DE697125C - Reibrolle - Google Patents

Description

Bur. Ind.

2-DEC. 194Q

AUSGEGEBEN AM
8. OKTOBER 1940

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 697 125 KLASSE 47 h GRUPPE 14

J 53479 XU147 h

Otto Jaife in Berlin-Rummelsburg Reibrolle

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Oktober 1935 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 5. September 1940

Wirkungsgrad, Lebensdauer und Leistungsübertragungsvermögen der stufenlos veränderlichen Reibräderwechselgetriebe steigen verhältnisgleich mit der Verringerung der wirksamen Reibflächenbreite ihrer Rollen; denn nur in der Mittelebene der Reibrolle erfolgt eine vollkommene Abrollung, links und rechts davon aber eine mit dem Abstand verhältnisgleich anwachsende Gleitbewegung. Beträgt beispielsweise der wirksame Planscheibendurchmesser in der Reibrollenmittelebenie 150 mm und die Breite der Rollenreibfläche 50 mim, die Anpressung 1000 kg, der Reibungskoeffizient 0,05, der Gleitwiderstand 50 kg, die mittlere Umfangsgeschwindigkeit 11 m/Sek. und die übertragene Leistung 6,125 PS, so beträgt der Gleitweg der äußersten Rcibrollenzonen links und rechts 50:2 · 3,14 = 78,5 mm für jede Planscheibenumdrehung, und etwa 21,50/0 der übertragenen Leistung' werden durch die entstehende Gleitreibung aufgezehrt und in Erwärmung und Abnutzung der Reibflächen umgewandelt. Es müssen deshalb bedeutend schmalere Reibflächen angewendet werden, wodurch wieder Anpressung, Umfangskraft und übertragbare Leistung äußerst beschränkt bleiben.

Um größere Leistungen mit einer Rolle zu übertragen, bleibt nur die Möglichkeit, dieselbe in mehrere schmale Einzelscheiben zu unterteilen, welche gegeneinander verdreht werden können, aber durch Zahnräderau®- gleichsgetriebe miteinander verbunden sind. Das Übersetzungsverhältnis richtet sich dann nach der mittelsten Einzelscheibe, die auf der Planscheibe weiter außen abrollenden drehen sich entsprechend schneller und die weiter innen abrollenden um ebensoviel langsamer als die Mittelscheibe. Die Gleitwege und Glekreibumgsverluste fallen entsprechend der geringeren Breite der Einzelscheibe niedriger aus, während Anpressung und übertragbare Leistung entsprechend der größeren Gesamtreibflächenbreite sämtlicher Einzelscheiben gesteigert werden können.

Die einfachste Form dieser Bauart ist die dreifache Reibrolle, bei welcher die Mittelscheibe starr mit der Nabe verbunden ist und das Ausgleichsgehäuse bildet; in ihr sind die Achsen der Ausigkichsritzel gelagert, an welche die beiden Außenscheiben durch geeignete · Verzahnungen angreifen. Unter sonst gleichen Voraussetzungen, wie bei der erwähnten einfachen Reibro'lle, würde jede der drei Einzelscheiben eine 16,66 mm. breite Reibfläche besitzen; die Gleitreibungsverluste würden demnach immer noch 7,1660/0 der übertragenen Leistung vernichten und die Reibflächen rasch abschleifen. Erst durch eine weitere Aufteilung der erwähnten Reib-

rolle in neun Einzelschciben läßt sich der Reibungsverlust auf den erträglichen Wert von 2,390/0 herabdrücken.

Durch Erhöhung des Reifer ollendurchmessers auf 350 bis 400 mm, des kleinsten mittleren Planscheibendurchmessers auf 250 mm und Unterteilung der Reibfläche in 27 Einzelscheiben, deren jede nur eine Reibflächenbreite von 1 bis 1,5 mm aufweist, wird der Gleitreibungs verlust auf etwa 0,50/0 herabgesetzt. Eine derartige Reibrolle kann bei 60 bis 80 kg Anpressung je Einzelscheibe bei einem Reibungskoeffizienten für Stahl auf Stahl bei Ölschmierung von 0,05, einer Umfangskraft von 2,75 bis 3,66kg je Einzelscheibe und einer Umfangsgeschwindigkeit van 20 m/Sek. eine Dauerleistung von 19,8 bis 26,4 PS übertragen, wobei die Lebensdauer der Reibflächen auf die bei mäßig belasteten Kugellagern erzielten Werte ansteigt. '

Es ist aber bei den zur Zeit bekannten Bauarten sehr schwierig, mehr als drei Einzelscheiben in einer Reibrolle zu vereinigen; denn für je vier weitere Einzelscheiben sind zwei weitere seitlich angebaute Kegelradausgleichsgetriebe erforderlich, welche erheblichen axialen Raum beanspruchen. Die Einzelscheiben müssen daher in einem entsprechenden Abstand voneinander angeordnet werden; die Gesamtreib rolle wird in Beziehung zu ihrer Reibflächenbreite· und Leistung unverhältnismäßig breit, und mit ihrer Breite wächst außerdem " der kleinste mittlere Planscheibendurchmesser, der seinerseits wieder den größten Planscheibendurchmesser, die Getriebegröße, Gewicht und Herstellungskosten in einer erhöhten Potenz steigert.

Die Erfindung löst dieses Problem, indem sie den Drehzahlausgleich zwischen den Einzelscheiben in zwei oder drei Stufen vollzieht. Hierbei werden beispielsweise drei benachbarte Einzelscheiben zu einer in sich ausgeglichenen Gruppe zusammengeschlossen, wobei die Mittelscheibe Träger eines Teilausgleichsgetriebes ist. Nunmehr werden beispielsweise drei derartige Scheibengruppen axial nebeneinandergesetzt und durch ein in der Reibrollennabe befindliches Hauptausgleichsgetriebe zu einer neunfachen Reibrolle vereinigt. Nur die mittelste Scheibe der mittelsten Gruppe ist hierbei unmittelbar mit der Nabe verbunden und bildet den Träger des Hauptausgleichsgetriebes, während die Mittelscheiben der linken und der rechten Gruppe durch geeignete Verzahnungen mit den Ausgleichsritzeln kämmen.

Hauptausgleichsgetriebe und Teilausgleichsgetriebe sind hierbei ineinandergeschachtelt,-: das erstere beansprucht somit keine zusätzliche Baulänge; weil reichlicher Platz vorhanden ist, kann es den übertragenen Drehkräften entsprechend kräftig ausgeführt werden. Für die in den schmalen Einzelscheiben befindlichen Teilausgleichsgetricbe sind allerdings nur geringere Dimensionen zulässig; dieselben haben aber nur die kleinen Drehkräfte der einzelnen Scheibengruppe zu übertragen, so daß sie gleichfalls nur verhältnismäßig niedrig belastet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt; es handelt sich um eine aus drei Scheibengruppen zusammengesetzte neunscheibige Reibrolle.

(Z₁ bis a₃ sind die Laufreifen der neun Einzelscheiben. Die Reifen bestehen aus gehärtetem Stahl; ihre Reibflächen sind auf genau gleiche Durchmesser abgeschliffen und sind, im Längsschnitt gesehen, auf einen Radius von 50 mm ballig geschliffen. Bei ihrer Abrollung auf der nicht mit dargestellten ebenen Planscheibe und bei einer angenommenen Vollastanpressung von 46 kg je Scheibe drücken sich die Reifen so weit ein bzw. platten sie sich so wait ab, daß von der 2 mm breiten Reibfläche der mittlere Millimeter mit 75% und die beiden äußeren halben . Millimeter mit 2 5 0/0 ihrer Zylinderform belastet werden können, so daß die Tragfähigkeit einer zylindrischen Reibfläche von 1 mm Breite entspricht. Jede Einzelscheibe kann demnach bei 270 mm Durchmesser und 2om/Sek. Umfangsgeschwindigkeit mit 46 kg dauernd belastet werden und 2,1 * 20 = 42 mkg/Sek. übertragen entsprechend einer Gesamtleistung von rund 5 PS. Wird eine etwas höhere Abnutzung der Reibflächen zugelassen, so kann selbstredend auch die doppelte Leistung übertragen werden.

Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Gesamtanpressung auf die einzelnen Laufreifen zu sichern, können sich dieselben sowohl gegeneinander als auch gegenüber der Reibrollennabe radial um geringe Strecken verschieben. Zu diesem Zweck sind zwischen Reifen und Scheibenkörper elastische, ölfeste Bunaringe b_L bis b₉ eingelegt, welche Anpressung und Umfangskraft übertragen und deren jeder bei 46 kg Anpressung um etwa 0,2 mm radial nachgibt.

Axial führen sich die neun Reifen gegenseitig; die beiden äußersten werden durch Längskugellager Z₃ und A₃ -und durch die beiden starr mit der Nabe verbundenen Deckel L 1.15 und A₂ geführt. /₄ und Zi₁ sind die Käfigringe der Kugellager.

Der Körper, der fünften und mittelsten Scheibe ist zugleich der Nabenkörper der Reibrolle und ist aus zwei Hälften £₅ und /₅ usammengcschraubt; durch Schiebekeilansätzeg· ragt dieser Nabenkörper in die Keil-

rauen A₁ der Antriebswelle Λ hinein und wird von dieser in der Drehrichtung mitgenommen, während radial ein ganz geringes Spiel vorhanden ist. Auf den seitlichen zylindrischen Ansätzen des Nabenkörpers j und k sind die Innenlaufringe/t und A₁ aufgeschraubt, welche /u den nicht mit dargestellten sehr kräftigen Rollenlagern gehören, die die Reibrolle führen und anpressen.

ίο Zwischen den beiden Naben- und Scheibenliiilften £.'5-/3 sind die Lagerbüchsen derRitzelwellen der Hauptausgleichisgetriebe eingesetzt. Von den zwei bis vier Ausgleichswellen ist nur die Welle/ sichtbar, m ist ihre Lagerbüchse. Das größere, linke Ausgleichsritzel η kämmt mit der Innenverzahnung /Z₁ der rechten Hälfte/o der zweiten Scheibe. Das kleinere, rechte Ritzel ο kämmt mit der Außen-

' verzahnung des Ringkörpers O₁, welcher mit' der rechten Hälfte /₈ der achten Scheibe fest verschraubt ist. Das Verhältnis der Teiikreisdurchmesser und - der Zähnezahlen zwischen ο und O₁ ist das gleiche wie zwischen« und K₁; die Übersetzung von n_L auf O₁ ist daher 1 zu 1, wobei der Drehsinn umgekehrt wird. Die Scheibe a₂-e₂-f₂ muß demnach um genau soviel langsamer umlaufen wie die Mittelscheibe «₅-e₅-/₅, als die Scheibe ffjj-Cs-/« schneller läuft, bzw. umgekehrt. Da auch der Seitenabstand der Reibflächen a₂ und a_b der gleiche ist wie der 'Abstand zwischen a_b und a_s und somit a₂ und a₈ auf entsprechend größeren oder kleineren Krel· sen der Planscheibe abrollen wie ß₅, so entspricht die Übersetzung des Hauptausgleichsgctricbes den tatsächlichen Umfangsgeschwindigkeiten der drei genannten Einzelscheiben, und a.₂ wie a_a empfangen durch die Ritzelwellen / und ihre Lagerungen m ein glekhmäßiges Drehmoment von der Mittelscheibe Cyfr, aus.

Die linke Hälfte e₂ der zweiten Scheibe trägt einen Außenlauf ring p_L; in diesem laufen eine Reihe von schmalen Lagerrollen p, welche ohne Käfig lediglich von den Schulterblcchen geführt werden und welche auf dem zylindrischen Ansätze/ der Hauptnabe abrollen. Durch dieses Rollenlager wird die Anpressung von der Nabe und Mittelscheibe auch auf die Scheibe e₂-f₂ übertragen.

Die <?₈-/₈ besitzt einen ebensolchen Außenlaufring^, dessen Rollen- auf dem rechten zylindrischen Ansatz Ii der Nabe abrollen.
Weiter nach außen hin besitzen beide Hälften der Scheibe e_rf₂ zylindrische Ansätze, von denen /₂ zugleich die Innenverzahnung/^ trägt. Der linke Ansatz bildet den Innenlaufriug für die schmalen Lagerrollens, welche in einer Ausdrehung der ersten Scheibe e_L laufen und welche ohne Käfig durch die Schulterwände dieser Ausdrehung geführt werden. Durch dieses Lager wird die Anpressung von der Scheibe e_rf₂ weiter auf die Scheibe ^₁ übertragen. Die rechte Hälfte der ersten Scheibe ist mit einer Innenverzahnung α versehen, welche mit dem linken, größeren RkZeIAr₁ des Teilausgleichsgetriebesj/3 kämmt. Die Ausgleichswelle y₃ läuft in der Lagerbüchse Z₂, welche zur Scheibe e₂-f₂ gehört und zwischen ihre beiden Hälften eingeklemmt ist. Rechts trägt die Welle y₃ das kleinere Ritzel^, welches mit der Außenverzahnung/i kämmt, die ihrerseits wieder mit der rechten Hälfte der dritten Scheibe verschraubt ist. Auf der Innenseite des Zahnradkörpers t ist gleichfalls eiine schmale Ausdrehung vorhanden, die als Außenlauf ring dient und deren Lagerrollens' auf dem zylindrischen Ansatz der Scheibenhälfte/2 abrollen, der seinerseits auf seiner Innenseite die Innenverzahnung des Hauptausgleichsgetriebes It₁ enthält. Das Verhältnis der Teilkreisdurchmesser und der Zähnezahlen zwischen X₁ und α ist das gleiche wie zwischen ^₁ und t; die Übersetzung von u auf / ist daher 1 zu 1, wobei der Drehsinn umgekehrt wird. Die erste'Scheune A₁-^₁-H muß daher um ebensoviel langsamer umlaufen wie die als ,Träger des Teilausgleichsgetriebes wirkende zweite Scheibe a₂-e₂-f₂, als die dritte Scheibe a_rt schneller umläuft, bzw. umgekehrt. Dies entspricht den. verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten von a_L · a₂ und a_s, so daß das Drehmoment von e₂-f₂ durch das Teilausgleichsgetriebe auf die erste und die dritte Scheibe gleichmäßig weitergeleitet wird. Die drei Scheiben a_x-a₂-a_s bilden somit eine in sich ausgeglichene Scheibengruppe, bei welcher a₂-e₂-f₂ die Mittelscheibe darstellt.

Zweckmäßig werden übrigens mehrere, beispielsweise zwei bis vier parallel geschaltete Teilausigleichsgetriebe· in der Scheibe e.₂-f₂ angeordnet und um 90 bis i8o° gegeneinander versetzt; auf der Zeichnung ist nur das Teilausgleichsgetriebe y₃ sichtbar.

In der mittelsten Scheibe <?₅-/₅ befinden sich ebensolche Teilausgleichsgetriebe, die weiter außen als die Hauptauagleichsgetriebe / angeordnet sind und von denen nur y_G sichtbar ist. Es ist dies eine genaue Wiederholung des Teilausgleichsgetriebes y₃. Die Lagerbuchse 2₆ ist zwischen die Scheibenhälften eingeklemmt. Das linke, größere Ritzel x± kämmt mit der Innenverzalmung u der Scheibe a_it während das rechte, kleinere Ritzel t₂ mit der Außenverzahnung t der Scheibe «₀ kämmt. Durch dieses Teilausgleichsgetriebe werden somit die vierte, fünfte und sechste Scheibe zu einer in sich ausgeglichenen Gruppe vereinigt, bei welcher die Scheibe e_ä-/₅ die Mittelscheibe bildet. Zwischen ihren zylindrischen Ansätzen und den beiden Scheiben

ώ^-Ä« sind gleichfalls die eine Anpressung übertragenden Rollenlager 5 eingeschaltet.

In gleicher Weise bilden auch die siebente, die achte und die neunte Scheibe eine Gruppe für sich. Von den zugehörigen Teilausgleichsgetrieben ist infolge anderer Drehwinkelstellung· kein einziges zu sehen, wohl aber die Innenverzahnung α der Scheibe ß₉-/_n und die Außenverzahnung2! der Scheibe a_re_v Auch t und /₉ haben Eindrehungen und Rollenlagers, welche die Anpressung von e_s -/_s auf 1-βι-α_Ί und f_s-a_g weiterleiten.

Die sechs Rollenlagears sind sämtlich mir schwach belastet, weil jedes nur die-Änpres- >5 sung einer einzigen Scheibe, also bis 46 kg, zu* übertragen hat und weil außerdem die relative Drehgeschwindigkeit innerhalb einer Scheibengruppe nur gering ist; sie können daher schmal ausgeführt werden und haben ao trotzdem eine lange Lebensdauer. Die Rollenlager ρ und q haben allerdings die drei- - fache Belastung bei einer dreimal höheren relativen- Drehgeschwindigkeit zu übertragen; hier ist indessen auch Platz vorhanden, um sie entsprechend breit und kräftig auszuführen. Die gleichen günstigen Belastungs- und Raumverhältnisse gelten für die Teilausgleichsgetriebe und das Hauptausgleichsgetriebe. \ An Stelle der BunaringeÖ! bis b_g können auch Lederringe oder wellenförmige, radial nachgiebige Stahlfedern verwendet werden.

Für größere Leistungen können auch drei derartige Neunfachscheiben nebeneinandergesetzt zu einer 27scheibigen Reibrolle zusammengeschlossen und durch ein vorgeschaltetes Sammelausgleichsgetriebe gegeneinander ausgeglichen werden. Der Ausgleich erfolgt hier demnach in drei Stufen; der erforderliche radiale Raum für das Sammelausgleichsgetriebe kann durch Vergrößerung des Reibrollendurchmessers auf mindestens 350 bis 400 m gewonnen werden.

Durch besondere Ausbildung der Aus-■15 gleichsgetfiebe kann jede Scheibengruppe auch fünf statt drei Einzelscheiben enthalten. Die Teilausgleichsgetriebe werden dann mit .Kegelrädern ausgeführt; zwei Ritzel sitzen auf gleicher Achse hintereinander, das eine gleicht die erste mit der fünften, das andere die zweite mit der vierten Scheibe aus, während die dritte Scheibe den Träger des Teilauisgleichsgetriebes bildet. Das Hauptausgleichsgetriebe verwendet dagegen vorzugsweise Stirnräder. Da auch die Zahl der Scheibengruppen auf fünf erhöht werden kann, so können 25 Einzelscheiben bei nur zweistufigem Ausgleich zusammengeschlossen werden.

Bei derartig großen Reibrollen erfordert die Querverschiebung der Reibrollen unter Belastung und Anpressung eine erhebliche Verstellkraft. Um dies zu vermeiden, kann die ganze Reibrolle in an sich bekannter Weise um die Berührungspunktachse der mittelsten Einzelscheibe herum schwenkbar ausgeführt werden, wobei zwischen Antriebswelle und Reibrollennabe eine Gelenkkupplung zwischengeschaltet wird. Die Reibrolle wird dann mitsamt ihrem anpressenden Nabenlager gegenüber der normalen Tangentialstellung ihrer Mittelebenen zur Planscheibe um einige Grade verstellt und rollt nun in Form einer einwärts oder auswärts gerichteten Spirale auf der Planscheibe ab und wandert hierbei mitsamt ihrem Nabenlager so lange seitlich, bis sie die neue Schaltstellung erreicht hat, die Verschwenkung wieder selbsttätig aufgehoben wird und wieder kreisförmige Abrollung erfolgt.

Weil die verhältnismäßig große Breite einer aus Einzelscheiben zusammengesetzten Reibrolle den Übersetzungsbereich beschränkt, kann dem Reibungsgetriebe in an sich bekannter Weise ein mehrstufiges und unter Belastung umschaltbares Zahnräderwechselgetriebe nachgeschaltet werden, welches den Übersetzungsbereich mit seiner Stufenzahl potenziert. Die Anpressung kann in bekannter Weise durch die Belastung geregelt werden. g_o

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Reibrolle, bestehend aus mehr als drei aneinandergereihten Einzelscheiben, die zur Vermeidung von Gleitbewegungen der außerhalb der Reibrollenmitte hegenden Einzelscheiben zwangsläufig durch Ausgleichszahnräder verbunden sind, gekennzeichnet durch die Zusammenfassung mehrerer benachbarter, außerhalb der Reib-. rollenmitte liegender Einzelscheiben zu einer in sich durch Getriebe ausgeglichenen Scheibengruppe, deren mittlere Scheibe Träger des Ausgleichsgetriebes ist und mit der Nabe der Reibrolle durch innerhalb dex Einzelscheibenausgleichsgetriebe liegende Zalinräderumlaufgetriebe verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen