasselbe zwischen der hinteren Flanke _der Zähne des getriebenen Rades VI und der vorderen Flanke der Zähne des treibenden Rades V. So hat z. B. der Zahn 38 des treibenden Rades V ein hinreichend großes Spiel gegenüber dem ihm vorangehenden Zahn 39 des Rades VI, so daß nur eine verschwindend Ideine Zahl von Kraft linien zwischen diesen beiden Zähnen überfließt, wohingegen der Zahn 38 dem Zahn 40 des getriebenen Rades VI beliebig genähert ist, oder sogar an diesem anliegt. Diese gegenseitige Zahnstellung des treibenden Rades V und des getriebenen Rades VI wird dauernd gesichert durch das Sperrgetriebe VII-VlII, Letzteres kann sicherheitshalber so ausgebildet sein, daß es sich an der Kraftübertragung beteiligen könnte, wenigstens in dem Fall, daß die magnetischen Kraftlinien ausbleiben sollten. In der Regel soll es aber an der Kraftübertragung keinen wesentlichen Anteil nehmen.

Gegenüber dem bekannten Schneckengetriebe, welches ebenfalls mittels magnetischer Kraftlinien wirkt, unterscheidet sich das beschriebene Stirnradgetriebe dadurch, daß sowohl die Bewegungsrichtung der treibenden Zähne als auch die Richtung der magnetischen Kraftlinien in die gemeinsame Profilebene fallen, welche in der. Zeichnung zugleich die Zeichnungsebene ist. Bei jenein Schneckengetriebe dagegen ist die Bewegungsrichtung der treibenden Zähne nahezu senkrecht zur Profilbzw. Zeichnungsebene gerichtet, während die Richtung der magnetischen Kraftlinien von dieser Ebene nur wenig abweicht. Dort verläuft die Bewegung der treibenden Schneckenzähne beim Eingriff nahezu senkrecht zum Kraftlinienstrom, und dies erzeugt eben die schädlichen Induktionsströme (Wirbelströme).

Die Zähne der Stirnräder können entweder senkrecht oder etwas schief zur sog. Radebene gerichtet sein (Pfeilzähne). Die Erfindung kann auch auf Zahnstangen- oder Kettengetriebe und Winkelräder angewendet werden, welche Abarten der Stirnradgetriebe sind.

Die Einrichtung bietet auch da schon Vorteile, wo nur ein Teil der Umfangskraft mittels magnetischen Zuges und der andere Teil in bisher bekannter Weise mittels mechanischen Schubes übertragen wird.

Claims (3)

Patent-An Sprüche:

1. Getriebe zur Kraftübertragung mittels zwischen ineinandergreifenden Zähnen erzeugter magnetischer Kraftlinien, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne einem Stirnradgetriebe angehören, dessen Bewegungsrichtungseberie mit der Richtungsebene der magnetischen Kraftlinien zusammenfällt.

2. Getriebe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,, daß die Zahnflanken, die keinen nutzbaren magnetischen Zug aufeinander ausüben, geeignete Vorsprünge bzw. Aussparungen besitzen.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hauptzahngetriebe ein Hilfszahngetriebe parallel geschaltet ist, welches der Hauptsache nach einen vorgeschriebenen Spalt zwischen denjenigen Zahnflanken sichert, welche keinen nutzbaren magnetischen Zug aufeinander ausüben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.