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Lastdruckgesperre Die Erfindung bezieht sich auf ein Lastdruckgesperre,
das eine Bewegung nur vom Antriebsglied auf das Abtriebsglied überträgt, eine umgekehrte
Bewegungsübertragung aberverhindert.
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Die bekannten Einrichtungen dieser Art besitzen einen feststehenden
Bremsteil, einen mit dem Abtriebsglied starr verbundenen Unrundkörper und zwischen
diesen beiden Teilen Kugeln oder Rollen. Diese Klemmkörper werden von dem Antriebsglied
mitgenommen, dagegen bei Einleitung einer Bewegung über das Abtriebsglied zwischen
dem Unrundkörper und dem Bremsteil festgeklemmt, wodurch die Sperrung erfolgt.
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Diese Lastdruckgesperre sind an sich gut brauchbar und von einfacher
Bauweise. Es kann aber der Fall eintreten, daß nach dem Auftreten größerer rückläufiger,
d. h. von der Abtriebsseite aus auf das Gesperre wirkender Momente eine Bewegung
des Antriebsgliedes erschwert oder sogar unmöglich wird, daß also das rückläufige
Moment zu einer auch antriebsseitig nicht ohne weiteres aufzuhebenden Sperrung führt.
Man hat sich zwar dadurch zu helfen gesucht, daß die Reibung der Klemmkörper im
abtriebsseitigen Gesperreteil klein gegenüber der am feststehenden Bremsteil gehalten
ist. Die Bremskraft wird aber hierbei nicht unmittelbar an die Bremsfläche übertragen,
sondern über am abtriebssetigen Gesperreteil befestigte oder gelagerte Rollen weitergeleitet,
wodurch eine große Beanspruchung der Befestigungen oder Lager gegeben ist. -Von
den bekannten Lastdruckgesperren unterscheidet sich die neue Einrichtung dadurch,
daß zwischen dein abtriebsseitigen Gesperreteil und den mit dem feststehenden Bremsteil
in Gleitberührung stehenden Klemmkörpern frei bewegliche Lagerwalzen angeordnet
sind.
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Die abtriebsseitig ausgeübte Kraft geht demnach derart durch die Rollen
unabhängig von Lagerzapfen o. dgl. hindurch, däß die an der Wälzlagerbahn wirkenden
Kräfte senkrecht zur Bremsfläche stehen und damit eine erhöhte Bremswirkung ausüben.
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Zweckmäßig wird die Reibung zwischen den Klemmkörpern und dem Bremsteil
um
mindestens eine Größenordnung gegenüber der Reibung zwischen
den Klemmkörpern und dem abtriebsseitigen Gesperreteil erhöht. Das geschieht dadurch,
daß auf der einen Seite eine gleitende und auf der anderen Seite eine rollende Reibung
gewählt wird. Dadurch wird erreicht, daß eine durch ein abtriebsseitig auftretendes
Lastmoment eingetretene Hemmung mit erheblich kleinerer Antriebskraftgelöst werden
kann als bei der bekannten Einrichtung, denn das Wälzlager dient lediglich als Kraftübertrager.
Gleichzeitig brauchen dabei nur noch die mit den Wälzlagern in Berührung stehenden
Teile gehärtet zu werden. Es sei erwähnt, daß es bereits bei Klemmschaltwerken bekannt
ist, schwingende Schalthebel mit keilförmigem Ende gegen beiderseits symmetrisch
angeordnete Gesperreteile über Wälzlager abzustützen, wobei die Gesperreteile mit
ihrer anderen Fläche unmittelbar mit dem Abtriebsglied in Berührung kommen. Auch
hier dienen die Wälzlager einmal der Bewegungserleichterung, das andere Mal der
senkrechten Druckübertragung bei gleichzeitiger Klemmung zwischen zwei lilemmgesperneteilen.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele des neuen
Lastdruckgesperres. Es zeigt Fig. i ein zur Erläuterung dienendes Schema der bekannten
selbstsperrenden Einrichtung; Fig. 2 ein Schema der neuen selbsthemmenden Einrichtung,
Fig.3 ein Ausführungsbeispiel des neuen Lastdruckgesperres und Fig. 4. ein zweites
Ausführungsbeispiel. Die Erläuterungen sind zunächst auf geradlinige Bewegungen
abgestellt. Die überlegungen gelten aber auch für Drehbewegungen, die für den vorliegenden
Fall als Summe mehrerer kleiner geradliniger Bewegungen in tangentialer Richtung
zur Drehachse gedacht «-erden können.
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In Fig. i liegen zwischen zwei festen parallelen Flächen 3 und einem
das Abtriebsglied der Lastdrucksperre bildenden Keil d. zwei unter der Wirkung einer
Blattfeder i8 stehende Rollen 27 und 28. Greift an dem Abtriebsglied .I eine nach
unten gerichtete Last O an, so verklemmen sich die Rollen 27, 28 zwischen den Flächen
3 und dem Keil d. wie bei einem Kugelgesperre und verhindern eine Bewegung des Abtriebsgliedes
.4 in der Lastrichtung.
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Quer über das Abtriebsglied ,4 und die Rollen 27, -a8 erstreckt sich
das Antriebsglied i, das bei einer Bewegung nach unten mit seinen Mitttehtnern i'
zunächst die Rollen z;, eine kleine Strecke vor sich herschiebt, dabei die Sperrung
löst und dann auch den Teil d. mitnimmt. Greift jedoch am Abtriebsglied4 außer der
nach unten gerichteten Kraft P noch eine zusätzliche Last O an, so tritt wiederum
eine Sperrung ein. .
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Damit die Gesperreeinrichtung auch in der anderen Bewegungsrichtung
in gleicher Weise wirken kann, müßte sie entsprechend synitnetrisch gestaltet sein,
wie das durch den oberen, gestrichelt gezeichneten Teil angedeutet ist. Hinsichtlich
der Kräfteverteilung ist auch der untere Teil völlig symmetrisch ausgebildet. Es
genügt aber, wenn im folgenden nur eine seiner Hälften, und zwar die linke, betrachtet
wird.
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Unter Berücksichtigung, daß das Moment einer Kraft hinsichtlich eines
Punktes gleich dem Produkt aus dieser Kraft und dem senkrechten Abstand des Punktes
von der Wirkungslinie der Kraft ist, gilt für den Punkt C in Fig. i die Momentengleichung:
wobei P die Antriebskraft, F die Federkraft, 0 das zusätzliche Lastmoment und r
den Radius der Rolle 27 bedeutet. Der Winkel ß bezeichnet den halben Keilwinkel
und a den Reibungswinkel, der mit der Reibungszahl ,a durch die Gleichung [4 = tg
a verbunden ist.
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Nach einigen rechnerischen Umformungen ergibt sich die Beziehung:
In der Praxis hat sich für den Winkel ,6 ein Wert von 11,39 ergeben, wenn man die
Reibungszahl /6 von Stahl auf Stahl mit o,i für eine Sperrung aus der Bewegung heraus
ansetzt.
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Zur überwindung der Sperrung ist aber mit Reibungszahlen des Ruhezustandes,
die einen höheren Betrag haben, zu rechnen. Für tg a -- o,17 ergibt sich beispielsweise
zum Lösen der Sperrung eine Kraft :2 P .--- i i F -;- 5 l), wenn man beide Rollen
27 und 28 berücksichtigt. Bei noch ungünstigeren Verhältnissen und höheren
Reibungszahlen (tg a etwa 0,2) wäre ein Lösen überhaupt unmöglich. Für
Anordnungen,
bei denen abtriebsseitig größere, auf das Gesperre rückwirkende Last- j rnomente
auftreten und bei denen nur eine beschränkte Antriebskraft zur Verfügung steht,
ist also die bekannte Lastdrucksperre vielfach nicht brauchbar.
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Durch die Anbringung einer Schraubenfeder zwischen den auf derselben
Seite des Keils q. angeordneten Rollen 25 und 27 statt der Blattfedern 17 und 18
kann zwar die beim Lösen der Sperrung zu überwindende Federkraft verringert werden,
da dann jeweils nur die einfache Federkraft selbst zu überwinden ist. Trotzdem ist
aber zum Lösen der Sperrung immer noch das Mehrfache des Lastmomentes erforderlich,
denn diese hat, wie aus Gleichung (2) hervorgeht, auf die Kraft P nach wie vor einen
wesentlichen Einfluß.
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In dem durch die Fig.2 dargestellten Schema der neuen Einrichtung
sind zwischen dein Keil 4. und den festen Flächen 3 zwei Gleitkeile 7 und 8 angeordnet,
die mit dem Keil q. über Wälzlager 15, 16 und mit den festen Flächen 3 unmittelbar
in Berührung stehen. An sich müßte auch hier ähnlich wie in Fig. 1 eine auf die
Gleitkeile 7 und 8 wirkende Feder vorhanden sein. Sie ist der Einfachheit halber
nicht berücksichtigt worden, weil die dem Lösen der Hemmung entgegenstehende Federkraft
mittels der obenerwähnten Federanordnung stark reduziert werden kann, so daß im
wesentlichen nur der durch das Lastmoment verursachte Anteil der hemmenden Kraft
zu betrachten ist.
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Für beide Bewegungsrichtungen wäre auch hier ein entsprechend dem
gestrichelten Teil der Fig. 1 ausgebildeter symmetrischer Aufbau der Lastdrucksperre
vorzusehen. Doch genügt die einfache Darstellung, von der für die Ableitung wiederum
nur die eine Hälfte berücksichtigt wird.
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Die Reibung zwischen Keil q.. und Gleitkeil 7 ist geringer als zwischen
Gleitkeil.? und fester Fläche 3, da einerseits 'rollende Reibung, andererseits gleitende
Reibung vorliegt. Die Antriebskraft P wirke über den Mitnehmer 1' auf den Gleitkeil
7 und den Keil q..
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Bei einem zusätzlichen Lastmoment O ist nun die Gleichgewichtsbedingung
bei zwei Gleitkeilen je Gleitkeil: Summe der Vertikalkräfte P -t- gleich der Reibungskraft
R (Fig. 2)
Für P = 0 als Bedingung der Selbsthemmung ergibt sich Reibungswinkel a gleich Winkel
ß. Zum Lösen der Hemmung für beispielsweise ß = 5,75° und eine Reibungszahl von
tg a = o,15 genügt die geringe Kraft 2 P = # . Für tg a = o,2 würde der Wert der
Kraft lediglich auf 0 anwachsen, doch sind wegen der genügend großen Reibfläche
der Gleitkeile keine so großen Reibungszahlen zu erwarten. Aus vorstehendem ist
ersichtlich, daß die Verhältnisse erheblich günstiger liegen als bei der bekannten
Einrichtung gemäß Fig.1, denn dort ist nach Gleichung (1) die Lösekraft immer ein
Vielfaches der Lösekraft bei der neuen Einrichtung, auch dann, wenn die Federkraft,
d. h. der erste Summand der Gleichung (i) unberücksichtigt bleibt.
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Fig. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine Kupplung zur Verbindung
zweier gleichachsiger Wellen. i' sind die an der Antriebswelle befestigten Mitnehmer,
welche mit geringem Spiel in die Nuten 21 und 22 einer an der abtriebsseitigen Welle
2 befestigten Scheibe 4. eingreifen. Am Umfang der Scheibe 4: sind Zylindersegmente
g-12 gelagert. Zwischen diesen und dem festen hohl-. zylindrischen Bremsteil 3 befinden
sich Gleitkeile 5-8, die mit den Zylindersegmenten 9-12 über Wälzlager 13-16 in
Berührung stehen, während sie am Bremsteil 3 unmittelbar anliegen. Die Außenflächen
der Gleitkeile haben den gleichen Krümmungsradius wie die Bremsfläche des Teiles
3. Damit in jedem Fall eine völlig gleichmäßige Druckverteilung in den Wälzlagern
13-16 eintritt, müßten an sich die Auflageflächen parallele, einer logarithmischen
Spirale folgende gekrümmte Flächen sein. Es reicht praktisch aber aus, diese Auflageflächen
auf kreisförmig gekrümmte Flächen zu vereinfachen, die sich wesentlich einfacher
herstellen lassen.
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Vorzugsweise werden nur die Gleit- oder Ringkeile 5-8 und die Zylindersegmente
g-12 gehärtet. Die anderen Gesperreteile brauchen nicht gehärtet zu sein, wodurch
für die Herstellung der Einrichtung eine große Arbeitsersparnis erzielt wird. Die
Gleitkeile 5 und 8 sowie 6 und 7 sind jeweils durch Schraubenfedern 17 und 18 miteinander
verbunden.
Bei einer Drehung der Antriebswelle im Uhrzeigersinn
schieben die Mitnehmer i' die Gleitkeile 6- und 8 vor sich her und nehmen dann die
Scheibe. mit. Die Federn 17 und 1s drücken sich dabei etwas zusammen, so daß die
Gleitkeile 5 und 7 mühelos den Mitnehmern i' folgen können, da der Zwischenraum
zwischen den Zylindersegmenten 9, 11 und dem feststehenden Gesperreteil3 sich jeweils
nach der Seite der Federn 17 'und 18 hin vergrößert. Bei einer Drehung im entgegengesetzten
Sinne des Uhrzeigers ist der Vorgang entsprechend, nur daß dann die Mitnehmer i'
die Gleitkeile 5 und 7 vor sich herschieben.
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Wird jedoch von der Abtriebswelle 2 aus auf die Scheibe ,4 ein rückläufiges
Drehmoment ausgeübt, so werden je nach der Richtung des Momentes die Gleitkeile
6 und 8 oder 5 und 7 mittels der entsprechenden Zylindersegmente festgeklemmt, wodurch
die Bewegung der Welle :2 gehemmt wird und auf das Antriebsglied nicht übertragen
werden kann.
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Zum überwinden der Hemmung ist infolge der getroffenen Anordnung nur
ein Bruchteil der Kraft erforderlich, die die Hemmung bewirkte. Höchstens bei sehr
ungünstigen Reibungsverhältnissen muß dieselbe Kraft zum Lösen aufgewandt werden,
aber kein Vielfaches davon. Ein Festklemmen, wodurch eine Weiterdrehung fies Antriebsgliedes
verhindert würde, ist selbst bei stärksten zusätzlichen Drehmomenten der Abtriebswelle
unmöglich, wenn von Kräften abgesehen wird, welche so groß sind, daß bleibende Formveränderung
oder Zerstörung eintritt.
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Wie schon angedeutet, ist die Erfindung nicht auf Lastdruckgesperre
zur Übertragung von Drehbewegungen beschränkt. Sie kann auch für Lastdruckgesperre
zur Übertragung geradliniger Bewegungen vorteilhaft verwandt werden. Ein Beispiel
hierfür ist in Fig. d. dargestellt. Dort ist der feststehende Bremsteil e ein Zylinder,
in dem das Antriebsglied mittels der durch die Spalte 23 und 2.4 ragenden Zapfen
19 und 2o längs verschiebbar ist. Das Abtriebsglied a ist ein doppelkeilförmiger
Körper mit den Nuten 21 und 22, in die die Mitnehmer i' des Antriebsgliedes mit
einem kleinen Spielraum eingreifen und das Abtriebsglied .l mitnehmen. Zwischen
dem getriebenen Glied. und der inneren Fläche des Bremsteiles 3 liegen die Gleitkeile
5-8, die mit dem getriebenen Glied 4. über die Wälz-Lager 13-z6 in Berührung stehen
und je nach der Bewegungsrichtung durch die Mitnehmer vorgeschoben werden.
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Die inneren Flächen des feststehenden Bremsteiles können hierbei auch
eben sein. Die Gleitkeile 5-8 müßten dann statt der zylinderischen Reibflächen ebene
Reibflächen besitzen.