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Vorrichtung zum selbsttätigen Anpressen der im Reibungseingriff stehenden
Teile bei Reibräderaetrieben. Es ist bekannt, Reibrädergetriebe, Kupplungen und
Bremsen mit einer Vorrichtung zu versehen, die den Anpreßdruck der im Reibungseingriff
stehenden Teile je .nach der Höhe der zu übertragenden Umfangskraft regeln, so daß
mit dem Steigen und Sinken der Belastung des Getriebes auch die Anpreßkraft steigt
und fällt. Der Zweck dieser Vorrichtungen ist, bei Bremsen einen bestimmten Widerstand
einzustellen und tin Blockieren zu verhindern, während bei Kupplungen und Getrieben
ein Gleiten der im IZZeibungseingriff stehenden Teile verhindert wercren soll.
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Insbesondere für Kupplungen und Getriebe ist vorgeschlagen worden,
eine der Umfangskraft proportionale achsiale Anpreßkraft dadurch zu erhalten. ciaß
man zwei Scheiben oder Ringe an den einander zugekehrten Seiten mit einem Kranz
von Vertiefungen versieht und zwischen je zwei derartig einander gegenüberliegenden
Vertiefungen eine Kugel lagert. Werden dann die Scheiben gegeneinander verdreht,
so rollen die Kugeln auf den .schräg ansteigenden Flächen der Vertiefungen ab und
drücken die-Ringe in achsialer Richtung mit einer Kraft auseinander, die proportional
der zur Verdrehung der Ringe aufgewendeten Umfangskraft ist.
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Es hat sich nun gezeigt. daß diese Form einer Anpreßvorrichtung in
der Praxis meistens versagt, insbesondere bei Reibräder-. getrieben aus gehärtetem
Stahl. Der Grund des Versagens wurde bisher nicht richtig erkannt, und die hierauf
bezüglichen Vorschläge sind mehr eine gestellte Aufgabe als eine Liisung derselben.
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Die Erfindung betrifft eine vollkommene Lösung und ist in einer Reibe
von Ausführungsformen dargestellt. Zunächst sollen die richtigen Grundlagen kurz
angeführt werden: Eine Anpreßvorrichtung der erwähnten -Art überträgt zwei Arten
von Kräften, und zwar
eine Umfangskraft und eine achsiale Kraft.
Beide sind auf so viele Einzelkräfte verteilt, als Kugeln zwischen den Ringen angeordnet
sind; die Zusammensetzung in eine Summenkraft ist nur theoretisch, in @Virklicbkeit
jedoch nicht der Fall. Nun erfordert das mit der Anpreßvorrichtung verbundene Reibrädergetriebe
eine Belastung, welche möglichst gleichmäßig längs des ganzen Umfanges, unbedingt
aber symmetrisch in hezug auf die Drehachse sein muß. Die von der Anpreßvorrichtung
übertragenen achsialen Teilkräfte sollen also untereinander gleich sein, da sonst
Schiefstellen und Verklemmen der Getriebeteile und schließlich ein Gleiten und Zerstören
des Getriebes erfolgt. Die obige Bedingung wird von den bisher beschriebenen Anpreßv
orrichtungen nicht eingehalten, weil einerseits keine Mittel vorgesehen sind, um
ein gleichmäßiges Anliegen aller Kugeln zu gewährleisten, und anderseits eine Kontrolle
und Verbesserung dieser Fehler bei den bekannten Bauarten kaum möglich ist.
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Das Neue an dem Getriebe, das in den Abb. i bis'29 in verschiedenen
Ausführungsformen beispielsweise dargestellt ist, besteht im wesentlichen darin,
daß die Vertiefungen, in denen die Kugeln gelagert sind, in besonderen, gegeneinander
zunächst vollkommen unabhängigen Druckkörpern angebracht sind. Es ergeben sich somit
doppelt soviel Druckkörper als Kugeln, und es bilden die Druckkörper auf jeder Seite
des Kugelkranzes eine Gruppe oder ein System. Alle Druckkörper eines Systems werden
nun durch einen gemeinsamen käfigartigen Träger vereinigt.
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Abb. i zeigt eine Ausführungsform im Längsschnitt, Abb. 2 eine Hälfte
derselben in Ansicht. Zwischen dem zylindrischen Druckkörper i des linken Systems
und dem gleichen Druckkörper 2 des rechten Systems liegt in kegelförmigen Vertiefungen
die Kugel 3. Alle Druckkörper i sind in einem käfigartigen Tragring4 vereinigt,
ebenso die DruckkÖrper 2 in dem Tragring 5. Die Druckkörper sind aus gehärtetem
Stahl, die Tragringe aus beliebigem, allenfalls weichem ?Material hergestellt. Es
ist angenommen, daß sechs Kugeln 3 vorhanden sind. Um ein genaues Arbeiten des Betriebes
zu ermöglichen, müssen alle Kugeln auch in unbelastetem Zustand gleichmäßig in den
Vertiefungen anliegen. Abgesehen davon,. ciaß die Kugeln selbst genau gleich groß
sein müssen, ist es erforderlich, daß je zwei Bohrungen in den Tragringen 4 und
5, in welchen die Druckkörper i tmd 2 gelagert sind, genau übereinanderliegen. Dies
läßt sich ohne Schwierigkeit dadurch erreichen, daß die Bohrungen gleichzeitig hergestellt
werden. Weiter müssen die Druckkörper bzw. ihre die Kugeln berührenden Endflächen
in gleicher Höhe liegen. Dies läßt sich dadurch erreichen, claß allen Druckkörpern
durch Einpressen die gleiche Lage erteilt wird. In diesem Falle können die Unterlagsplatten
6 und 7 wegbleiben, und die Übertragung der achsialen Kraft von den Druckkörpern
auf die Tragringe erfolgt nur durch die Klemmung - in den Tragringen - selbst. Diese
Art der Befestigung der Druckkörper in den Tragringen ist nicht sehr zuverlässig;
es ist sicherer, die Einstellung durch einen Schraubbolzen 8 zu- bewirken,' wie
es in der unteren Hälfte der Abb. i dargestellt ist. Das Gewinde 8 befindet sich.
im Tragring 4.. Ain einfachsten und billigsten ist es aber, alle Druckkörper auf
dieselbe Dicke zu schleifen und gegen eine gemeinsame Unterlagsplatte 6 . bzw. 7
abzustützen. Die Unterlagsplatte kann' dabei mit irgendeinem Getriebeteil aus einem
j Stück bestehen. Die Tragringe i und 2 die-; nen dann nur zur Übertragung der Umfangskraft
auf die Druckkörper sowie zum Festhalten derselben in der richtigen Lage zueinander,
während der ganze achsiale Druck von der Unterlagsplatte aufgenommen wird. Diese
Anordnung ist im oberen Teil der Abb. i und in der Abb. 2 dargestellt.
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In Abb. i war als Berührungsfläche der Druckkörper mit der Kugel eine
Kegelfläche dargestellt. Für die Massenherstellung ist eine Dachfläche io, wie sie
in der Abb. 3 dargestellt ist, zweckmäßiger, da viele Druckkörper auf einmal geschliffen
werden können. In diesem Fall ist es jedoch notwendig; die Druckkörper i am Verdrehen
zu verhindern, wenn die Kugel 3 nicht im Mittelschnitt berührt. Der dargestellten
Anordnung gemäß erfolgt dies durch Anschleifen von einer oder zwei ebenen Flächen
i i an den zylindrischen Druckkörpern und durch Aufziehen eines Sicherungsringes
9. In Abb. 3 und 4. ist nur eine Hälfte der Vorrichtung unter Weglassung der Kugeln
dargestellt. Die Berührungsfläche io des Druckkörpers i, der in dem Tragring . sitzt,
ist dachförmig geschliffen. Die Unterlagsplatte 6 hat einen Ansatz, der sich als
Sicherungsring 9 über die plangeschliffenen Teile r r der Druckkörper legt.
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Abb. 5 zeigt einen Querschnitt und Abb. 6 eine teilweise Ansicht einer
Ausführungsform, bei der der achsiale Druck der Druckkörper unmittelbar auf den
Tragring.l.-übertragen wird, also eine besondere Unterlagsplatte vermieden ist.
Der Druckkörper i ist mit zwei verschiedenen Querschnitten i und r' ausgeführt,
von denen i' zur Feststellung der richtigen Lage des Druckkörpers 121 dient, während
der Ansatz des stärkeren Teiles i sich gegen den Tragring 4 abstützt und
auf
diese Weise den Druck überträgt. Insbesondere bei der Anwendung von Dachflächen
ist diese Anordnung vorteilhaft, da es leicht ist, vollkommen gleiche Dicke der
Ansätze der Druckkörper i zu erhalten, während die Bohrungen für i' in den Tragringen
gemeinsam hergestellt werden können. In den Abb. 5 und (> sind die Berührungsflächen
jedoch als Kegel dargestellt.
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Um die Herstellung der Druckkörper noch weiter zu vereinfachen, können
dieselben auch prismatischen Querschnitt erhalten. Die Abb. 7 bis 17 zeigen verschiedene
derartige Ausführungsformen, und zwar: Abb. 7 einen teilweisen Schnitt und Abb.
8 eine Teilansicht der linken Hälfte der Abb. 7 bei Verwendung von rechteckig prismatischen
Druckkörpern i, welche in ebensolchen Löchern des Tragringes 4 gelagert sind. Der
achsiale Druck wird auf die Unterlagsplatte 6 übertragen. Als Berührungsflächen
sind Dachflächen vorgesehen. Die beiden Seitenflächen der Druckkörper (die kürzeren
Seiten des Rechteckes in Abb.8.) und die Dachflächen können für ein ganzes Paket
von Druckkörpern, welche dabei mit der größeren Rechtecksfläche aufeinanderliegerr,
gleichzeitig und mit derselben Aufspannung hergestellt werden, so daß eine absolute
Gleichheit aller Druckkörper bei geringsten Kosten erzielt wird. ' -Da die Lage
der Kugeln 3 in radialer Richtung zwischen den Dachflächen nicht festgelegt ist,
wie dies bei Kegelflächen von selbst der Fall ist, so müssen sie durch einen Käfig
16 in der richtigen Lage, d. i. in gleichem Abstand von der Tragringachse, gehalten
werden.
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Statt in den Tragringen viereckige Löcher herzustellen, wie dies in
der Abb. 8- gezeigt ist, läßt sich auch aus den prismätischen Druckkörpern unter
Zwischenlage von sektorenförmigen Stücken 12 ein Ring zusammensetzen. Abb. 9 zeigt
diese Anordnung in teilweiser Ansicht, die prismatischen Druckkörper 2 und die sektorenförmigen
Füllstückchen 12. Durch den außen #.Zarübergepreßten. Tragring 15 wird das Ganze
zusammengehalten. Um dem System mehr Festigkeit zu geben, kann auch noch ein innerer
Tragring 5 eingepreßt werden.
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Abb. io und ii sowie 12 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher die
prismatischen Druckkörper selbst von :sektorenförmigem Querschnitt sind. In dieseln
Fall lassen sich die Druckkörper ohne Zw ischcnlagen zu einem Ring zusammensetzen,
der nur durch die außen und innen aufgepreßten Traginge 14 und 4 bzw. 15 und 5 (in
der Abb. io und i i) zusammengehalten wird. Abb. i2 -zeigt eine Teilansicht der
nebeneinander liegenden Druckkörper r nach abgenommenem äußeren Tragring r4. Die
Druckkörper. vor denen die Ktigeln 3 dargestellt sind, stützen sich an ihrem hinteren
Ende gegen die Unterlagsplatte 6 all.
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In Abb. io ist weiter dargestellt, wie die Tragr inge 4., i4, 5, 15
als Käfig bzw. Führungsbahnen für die Kugeln 3 ausgebildet werden können, um einen
besonderen Käfig zu vermeiden. In Abb. i i sind als Berührungsflächen Schraubenflächen
<ingenornmen, die angewendet werden müssen, wenn relativ große Verdrehungswinkel
der Tragringe gegeneinander in Betracht kommen.
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Abb. 13 stellt einen aus sektorenförmigen Druckkörpern i zusammengesetzten
Ring dar, wobei als Berührungsflächen Kegelflächen angenommen sind, die sich leichter
herstellen lassen als Schraubenflächen, günstigeres Abrollen der Kugeln 3 ergeben
als einfache Dachflächen und außerdem einen besonderen Käfig überflüssig machen.
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. - Abb. 14 stellt einen teilweisen Schnitt und Abb. 15 eine Ansicht
einer Ausführungsform mit rechteckig prismatischen Druckkörpern dar. Der in Abb.
14- dargestellte Schnitt ist nach b-b der Abb. 15 geführt. Die Druckkörper sind
in nach außen offenen Nuten des inneren Tragringes .4 gelagert- und durch einen
übergepreßten Ring 14 zusammengehalten. Ihren achsialen Druck übertragen sie auf
die gemeinsame Unterlagsplatte 6. Diese Anordnung ist eine der günstigsten für die
Herstellung, da beliebig viele innere Tragringe 4 auf einmal genutet werden können,
also untereinander vollkommen gleich und austauschbar sind.
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Abb. 16 zeigt einen Schnitt und Abb. 17 eine Ansicht einer ähnlichen
Anordnung, jedoch unter Vermeidung einer besonderen Unterlagsplatte für den achsialen
Druck und Verwendung von Druckkörpern mit zwei verschiedenen Querschnitten. Die
Druckkörper sind mit dem kleineren Qüerschnitt2` in radialen Nuten 13 des Tragringes
5 geführt und stützen sich mit dem Ansatz des größeren Querschnittes -2 gegen denselben
Tragring 5, so daß dieser auch den achsialen Druck aufnehmen inuß. Der äußere Tragring
15 hält. die Druckkörper 2 in ihrer Lage fest. Abb. 18 zeigt einen Schnitt durch
den Tragring von Abb. 17 nach der Linie c-c, die Druckkörper sind nicht geschnitten,
und es sind Kugeln 3 als Wälzkörper angenommen. Als -Berührungsflächen sind Dachflächen
dargestellt, jedoch der in diesem Fall erforderliche Käfig für die Kugeln 3 weggelassen,
um die Zeichnung nicht undeutlich zu machen.
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In Abb. i9 ist ein Schnitt-und in Abb. 20 eine teilweise Ansicht einer
Anordnung 'dargestellt, die ähnlich der Abb. 14 ist, jedbch als Wälzkörper statt
Kugeln bombierte Walzen
3 verwendet. Der Vorteil der höheren Belastbarkeit
bei Walzen gegenüber Kugeln ist bekannt. Die Walzen können zwischen Dachflächen
oder zwischen Schraubenflächen zur Amvendung kommen; Kegelflächen sind ungeeignet.
Außerdem braucht die Walze eine Führung, die in Abb. ig unmittelbar durch die Tragringe
4, 14 bzw. 5, 15 gebildet wird. Zu diesem Zweck muB jedoch die äußere Stirnfläche
der Walze konvex sein, wie es auf der Zeichizung übertrieben dargestellt ist. Der
Radius soll aber höchstens gleich sein dem Innenradius des äußeren Führungsringes
14.
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Abb. 2i zeigt die gleiche Anordnung im Schnitt, jedoch mit einem besonderen
Führungskäfig für die Walzen.
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Abb. 22 stellt einen teilweisen Schnitt durch eine Ausführungsform
mit zylindrischen Walzen dar. i und 2 sind die sektorenförmigen Druckkörper. i und
2 sind zwischen den Tragringen 4, 14 bzw. 5, 15 eingespannt zu denken. Der
achsiale Druck wird auf die Unterlagsplatten 6, 7 übertragen. Die Berührungsfläche
der Druckkörper muß etwas konvex gewölbt sein, um ein Verklemmen der zylindrischen
Walzen zu vermeiden.
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Abb. 23 zeigt den Käfig 16, 16, welcher durch Bolzen 17 zusammengehalten
wird und zur Erhaltung der richtigen Lage der zylindrischen Walzen dient.
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Abb. 24 und 25 zeigen eine Anordnung, bei welcher ein System der zylindrischen
Druckkörper i in Bohrungen des Tragringes 4 verschiebbar, wie Kolben in einem Zylinder,
gelagert ist. Unter diesen Kolben entstehen dann Hohlräume 18, welche durch Kanäle
i9 miteinander in Verbindung. stehen. Sämtliche Hohlräume 18 und Kanäle ig sind
mit einer Flüssigkeit gefüllt. Es werden sich dann beim Belasten der Vorrichtung
alle Druckkörper so einstellen, daß sie gleiche achsiale Kräfte übertragen, da die
Flüssigkeit den Ausgleich der Druckunterschiede bewirkt. In Abb.25 sind die Verbindungskanäle
19 gestrichelt dargestellt. Die zum Einfüllen der Flüssigkeit C erforderlichen
öffnungen sind in der Zeichnung weggelassen.
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nung Da eine dauernde gute Dichtung der Druck Körper i in dem Tragring4
erforderlich wird, i so kann es vorteilhaft sein, diese durch Anwendung von Membranen
zu erzielen. i Abb.26 und 27 stellen eine solche Ausführung dar. Da die Verschiebungen
der Druckkörper beim Druckausgleich ziemlich klein sind, so ist die Verwendung von
Membranen zulässig. In Abb.26 überträgt der Druckkörper seine achsiale Kraft auf
die Membran 2o, welche die mit Flüssigkeit gefüllte Kammer 18 nach vorn zu abschließt.
Alle Kammern i8 des Unterlagsringes G stehen durch Kanäle ig miteinander in @'erhinciun.
Abb. 27 zeigt eine Teilansicht derselben Anordnung. Eine Ausführungsform mit einer
gemeinsamen Membran, welche als Ring unter sämtlichen Druckkörpern durchläuft und
eine einzige, gleichfalls ringförmige Kammer abschließt, ist als unwesentliche Änderung
nicht. auf der Zeichnung dargestellt worden. Die Abb. 28 und 29 zeigen die Art der
Anbringung j einer Anpreßvorrichtung der beschriebenen Art an einem Reibrädei-getriebe
und eine Kupplung oder Bremse. In Abb. 28, welche ein Reibrädergetriebe nach
Art der im Patent 38o468 beschriebenen Getriebe darstellt, stützt sich gegen den
Bund 26 der Welle 24 die Unterlagsdruckplatte 6. ab, die mit der Welle 24 auf Drehung
fest verbunden ist.
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Der Käfigträger 5 ist gleichfalls mit der Platte 6 auf Drehung verbunden,
beispielsweise durch Einpressen, während der andere Käfigträger 4 mit dem losen
Laufring 2i des Reibrädergetriebes 21, 22, 23, 28, 29 fest verbunden ist. Die Arbeitsweise
dieser Vorrichtung ist die gleiche wie die im Patent 38o468 beschriebene, d. h.
beim Belasten des Getriebes versuchen sich die Teile 21, 4, 1 gegen die Teile 24,
6, 5, 2 zu verdrehen, und die zwischen den Teilen 2 und i gelagerten Kugeln 3 üben
dabei einen achsialen Druck auf diese Teile aus. Die Druckkörper i verschieben dabei
den Laufring 2i auf der Welle 24 nach links. Bei einem Getriebe mit wechselnder
Belastung ist daher der Laufring 21 in dauernder Bewegung gegen die Welle 24 ; um
zu verhindern, daß er sich auf der Welle verreibt und festschweißt, ist eine Zwischenschicht
25 aus ZvTeißmetall oder Bronze vorgesehen.
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In Abb.2g ist die Anwendung einer Anpreßvorrichtung 1, 2, 3, 4, 5
bei einer Reibungskupplung oder Bremse dargestellt. Die Anordnung der Teile ist
im wesentlichen die gleiche wie in Abb. 28. Statt des Laufringes 2i ist die Druckscheibe
31 mit der einen Seite 1, 4 der Anpreßvorrichtung fest verbunden; die andere Seite
2, 5, 6 der Anpreßvorrichtung stützt sich gegen den Bund 4o der Welle
39. Weiter befindet sich auf der- Welle 39 fest mit ihr verbunden
die Druckscheibe 32, und zwischen den beiden Druckscheiben 31 und 32 liegt die ICupplungs-
oder Bremsscheibe 33. Diese ist auf der Welle 39 frei drehbar und längsverschiebbar
mittels der Nabe 34 aufgesetzt. Die Druckscheibe 3 i , die infolge des Spiegels
der Kugeln 3 zWiachen den Teilen i und 2 in achsialer Richtung etwas verschiebbar
ist, trägt eine Muffe, die nach links (s. Pfeil 41) oder nach rechts (s. Pfeil 42)
verschoben werden kann. Wird sie nach rechts verschoben, so kommt die Druckscheibe
31 außer Eingriff mit der Bremsscheibe 33 (gestrichelte Lagc 37), und die Welle
3g kann sich frei drehen, ohne die
Scheibe niitzunelnnen. Wird dagegen
die :Tuffe nach links verschobei5, so kommt die Druckscheibe 31 niit der Bremsscheibe
33 in Berührung, versucht sich gegen die Teile =, 5, G zu verdrehen, und die Anpreßvorrichtung
tritt in Tätigkeit. Ist nun die Scheibe 33 mit einer zweiten Welle verbunden, so
wird diese mitgenommen, und die ganze Anordnung stellt eine Kupplung dar.
Ist dagegen die Scheibe 33 festgehalten, so wird die Welle 39 gebremst, und die
Anordnung wirkt als Bremse.