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Kraftübertragung mittels Kreisels mit ununterbrochen wirkendem Kräftepaar.
Die den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Vorrichtungen sollen dazu dienen,
bestimmte Kraftäußerungen der Kreiselwirkung einerseits dazu zu benutzen, die übertragene
Kraft durch Beeinflussung des Reglers der Antriebsmaschine zu regulieren, anderseits
die übertragenen Kräfte durch ganzes oder teilweises Ausrücken einer oder mehrerer
Kupplungen zu begrenzen.
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Diese Vorrichtungen haben den Vorteil, daß sie eine ununterbrochen
wirkende, gleichmäßige Kraft auf die Arbeitswelle übertragen, so daß
diese
und andere mit ihr verbundene Organe schwächer bemessen werden können, als wenn
die Kräfte ungleichmäßig und stoßweise übertragen würden. Ein weiterer Vorteil ist,
daß auch während des Gleitens der Kupplung eine bestimmte nur von der Geschwindigkeit
der Antriebsmaschine abhängige Kraft übertragen werden kann. Ferner ist es von Vorteil,
daß die höchste zulässige Kraft mit Sicherheit übertragen, jede Überlastung jedoch
durch Auslösen der Kupplung vermieden wird.
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Die Feinfühligkeit und Sicherheit dieser neuen Kraftübertragung ist
derart, das sie ermöglicht, eine Antriebswelle mit einer Arbeitswelle durch mehrere
mechanische übertragungsmittel von verschiedener Geschwindigkeit zu verbinden, wenn
jede derselben mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist. Es wird dadurch
z. B. möglich, bei Antriebsmaschinen für starke Zugkräfte auf Schienen durch Zahnradübersetzung
einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ohne bei Geschwindigkeitswechsel die Kraftübertragung
völlig unterbrechen zu müssen oder beträchtlich zu stören; denn es genügt, dieselben
Geschwindigkeitsänderungen nacheinander bei den einzelnen Zwischengliedern vorzunehmen,
um die gewünschte Änderung für das ganze zu erzielen.
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Vor der Erläuterung der zur Ausführung der Erfindung dienenden Vorrichtung
ist es notwendig, darzulegen, wie gewisse Wirkungen des Kreiselkräftepaares sich
während einer Umdrehung der Antriebswelle gegenüber der Arbeitswelle verhalten.
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In der Zeichnung zeigt Abb. i verschiedene Stellungen der Organe des
Kreiselsystems bei einer Drehung der Antriebswelle in Beziehung zur Arbeitswelle
sowie die Kurven der Kräftewirkungen. Die Abb. 2 bis 16 zeigen verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung.
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Eine bestimmte Komponente des Kräftepaares wirkt auf das gegabelte
Ende der Arbeitswelle und bildet das Kräftepaar für die Kraftübertragung, welches
durch die Kurve C dargestellt wird (Abb. i). Eine zweite Komponente, die in der
durch die Gabel der Arbeitswelle bestimmten Ebene liegt, wird einerseits die Antriebswelle
belasten und anderseits auf die ArbeitswelleDruckkräfte ausüben, deren achsiale
Komponenten durch die Kurve Cl dargestellt werden (Abb. i). Man sieht, daß diese
beiden Kurven einen verschiedenen Verlauf, aber die gleiche Periode :z T- haben,
und daß ihre Phase mit bestimmt werden kann.
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Wenn
man die achsiale, durch die Kurve Cl dargestellte Kraft zum Ein- und Ausrücken einer
Reibungskupplung benutzt, so muß die Betätigung dieser Kupplung in nächster Nähe
des Punktes II erfolgen, wo ein Richtungsder achsialen Kraft auftritt, d. h. an
einem Punkt, an dem die übertragene Nutzkraft einen großen Wert hat.
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Die Abb. 2, 3, q. und 5 zeigen beispielsweise mehrere Vorrichtungen,
welche auf dieser ersten Ausnutzungsmöglichkeit der Erfindung beruhen, und die mit
Reibungskupplungen versehen sind, die unmittelbar durch die erwähnte Achsialkraft
betätigt werden.
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Bei der Vorrichtung der Abb.2 dreht sich ein Kreisel i, der mit der
Welle eines Elektromotors fest verbunden ist, in einem Rahmen 2, der das Zwischenglied
eines Kardangelenks bildet, dessen eine Gabel 3 fest mit der Arbeitswelle q. verbunden
ist, während die andere Gabel 5 von der Antriebswelle 6 mit Hilfe der Kurbel 8,
des Kugelzapfens g und des Zapfens 7 eine schwingende, auf einem Kegelmantel verlaufende
Bewegung erhält. Die Zwischenwelle q. ist in ihrem Lager io so viel in der Längsrichtung
verschiebbar, daB sie das Ein- und Ausrücken des Kupplungskonus ii ermöglicht, der
starr mit der Welle q. verbunden ist, während der Gegenkonus fest auf der eigentlichen
Arbeitswelle sitzt. Ein Kupplungshebel iq. ermöglicht, die Kupplung unabhängig von
den Achsialkräften zu betätigen.
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Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei die Drehung der Schwungmasse
von der Antriebswelle bewirkt und bei welcher die Ausrückung durch Längsverschiebung
eines mittels eines Gabelhebels erfolgt. Konus Dieser Konus bremst die Welle q.
und verschiebt sie gleichzeitig achsial, derart, daB eine Trennung der Konusse ii
und i2 und damit eine Ausrückung der Welle erfolgt. Diese Vorrichtung, die nur für
Ausrückungen von sehr kurzer Dauer in Frage kommen kann, erfordert nur eine sehr
geringe Kraft am Ausrüekhebel.
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Bei -der in Abb. q. dargestellten Anordnung wird die Mitnahme der
Welle durch eine bewirkt, deren Entkupp-Scheibenkupplung lung entweder in der oben
beschriebenen Weise durch einen Konus erfolgt, oder durch eine bewirkt wird, die
die genügend starke Feder Scheiben trennt, wenn die Drehzahl des Motors unter eine
bestimmte Grenze sinkt.
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Durch die Abb. 5 wird die Anwendung der Erfindung bei einer Spreizringkupplung
dargestellt. Hier ist die Welle q. fest mit einem Zylinder ig verbunden, der den
Achsialschub mit Hilfe des, Bodens 2o und der Scheibe 2i auf eine geschlitzte Hülse
22 überträgt, die durch Einwirkung der Rollen 23, 2q. und 25 ausgedehnt und gegen
die Innenwand des Zylinders gepreßt wird, wobei die Rollen auf der mit der Welle
fest verbundenen Trommel 26 sind. Die Abb. 6 zeigt einen Querschnitt durch diese
Vorrichtung in der Ebene der Rolle 2q..
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Ein anderes Mittel zur Ausführung des Erfindungsgedankens
besteht
darin, die Ebene des Kreiselgestells in einer bestimmten Neigung zu der Ebene der
Gabel der angetriebenen Arbeitswelle zu halten, indem man der Winkeländerung des
Gestells gegenüber der Gabel oder der Geschwindigkeitsänderung der Welle 6 gegenüber
der Welle 4 die Reaktion des die Kupplung betätigenden Organs entgegenwirken läßt.
Die erzeugte Kreiselwirkung überträgt sich hierdurch gleichzeitig auf die Antriebswelle
und das Kupplungsgestänge, welches auf die Reibflächen der Kupplung einen um so
stärkeren Druck ausübt, je geringer der Motor belastet ist.
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Die Abb. 7, 8, 9, 1o, 11 und 1a zeigen beispielsweise Vorrichtungen,
die nach dieser zweiten Ausführungsform des Erfindungsgedankens arbeiten.
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Bei der Vorrichtung nach Abb. 7 wirkt die Kupplungswelle 27, die sich
in Richtung der Achse der Welle 4 verschieben kann, unmittelbar auf die Hebel 28
einer Kupplung 29, die die Welle 4 mit der Welle 13 kuppelt und ihren Antrieb vom
Rahmen 2 unter Vermittlung der Gabel 3o und der Lenkerstangen 31 und 311 erhält.
Infolge der Einwirkung der Feder 32 erfolgt die Entkupplung bei einem bestimmten
Nachlassen des Motors selbsttätig. Es ist klar, daß stets eine Entkupplung erzielt
werden kann, indem auf die Welle 27 durch ein beliebiges Mittel ein der Kreiselwirkung
entgegengesetzt gerichteter, mindestens gleich großer Druck ausgeübt wird oder indem
man durch Drehen des Zahnkranzes 33 die Geschwindigkeit der Kreisels und il bis
auf die Geschwindigkeit der Antriebswelle 6 vermindert. Dies kann. dadurch geschehen,
daß man dem Zahnrad 34 eine entsprechnde Drehzahl erteilt.
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Abb.8 zeigt die Gabel 3o der Kupplungswelle 27 in Ansicht sowie die
Lenkerstangen 31 und 3z1, die die Enden dieser Gabel mit dem Gestell 2 verbinden.
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Bei der Vorrichtung nach Abb. 9 kann sich die Kupplungswelle 35 im
Innern der Welle 4 drehen und nimmt mittels des auf ihr befestigten. Winkelhebels
36 und eines am Gestell 2 angebrachten Daumens 41 die Kraftwirkung des Kreisels
auf, die sie mittels des Hebels 38 auf das eine Ende einer Spirale 37 überträgt,
deren anderes Ende sich auf einen mit der Welle fest verbundenen Hebel 39-stützt.
Unter dieser Wirkung dehnt sich die Spirale aus und preßt sich um so fester gegen
die innere Wandung des mit der Welle 13 fest verbundenen Zylinders 40, je geringer
die Belastung des Motors ist, und bewirkt so die gewünschte Verbindung der Wellen
4 und 13. Abb. 1o zeigt den Hebel 36 und den Daumen 41 inAnsicht. Abb.11 ist ein
Querschnitt,durch die in Abb. 9 dargestellte Kupplung.
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Bei der in Abb. 12 dargestellten Vorrichtung ist das Betätigungsorgan
der Kupplung außen angeordnet. Diese Anordnung gestattet, leicht Änderungen in der
Größe der übertragenen Kraft vorzunehmen, in dem Falle, daß die Drehgeschwindigkeit
des Motors und des Kreisel konstant ist. Die Kupplungswelle 42 und 42' wird durch
die Zahnräder 43 und 44 von der Motorwelle angetrieben. Erstere nimmt durch ein
Zahnräderpaar 45 und 46 mit dem gleichen Übersetzungsverhältnis wie die Räder 43,
44 das Ende einer Spirale 47 mit, deren anderes Ende mit der Welle 4 verbunden ist
und die von einer mit der Welle 13 fest verbundenen Trommel 48 getragen wird. Die
Kupplungswelle kann zweiteilig ausgeführt und durch eine Keilverbindung verbunden
werden, welch letztere leicht durch Längsverschiebung einer durch eine Schraube
5o betätigten Kulisse 49 gelöst werden kann.
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Ein drittes Mittel zur Ausführtmg der Erfindung besteht darin, die
Bewegung des Kupplungsgestänges, welches auch gleichzeitig Regelungsgestänge des
Motors sein kann, durch die Winkeländerung des Kreiselgestells gegenüber der Gabel
der Arbeitswelle oder der Motorwelle gegenüber der Gabel bewirken zu lassen. In
diesem Fall wird die Kupplung durch ein beliebiges, vom Kreisel unabhängiges Mittel
in Eingriff gehalten, während die vom Kreisel beeinflußte Kupplungswelle die teilweise
oder gänzliche Auslösung der Kupplung im gegebenen Augenblick ausführt. Die Abb.
13, 14, 15 und 16 zeigen beispielsweise Vorrichtungen zur Anwendung dieses dritten
Mittels.
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Die in Abb. 14 dargestellte Vorrichtung hat zwei mit dem Gestell 2
fest verbundene Steuernocken 51, 511, die die Längsbewegung der Steuerwelle 52 mittels
der mit Druckrollen versehenen Gabel 53 steuern, wobei die Welle 52 im Innern der
Welle 4 gelagert ist und auf das Regelungsgestänge 54 des Motors einwirkt, dessen
Rückbewegung durch die Feder 55 erfolgt. Wenn den Nocken 51 und 511 eine zweckmäßige
Form gegeben wird, kann dem Motor in jedem Augenblick eine Kraftzufuhr gegeben werden,
die der jeweiligen Belastung entspricht, denn der Neigungswinkel des Gestells zur
Arbeitswelle ist von der Belastung abhängig. Die Abb. 13 zeigt einige Einzelheiten
dieser Vorrichtung in Ansicht.
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Bei der Vorrichtung nach Abb. 15 bewirkt die Kupplungswelle 52 die
Trennung einer beliebigen Reibungskupplung 56, die die Wellen 4 und 13 kuppelt,
indem sie das Gleitstück 57 mittels des Kreuzbolzens 58 verschiebt. Diese Kupplungswelle
kann außerdem wie bei der vorher beschriebenen Anordnung auf die Regulierung des
Motors oder auf andere Kupplungen einwirken.
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Bei der Vorrichtung nach, Abb. 16 ist die Kupplungswelle außen angebracht
und die
Kupplung als Klauenkupplung ausgebildet. Diese wird angewandt,
wenn man eine einfache und vollständige Auskupplung der Antriebskraft erzielen will.
Diese Auslösung muß dann an einer Stelle nahe dem Punkt IV der Abb. i erfolgen.
Die Motorwelle 6 treibt durch Zahnräder 59 und 6o von gleicher Zähnezahl eine hohle
Welle 61: an. Die Welle 4 treibt ihrerseits durch Zahnräder 62 und 63, die dieselbe
Zähnezahl wie die Zahnräder 59 und 6o haben, die Steuerwelle 64 an. Die in der Längsrichtung
unverschiebbare hohle Welle 61 trägt einen Finger 65, der in die Nut der Kurventrommel
66 eingreift, die fest auf der Welle 64 sitzt. Es zeigt sich, daß jeder Entkupplung
der Wellen 61 und 64, entsprechend einer gleichen Entkupplung der Wellen 6 und 4
eine bestimmte Längsverschiebung der Steuerwelle 64 entspricht, die einerseits mittels
des Hebels 68 auf das Gleitstück 67 der Klauenkupplung, anderseits auf das Reguliergestänge
69 wirken kann. Um in einem beliebigen Zeitpunkt eine Entkupplung der Welle
13 zu bewirken, braucht nur durch eine Bremse 7o eine Bremskraft auf die
Welle 4 ausgeübt zu werden.
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Es ist zu bemerken, daß bei allen beschriebenen Vorrichtungen bis
auf die in Abb. 16 dargestellte, die Schrägstellung der Antriebswelle 6 zur Arbeitswelle
4 auf etwa go° beschränkt ist. Es besteht aber kein Nachteil hinsichtlich der Wirkungsweise
der Kraftübertragung, die Entkupplung dieser beiden Wellen durch ein Anschlagsystem
auf bestimmte i Winkel zu beschränken, die einer Stellung der Hauptorgane zwischen
den Punkten II und III der Abb. i entsprechen. Diese Anschläge 7i j und 72 (Abb.
3, 4, 5, 7, 8, 9, io, 12 und i5), die entweder mit der Gabel 3 der Arbeitswelle,
oder mit dem Gestell?, fest verbunden sind, haben den Vorteil, die Wirkung der Kraftübertragung
vom Ingangsetzen des Motors ab zu sichern und die Einleitung der Kraftübertragung
mit einer beliebig kleinen Drehgeschwindigkeit der Massen zuzulassen. nutzt werden,
um einerseits die Regelung der Triebkraft durch Beeinflussung des Reglers der Kraftmaschine
zu sichern und anderseits den Widerstand der' Arbeitswelle durch gänzliches oder
teilweises Auslösen einer oder mehrerer zwischen Kreisel und Arbeitswelle geschalteter
Kupplungen zu begrenzen, so daß auf die Arbeitswelle eine gleichmäßige, ununterbrochen
wirkende Kraft übertragen wird.
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2. Kraftübertragung mittels Kreisels mit ununterbrochen wirkendem
Kräftepaar nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die achsiale Kraftwirkung
des Kreisels mittels des gegabelten Endes der Arbeitswelle auf letztere einwirkt
uüd bei Überschreitung einer bestimmten Grenze eine oder mehrere Reibungskupplungen
selbsttätig auslöst.
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3. Kraftübertragung mittels Kreisels mit ununterbrochen wirkendem
Kräftepaar nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel des Kreiselrahmens
zur Gabel der Arbeitswelle trotz der Belastungsänderungen des Motors aufrechterhalten
wird, indem der vom Kreisel ausgeübten Kraft die Kraft des Organs entgegenwirkt,
das den Druck auf die Reibungsflächen der Kupplung ausübt.
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4. Kraftübertragung mittels Kreisels mit ununterbrochen wirkendem
Kräftepaar nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreiselrahmen bei Änderung
seines Neigungswinkels zur Gabel der Arbeitswelle oder der Antriebswelle auf ein
Organ einwirkt, daß den Regler des Motors beeinflußt, oder eine oder mehrere Kupplungen
umschaltet, die durch ein von dem Kreisel unabhängiges Organ in ihrer Stellung gehalten
werden und durch das vom Kreiselrahmen beeinflußte Organ im geeigneten Augenblick
ganz oder teilweise ausgerückt werden.
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5. Kraftübertragung mittels Kreisels mit ununterbrochen wirkendem
Kräftepaar nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der
Neigungsänderungen des Kreisels ein Anschlagsystem angebracht ist, hauptsächlich
zu dem Zweck, die Wirksamkeit der Kraftübertragung bei Ingangsetzen des Motors zu
sichern, gleichgültig, wie groß die Drehgeschwindigkeit des Kreisels ist. -