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Elastisch arbeitender motorischer Antrieb für Maschinen aller Art
Zum motorischell Antrieb von NIaschinen dienen im allgemeinen, abgesellen von der
direkten Kupplung, Seil-, Riemen-und Zahnrädertriebe. Die ersteren erfordern meist
großen Konstruktionsraum, die Zahnräder erheblichen Kostenaufwand, besollders bei
größeren Leistungen. Alle genannten Antriebsarten sind aber nicht schwingungsfrei,
besonders bei Riemen sind erhebliche Schwingungen bei größeren Längen zu beobachten.
Ueberdies erfordern alle Seil-und Riementriebe, gleichviel aus welchem Material
sie bestehen, eine die Lager belastende Vorspannung. Trotzdem ist der Riemenschlupf,
der Energieverlust und Verschleiß bedeutet, nicht vermeidbar. Die Zahnrädertriebe
führen häufig zu Geräuschen, die so stark werden können, daß die Triebe außer Betrieb
gesetzt werden miissen. Für manche Antriebe, z. B. von Präzisionswerkzeugmaschinen,
sind sie ungeeignet, weil sie infolge der von ihnen erzeugten Vibrationen die Präzision
der Schnittarbeit beeinträchtigen.
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Neben diesen am meisten verbreiteten Antriebsarten finden sich auch
Reibradantriebe, die aber, von nur welligen Ausnahmen abgesehen, praktisch keine
Anwendung gefunden haben.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Maschinenantriebs, der
die Mängel der bisher bekannten Antriebe vermeidet und die Ubertragung der Leistung
eines Antriebsmotors auf eine anzutreibende Maschine in der Weise erlaubt, daß eine
stoß-und schwingungsfreie Leistung der angetriebenen Maschine unter allen Betriebsbedingungen
bei höchstem Wirkungsgrad gewährleistet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung davon aus, daß die Leistungsübertragung
durch
reine, also schlupflose Rollbewegung erfolgen soll, und zwar
mit Hilfe zweier Rollen, von denen die eine eine festgelagerte Rolle ist, während
die andere eine gemeinsam mit einem Motor um einen Festpunkt schwingbar gelagerte
Rolle ist. Beide Rollen liegen unter Haftreibungsschluß aneinander an.
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Gemäß der Erfindung ist die kinematische Verbindung der Berührungsstelle
der beiden Rollen mit dem Lager der schwingenden Rolle und ihres Motors als Mehrgelenk-,
insbesondere Dreigelenksystem ausgebildet.
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Gemäß der Erfindung ist dieses Mehrgelenksystem mit Bezug auf die
schwingende Rolle und ihr Lager so angeordnet, daß die unter Belastung in den Rollen
auftretenden Kräfte auf Spannung des Mehrgelenksystems wirken.
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Ausführungsbeispiele, in denen das Erfindungsprinzip und seine praktische
Anwendung ersichtlich ist, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. I die
diagrammatische Darstellung eines Rolltriebs mit Außenberührung der festgelagerten
Rolle, bei welchem das Lager des schwingenden Rollsystems innerhalb des Umfangs
der festgelagerten Rolle liegt ; Fig. 2 eine ähnliche Darstellung des Falls, bei
welchem das Lager des schwingenden Rollsystems außerhalb des Umfangs der festgelagerten
Rolle angeordnet ist ; Fig. 3 und 4 dwie diagrammatische Darstellung von Rolltrieben,
bei denen die schwingende Rolle die festgelagerte Rolle am inneren Umfange berührt
; Fig. 5 und 6 eine Darstellung der praktischen Ausführung des in Fig. I gezeigten
Falls ; Fig. 7 und 8 die Darstellung eines reversierbaren Antriebs für zwei Drehrichtungen
; Fig. g und IO die Anwendung eines Antriebs gemäß Fig. r zum Antriebe einer Karusselldrehbank
; Fig. 11 und I2 eine Abänderung des in Fig. 5 und 6 gezeigten Antriebs ; Fig. I3
eine weitere Ausführungsform nach dem Prinzip der Fig. I ; Fig. I4 bis I6 einen
zweistufigen Antrieb.
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In dem Diagramm der Fig. I bedeutet das feste Lager einer angetriebenen
Rolle 2, die z. B. die Antriebsscheibe für eine Werkzeugmaschine oder Arbeitsmaschine
sei. Auf dem äußeren Umfang der Rolle 2 liegt eine Rolle 3, die auf der Welle I2
eines Elektromotors befestigt zu denken ist und als treibende Rolle bezeichnet wird.
Diese Rolle 3 ist drehbar gelagert am Ende eines Hebelarms 4, dessen anderes Ende
im Gelenk 5 an einen weiteren Hebel 6 angeschlossen ist, der in dem Festlager 7
schwingend gelagert ist. Die Rolle 3 berührt die Rolle 2 im Punkt 8.
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Die Stellung, in welcher die treibende Rolle 3 in Fig. I am weitesten
links gezeigt ist, sei die Ruhelage. Beginnt jetzt die treibende Rolle 3 sich im
Uhrzeigersinne zu drehen, so muß sie auf dem Umfang der getriebenen Rolle 2 nach
rechts abwärts rollen. Dabei werden die Hebel 4 und 6 in ihrer Lage verändert, bis
dle getriebene Rolle die äußerste rechte Stellung 3'erreicht hat. Das ist der Fall,
wenn die Hebel 4 und 6 des Gelenksystems in eine gerade Linie gestreckt sind, welche
die Verbindungsgerade zwischen dem Festpunktlager 7 und dem Drehpunkt I2 der treibenden
Rolle 3 darstellt.
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Kinematisch ist der Vorgang einfach und das System dahin zu definieren,
daß die kinematische Verbindung zwischen dem Berührungspunkt 8 und dem Festpunktlager
7 ein Mehrgelenksystem ist, in welchem die wie ein Wälzhebel wirkende Stützrolle
3 das erste Glied, der Zwischenhebel 4 eine Koppel und der um den Festpunkt 7 schwingende
Hebel 6 eine Kurbel ist.
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Die vorstehende Betrachtung erfolgte unter der Annahme, daß die Kurbel
6 und die Koppel 4 gewichtslos seien, und nur unter dieser Annahme ist die rechte
Grenzstellung 3'und die absolut gestreckte Lage von Kurbel und Koppel richtig. In
Wirklichkeit sind aber Kurbel und Koppel mit Masse und je nach der konstruktiven
Ausführung mit erheblichem Gewicht ausgestattet. Für solche Fälle aber, und dieses
sind die allein praktisch denkbaren, ist eine völlige Streckung des Gelenksystems
ausgeschlossen. Vielmehr kann, und das hängt von den auf Kurbel und Koppel einwirkenden
Kräften ab, die äußere Endlage 3"der treibenden Rolle immer nur eine solche sein,
wie sie in Fig. I dargestellt ist, in welcher die Kurbel die Lage 6", die Koppel
die Lage 4"und die Stützrolle die Lage 3"einnimmt, wobei sich die Rollen im Punkt
8"berühren. Das heißt, daß in dieser Lage die kinematische Kette 6", 4" auch bei
der größten praktisch denkbaren Spannung immer durchhängen muß. Das steht im Einklang
mit der bewiesenen Tatsache, daß ein waagerechter materieller Faden durch an seinen
beiden Enden angreifende Kräfte gespannt nur dann eine mathematischen Gerade bilden
kaml, wenn die Spannkräfte unendlich groß sind. Anders ausgedrückt bedeutet dies,
daß kein materieller Faden oder keine materielle Kette durch daran angreifende Endkräfte
in die absolute Gerade gespannt werden kann. Auf den Fall der Fig. I angewendet,
ergibt sich also, daß bei waagerechter Anordnung der Drehachse I die auf die kinematische
Kette 3, 4, 6 einwirkenden Kräfte eine Durchhängung dieser Kette bedingen müssen,
die zwischen der nur theoretisch denkbaren Lage 3', 4', 6' und der Ruhelage 3, 4,
6 liegen muß.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I tritt die dargestellte Durchhängung
bzw. Einknickung des Gelenksystems immer ein, wenn die Drehachsen waagerecht verläuft
und Koppel 4 und Kurbel 6 durch ihr Gewicht wirken können.
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Dasselbe tritt aber auch dann ein, wenn die Achse 1 senkrecht steht.
In dieser Lage können zwar die Gelenkteile 4 und 6 nicht auf Durchhängung der Kette
einwirken, wohl aber kann man am System z. B. im Gelenkpunkt 5 eine Kraft, z. B.
eine Feder g anbringen, die an einem Fest-
punht lo befestigt ist
ulld als Zugfeder wirkend eine ständige auf Durchkllickung des Dreigelenksystems
wirkende Belastung darstellt, und offensichtlich ähnliche Wirkungen auslösen muß,
wie die Gewichte der Koppel 4 und der Kurbel 6, die man nacil bekannten Regeln auch
als eine im Gelenkpunkt 5 angreifende Resultierende konstruieren l ; ann.
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Von diesen Verhiltnissen ausgehend ist nun gemäß der Erfindung der
NIotor, dessen Leistung mittels der treibenden Rolle 3 auf die getriebene Rolle
2 einer. \lasclline übertragen werden soll, mit der Koppel 4 starr verbunden.
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Ein praktisches Ausführungsbeispiel ist in den I ; ig. 5 und 6 gezeigt.
Hier ist I eine feste Achse, 2 clie um clie achse I drehende getriebene Scheibe,
7 ist das Festpunlitlager des Dreigelenksystems, 6 die in diesem Festpullktlager
schwingbar gelagerte Kurbel, 5 das Gelenk, in welchem die Koppel 4 an die Kurbel
6 anschließt. Die Koppel bestellt in diesem Falle aus einem soliden Konsolhegel,
auf Dessen Kopf ein Elektromotor 11 starr befestigt ist. Auf der Motorwelle I2 ist
die treibende Scheibe 3 befestigt, die im Punkt 8 auf der getriebenen Scheibe 2
anliegt. Die Zahlen 3, 4, 6 zeigen die Ruhelage und 3', 4', 6' die, die äußerste,
theoretisch denkbare Endlage.
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Die Maßnahme, die Koppel mit dem Stator des Elektromotors starr zu
verbinden oder, anders ausgedrückt, den Stator des Antriebsmotors in die Koppel
zu verlegen oder als Koppel auszubilden, bedingt für den Rolltrieb besondere Wirkungen.
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Denkt man sich clie in Fig. 6 dargestellte Einrichtung mit einer
xvaagerechten Achse I, so svird das System bei gewisser NTerteilung der Massen in
der Ruhelage in der Stellung verbleil) en, die durch die Zahlen 3,, 6 gekennzeichnet
ist. Läuft nun der Llektromotor an, und zwar so, daß er die auf seiner Welle aufgekeilte
Rolle 3 im Uhrzeigersinne drellt. so tritt im Stator des Motors ein gleich großes
Gegendrehmoment auf, das entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne clie Koppel 4 um den
Drehpunkt 12 ZU drehen bestrebt ist, d. h. das Statorgegendrehmoment Md' wirkt einer
Streckung des Gelenkes ebenso entgegen wie die Gewichte von Kurbel und Koppel und
eine etwa im Gelenkpunkt 5 angebrachte Zugfederbelastung 9. Da aber andererseits
im Berührungspunkt 8 die rollen 3 und 2 ullter Haftherührung stehen, so muß die
Rolle 3 auf clem Umfang der Rolle 2 abrollen und eine dem Gegendrehmoment bzw. den
Gegenkräften entgegenwirkende allmähliche Spannung u"(l Streckung des Gelenksystems
herbeifüllren, \vol) ei die in der Berührungsstelle üSertragene Umfangskraft ansteigt
und die getriebene Rolle 2 aus cler Ruhe bis zu der Umdrehungszahl beschleunigt,
die cler zu übertragenden Leistung entspricht.
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Aus diesen Verhältnissen ergibt sich, daß bei jeder Leistung das
aus Stützrolle 3, Koppel 4 und Kurbel6 bestehende Drieigelenksystem eine ganz bestimmte
Lage einnehmen muß, in der sich die aus dem Drehmoment lid der treibenden Rolle
3 einerseits und aus den entgegengesetzten 13elastungen von Kurbel und Koppel sowie
dem Gegendrehmoment. Md' des Alotors andererseits herrührenden Kräfte das Gleichgewicht
halten. Anders ausgedrückt hesagt dieses, daß die inneren Kräfte des Systems bei
jeder Belastung sich im Gleichgewicht befinden und für jede Belastung eine ihr entsprechende
Lage des Systems selbsttätig einstellen.
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Damit ist aber die Grundbedingung dafür erfüllt, daß in dem Berührungspunkt
8, in dem sich treibende und getriebene Rolle berühren, immer nur ein reines Rollen
stattfinden kann und somit ein Schlupf, durch den die reine Haftreibung zwischen
den beiden genannten Rollen gestört werden könnte, vermieden wird.
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Der grundlegende Fehler, der allen bisher bekannten Reibradkraftübertragungen
anhaftete und damit ihre praktische Anwendbarkeit verhinderte, ist somit endgültig
beseitigt.
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Es ist leicht einzusehen, daß das neue System allen Änderungen der
Belastung ohne Verzögerung und ohne Schlupf elastisch folgt. Tritt z. B. ein Belastungsstoß
in der getriebenen Maschine auf, so nimmt sofort der Motor eine entsprechende Afehrleistung
auf, die Umfangskraft steigt, das Gelenksystem wird straffer gestreckt. Dabei wirkt
aber das vermehrete Gegendrehmoment des Motors der Streckung der Gelenkverbindung
dämpfend entgegen, d. h. die Einwanderung der treibenden Rolle in die der neu aufgetretenen
Belastung entsprechende Stellung vollzieht sich elastisch und stoßfrei. Tritt umgekehrt
in der getriebenen Rolle eine plötzliche Entlastung ein, so vermindert sich die
Stromaufnahme und damit das Motordrehmoment. Die auf Einknickung des Systems wirkenden
Kräfte, nämlich das ebenfalls verminderte Motorgegendrellmoment und die Gewichtskräfte
der Kurbel und Koppel überwiegen und drehen das System in eine tiefer geknickte
Stellung ein, so daß der Drehpunkt 12 der treibenden Rolle entgegen der Umfangsrichtung
der getriebenen Rolle zurückwandert. Auch diese Lagenv eränderung vollzieht sich
stoßfrei und vollkommen elastisch, so daß auch in diesem Falle das reine Rollen
der beiden Rollen 3 und 2 aufeinander nicht gestört werden kann.
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Es ergibt sich aus dieser Wirkung des neuen Systems w eiterhin, daß
Unrundheiten, Schwingungen und irgendwelche Unregelmäßigkeiten, die in den Laufflächen
der getriebenen Rolle auftreten könnten, den Berührungsschluß zwischen treibender
und getriei) ener Rolle nicht beeinträchtigen können, weil das System dauernd unter
elastischer Innenspannung steht, die eine Anderung der Relativlage der einzelnen
Systemteile gegeneinander nur in elastischer Erscheinungsform erlaubt. Somit braucht
also die getriebene Rolle nicht zylindrisch zu sein, sondern sie kann auch elliptisch
oder polygonal sein oder irgendeine Kurve haben, woraus sich die Möglichkeit ergibt,
mit Hilfe des neuen Antriebs unmittelbar eine gleichförmig drehende bewegung in
eine periodisch sich wiederholende ungleichförmige Bewegung umzusetzen.
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Aus der Fig. 6 und ihrer vorstehenden Beschrei-
bung,
welche die überaus hohe Empfindlichkeit und Selbsteinstellung des Schwingrollensystems
erkennen läßt, ergibt sich aber, daB dieses System unmittelbar auch als ein Dynamometer
ohne weiteres verwendbar ist. Zu diesem Zweck braucht man z. B. am Gelenkpunkt 5
nur eine Schnur I4 anzuhängen, die über eine Rolle I5 gewunden mit dem anderen Ende
an einer Zugfeder I6 befestigt ist. Auf der Rolle I5 sitzt ein Zeiger I7, der über
einer Skala 18 spielt und auf dieser unmittelbar die übertragene Leistung bzw das
jeweils herrschende Drehmoment anzeigt. Selbstverständ-I ich kann man diese Dynamometeranzeigevorrichtung
in jeder beliebigen bekannten Weise ausbilden, z. B. mit kontinuierlich graphisch
auftragenden Indikatoren usw. Auch kann man die Anzeigevorrichtung statt am Gelenkpunkt
5 an anderer Stelle, z. B. an der Kurbel 6 oder an der Koppel 4, ansetzen.
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Aus der Fig. 5 ergibt sich der außerordentlich einfache Aufbau des
Antriebs. Auf einer Bodenplatte I7 sind zwei Wangen I8, die aus Blech geschnitten
sein mögen, aufgeschweißt. Zwei Kurbeln 6 sind ebenfalls aus Blech geschnitten und
oben zwei Lappen 20 angeschweißt. Der Motor I I ist auf einer Blechplatte 2I befestigt,
auf deren Unterseite zwei ebenfalls aus Blech geschnittene Koppeln 4 stumpf angeschweißt
sind. Die durchgesteckten Bolzen 5 und 7 bilden die Gelenkdrehpunkte. Es ist bemerkenswert,
daß diese Konstruktion keine sehr hohe Genauigkeit verlangt, insbesondere spielen
geringe Differenzen bei den Achsenabständen keine Rolle, da sich ja der Antrieb
automatisch in die richtige Belastungsstellung einstellt. Obgleich, wie oben bemerkt,
der Antrieb nicht schwingungsanfällig ist, ist es natürlich nicht unvorteilhaft,
die getriebene Scheibe möglichst schwingungsfrei zu bauen. Dieser Forderung kommt
die weitere Eigenart des Erfindungsgegenstands entgegen, daB nämlich die Berührungsfläche
in den kraftübertragenden Rollen äußerst gering ist. Zum Beispiel hat zur Übertragung
von 20 PS die treibende Rolle 3 nur eine Breite von 20 mm. Infolgedessen benötigt
die getriebene Scheibe am AuBenkranz auch nur sehr geringe Breite. Man kann daher
die getriebene Scheibe 2 selbst, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, äußerst schmal
halten. In dem in Fig. 5 gezeichneten Ausführungsbeispiel besteht die Scheibe 2
aus einem Eisenblech von etwa 30 mm Stärke. In dieses ist in der Mitte eine Nabe
22 eingesetzt und wie angedeutet, durch Schweißung fest verbunden.
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Die Nabe ist ein einfacher Abschnitt von einem entsprechend starken
Stahlrohr. Die Scheibe sitzt auf dem Zapfen 23,. der in einem festen Lager 24 gelagerten
Mittelwelle I. Man kann die flache Blechscheibe durch radiale Blechrippen 25 verstärken,
die aus Eisenblech geschnitten und mit der Scheibe und der Nabe verschweißt sind.
Es empfiehlt sich jedoch, solche radialen Versteifungsrippen in ungerader Anzahl
anzuordnen, da bekanntlich in gerader Anzahl angeordnete Rippen das Auftreten von
Resonanzschwingungen begünstigen. Will man die Scheibe besonders leicht machen,
dann können auch Durchbrechungen 26 ebenfalls in ungerader Anzahl angeordnet werden.
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Um die Grenzlagen des Antriebs festzulegen, haben die Koppeln4 zwei
Anschlagflächen27 und 28, die sich in den Grenzstellungen gegen eine gerade Anschlagfläche
29 der Kurbeln anlegen, so daB das Gelenksystem die in Fig. 6 eingezeichneten beiden
Grenzstellungen nach außen nicht überschreiten kann. Dieses ist wichtig, weil dadurch
der Antrieb in seiner Betriebsstellung nach dem Einbau gesichert ist.
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Grundsätzlich die gleiche Anordnung ist in den Fig. I I und I2 gezeigt.
Der Unterschied liegt nur darin, daß hier der Kurbelarm durch einen Kurbelexzenter
6 ersetzt ist, das mit den Zapfen 7 in einem Lager 30 gelagert ist. Arbeit und Wirkungsweise
ist die gleiche, wie mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben wurde.
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Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. g und I0 ist das gleiche Schwingsystem
mit senkrechten Achsen angeordnet und dient zum Antrieb einer Karusselldrehbank,
deren Tisch mit 3r gezeichnet ist, der auf der Unterseite die Rollkränze 2 und 2'
trägt. In einem festen Bock 32 liegt das Festpunktlager 7, in dem das die Kurbel
6, die Koppel 4, den Motor I I und die treibende Scheibe 3 enthaltende Gelenksystem
schwingbar gelagert ist.
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Die Wirkung ist offenbar dieselbe, wie mit Bezug auf die Fig. I und
6 beschrieben ist.
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Man kann auch an demselben Rollkranz oder an einem zweiten äußeren
Rollkranz 2'ein weiteres in gleicher Weise ausgebildetes Antriebsaggregat anordnen,
wie dies in Fig. zo in der unteren Hälfte schematisch angedeutet ist. Hierdurch
erhält man beispielsweise zwei verschiedene Betriebsdrehzahlen für die getriebene
Scheibe, je nachdem, welcher Motor Strom erhält. Es ist unbedenklich, zwei oder
mehr Antriebsmotoren gleichzeitig laufen zu lassen, denn sie spielen sich, wie früher
beschrieben, automatisch auf die in ihren Treibrollen jeweils auftretenden Belastungen
ein und bedürfen somit keiner Synchronisierung. Derartige Mehrfachantriebe können
von Vorteil insbesondere für sehr schwere Werkzeugmaschinen sein, bei denen die
Zuführung der Leistung mittels eines einzigen Motors zu schweren und umfangreichen
Getrieben führen müßte.
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Der Antrieb gemäß der Erfindung kann aber auch für zwei entgegengesetzte
Drehrichtungen ausgeführt werden. Ein Beispiel hierfür zeigen die Fig. 7 und 8.
Auf einer Grundplatte 33, die mittels Fundamentschrauben 34 und Einstellmuttern
35 in der Höhe adjustierbar ist, sind zwei Lagerböcke 7 angeordnet. In jedem Lagerbock
schwingbar ist eine Kurbel 6 angeordnet, an die im Gelenk 5 je eine Koppel 4 anschließt.
Das Koppelpaar 4 ist gelenkig verbunden mit einer Schließe 36, die als Konsole für
den darauf befestigten Motor II dient, auf dessen Welle die treibende Scheibe 3
sitzt, die auf dem Scheitel der festgelagerten getriebenen Scheibe 2 aufliegt. Gegenüber
dem in den Fig. I, 6, I0 und I2 gezeigten Dreigelenksystemen liegt hier
ein
doppeltes Viergelenksystem vor, insofern zu den Gelenkpunkten 7, 5 und 8 noch die
Gelenkpunkte 37 hinzugekommen sind. Sonst sind aber die Wirkungen und Erfolge bei
diesem doppelwirkenden Antrieb die gleichen, wie sie bisher beschrieben wurden.
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In Fig.8 ist der Zustand gezeichnet, wo der Motor im Uhrzeigersinne
umläuft und damit auf dem Scheitel der getriebenen Scheibe 2 nach rechts herül)
er gelaufen ist. Demzufolge sind die linkes liegenden Teiles und 6 des Gelenksystems
gestreckt, die rechts liegenden Teile dagegen lose eingeknickt. Wird der Motor ausgeschaltet,
so rollt die gesamte Konstruktion auf der Rolle 3 in die Mitte ein oder bleibt etwas
rechts davon liegen, wobei alle Gelenke praktisch entspannt sind. Wird der Motor
im umgekehrtenDrehsinne eingeschaltet, claml läuft die Rolle 3 nacll links und spannt
jetzt die rechts liegenden Teile des Gelenksystems. Die Umkehrung der Stromrichtung
bewirkt also ein selbsttätiges Einwandern voneinerBetriebsstellung in die andere.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, kann das treibende Rad 3 auf dem Innenkranz eines
getriebenell Rades rollen oder schließlich auch, wenn der Radius der getriebenen
Rolle = oo wird, auf einer geracien Fläche. Der letztere Fall ergibt einen sehr
einfachen und zuverlässigen Antrieb für Maschinen mit hill uncl her gehender Bewegung,
z. B. eine Hobelmaschine.
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In allen drei Fällen vollziehen sich aber die Kraftübertragungsvorgänge
und die selbsttätige Einstellung des Antriebs auf die jeweils gegebene Belastung
genau in der gleichen Weise, wie dies in bezug auf Fig. 6 dargelegt wurde.
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In den Fig. 2, 3 und 4 sind diagrammatisch weitere Me6glichkeiten
der räumlichen Anordnung eines. \ntriel) s gemäß3 der Erfindung mit Dreigelenksystem
gezeigt. Die Bezugszeichen dieser Figuren entsprechen denen der Fig. r, so daß eine
besondere Beschreibung der Wirkung der in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele
sich erübrigt.
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Das Mellrgelenksystem kann jedoch noch in einer besonderen Weise
ausgebildet werden, die in dem Ausführungsbeispiel der Fig. I3 gezeigt ist. Hier
ist der Motor 11 an einem nach einer Kettenlinie gekrümmten Trägerelement 38 befestigt,
das um den Festpunkt 7 schwingt. Läuft der Motor entgegen dem Uhrzeigersinne an,
so bewegt sich der Motor infolge Abrollens der Rolle 3 auf der getriebenen Scheibe
2 nach links, wobei der Träger 38 federnd gestreckt wird. Auch in diesem Falle wirkt
das Gegendrehmoment des Motors der Streckung entgegen, und damit ist der innere
Spannungsausgleich des Systems wieder gegeben. Der Träger 38 besteht zweckmäßig
aus einem entsprechend breiten Band aus Federstahl von solcher Stärke, daß dieses
Band den auf den getriebenen Rollenkranz2 sich abstützenden Motor in der richtigen
Betriebslage hält.
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In Fig. I3 ist die getriebene Rolle 2 ein Schwungrad. Um dieses gegen
das Auftreten von Schwingungen zu sichern, ist der Schwungkranz 40 schmal, aber
sehr hoch, d. h. mit hohem radialen Widerstandsmoment ausgerüstet. Auch in diesem
Falle ist die Anzahl der Durchbrechungen 4I bzw. Speichen 42 eine ungerade.
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Alle in den Figuren gezeigten Antriebe sind sowohl für um waagerechte
als auch um senkrechte Achsen drehende Rollen verwendbar, sofern nur zu Beginn der
Rollbewegung die Rollen in Berührung stehen. Diese Bedingung kann in einfacher Weise
durch entsprechende Andruckmittel, z. B. bei senkrechter Anordnung der Drehachsen
des Ausführungsbeispiels nach Fig. I durch eine Zugfeder 9, die aber nur so stark
zu sein braucht, daß eine Berührung der Rollen 3 und 2 beim Anlaufen sichergestellt
ist, erfüllt werden.
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Hier wird der Unterschied gegenüber dem Riementrieb, der immer eine
bestimmte Mindestspannung des Riemens und somit Mindestbelastung der durch den Riementrieb
verbundenen Achsen erfordert, ohne weiteres ersichtlich, noch deutlicher aber der
Unterschied gegenüber den bisher bekannten Reibradantrieben, bei denen in der Regel
die Zusammenpressung der Rollen zwecks Vorspannung so hoch getrieben wurde, daß
darunter die Lebensdauer sowohl der Reibrollenlaufflächen als auch der Lagerungen
gefährlich beeinträchtigt wurde. @ Bei waagerechter Achsanordnung gemäß den Fig.
I, 6, 8 und 12 wirkt das Gewicht des Motors und des Gelenksystems je nach Anordnung
und Dimensionierung auf Berührungsschluß in den Laufflächen. Dieser Effekt ist aber
im Gegensatz zu den bekannten Systemen keine unbedingte Notwendigkeit, so daß also
die Gewichtswirkung bei dem neuen System für den Berührungsschluß bei allen Belastungen
und auch in der Ruhe unerheblich ist. Dennoch können die Gewichte von Motor und
Gelenken bei waagerechter Achsanordnung für die elastische Wirkung des Antriebs
insbesondere im Zusammenarbeiten mit dem Motorgegendrehmoment nutzbar gemacht werden.
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Die schematischen Darstellungen zeigen, daß für die Anwendung des
neuen Rolltriebs die weitesten Gebiete offenstchen. Es leuchtet ein, daß Maschinen
mit Riemenscheiben und Schwungscheiben, die bisher mit Hilfe von Seilen, Riemen
oder Keilriemen angetrieben wurden, leicht auf den neuen Antrieb umgebaut werden
können, indem an den anzutreibenden Scheiben oder Schwungrädern schwingende Rolltriebe
in einer der gezeigten Ausführungsarten angelegt werden.
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Das System eröffnet aber daneben neue Bahnen für die Konstruktion
von Arbeitsmaschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, Pumpen, Kompressoren u. dgl.,
wie z. B. in den Fig. g und I0 gezeigt wurde.
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Der Antrieb ist aber auch umkehrbar in der Weise, daß die Scheibe2
eine treibende Scheibe ist, auf welcher die Rolle 3 als getriebene Scheibe rollt.
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Der mit der Scheibe verbundene Motor wird dann entsprechend zum Generator.
Es handelt sich also in diesem Falle vorzugsweise um die tSbersetzung einer langsam
drehenden Bewegung in eine schnell
drehende Bewegung. Praktische
Anwendung können solche Antriebe z. B. finden bei langsam umlaufenden Wasser-oder
Windkraftwerken. Man kann aber das System auch in der Weise abwandeln, daß man die
festgelagerte Scheibe 2 festhält, so daß sie zu einem undrehbaren Rollkranz wird.
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Bei dieser Ausführungsform wird der Schwingsystemlagerpunkt 7 (Fig.
I) zwangsläufig auf einer Kreisbahn geführt, sei es indem man den Kurbellagerzapfen
in einer Kreisbahn 7' zwangsläufig führt oder aber auf dem freien Ende eines um
den Mittelpunkt I drehbaren Kurbelarmes 7"befestigt.
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Ein solches System, das mit senkrechten Achsen arbeitet, kann in einfacher
Weise mittels einer Feder g in Haftberührung gehalten werden, die wie in Fig. I
gezeichnet ist, zwischen Mittelpunkt I und Gelenk 5 eingeschaltet ist. In diesem
Falle kreist der Motor I auf dem Umfang des feststehenden Rollkranzes 2 als Planet.
Man kann aber auch bei drehbarer Anordnung des Rollenkranzes 2 den Kurbelarm 7"bzw.
das in der Kulisse 7'beweglich gelagerte Kurbellager 7 belasten und dem drehenden
Rollkranz 2 ebenfalls eine Belastung zuweisen, dann entstehen zwei gegenläufige
Kreisbewegungen, wobei die gegenläufigen Umlaufgeschwindigkeiten den verschiedenen
Belastungen entsprechen.
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Aus den dargestellten Ausführungsbeispielen und der Beschreibung
ergibt sich, daß die Erfindung ein sehr weites Anwendungsgebiet in der Technik umfaßt,
jedenfalls universeller verwendbar ist, als die üblichen Riemen-und Zahnrädertriebe,
diesen gegenüber aber den Vorteil größter Einfachheit, geringer Baukosten, sehr
hoher Elastizität, praktischer Schlupffreiheit und somit höchsten Wirkungsgrads
der Kraftübertragung aufweist.
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Der neue Antrieb eröffnet aber auch für die getriebenen Scheiben
und Schwungräder der verschiedensten A {aschinen neue Möglichkeiten. In Fig. 13
ist gezeigt, wie man die Schwungräder für den neuen Antrieb besonders schmal ausbilden
kann, in Fig. 5, wie man sie aus einfachem Blech fertigen kann. In geeigneten Fallen
kann man auch Scheibenprofile wählen, wie sie im Turbinenbau meistens angewendet
werden. In Fig. II ist z. B. eine Scheibe 2 gezeigt, wie sie bei Turbinen als Scheiben
gleicher Festigkeit bezeichnet werden.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die aufeinander rollenden
Rollen bzw. Scheiben zvlindrisch dargestellt. Selbstverständlich kann man sie auch
je nach dem vorliegenden Sonderzweck am Umfang ballig oder konisch ausbilden, der
letztere Fall wird z. B. praktisch, wenn man ein stufenloses Regelgetriebe mit einem
Antrieb gemäß vorliegender Erfindung ausstatten will. Bei solchen Anordnungen ist
die getriebene Rolle ein Konus von entsprechendem Winkel und Mantellänge, auf welchem
die treibende Rolle mit einer zylindrischen oder auch konischen Treibscheibe rollt.
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Man kann den Antrieb der vorliegenden Erfindung auch mehrachsig ausbilden,
indem man die Achse I der in der Anmeldung beschriebenen Ausführungsheispiele zum
schwingenden Mittelpunkt eines weiteren Schwinggelenksystems macht. Der Antrieb
kann ferner als mehrstufiger Antrieb, etwa in der Weise ausgebildet werden, daß
die getriebene Scheibe eine Vielstufenscheibe ist, der gegenüber das schwingende
System durch Axialverschiebung und entsprechende Adjustierung des festen Kurbellagers
eingerichtet wird.
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Bei diesen mehrstufigen Ausführungen kann der Motor, wie bisher dargestellt,
mit nur einem Rollkranz und die getriebene Rolle mit einer beliebigen Anzahl gegeneinander
abgestufter Rollkränze ausgestattet sein.
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Man kann aber auch, und das hat besondere Vorteile, beide Rollen
mit einer gleichen Anzahl von Rollkränzen ausstatten. Diese letztere Ausführung
ist schematisch in den Fig. I4 bis I6 dargestellt.
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Hier zeigt Fig. I4 einen zweistufigen Rolltrieh in Seitenansicht,
Fig. I5 denselben frontal gesehen, Fig. I6 einen Querschnitt durch die benachbarten
Rollkrãnze in vergrößertem Maßstabe.
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Auf einer Grundplatte 4I sind zwei Lagerböcke 42 aufgesetzt, z. B.
stumpf aufgeschweißt.
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In ihnen ist ein Kurbelexzenter 45 mit den exzentrischen Lagerzapfen
43 drehbar gelagert. Außerhalb der Lagerböcke sind auf den Lagerzapfen Distanzbüchsen
44 aufgesetzt, die in ihrer Lage durch Endscheiben 46 gehalten werden mittels auf
den Lagerzapfenenden aufgeschraubter IDoppelmuttersicherungen 47. Auf dem Exzenterzylinder4s
ist ebenfalls drehbar ein den Elektromotor 50 tragender Motorsockel 49 gelagert
und in axialer Richtung gegen Verschiebung durch geeignete Mittel, z. B. Querbolzen
56, gesichert. Diese Anordnung ist grundsätzlich die gleiche, wie sie in Fig. 11
und Fig. I2 dargestellt ist. Auf der Motorwelle ist ein Ritzel aus geeignetem Werkstoff
aufgekeilt, das zwei Rollkrãnze SI, 52 aufweist. Auf einer Achse 53 ist drehbar
eine ebenfalls mit zwei Rollkrãnzen 54, 55 ausgestattete getriebene Rolle gelagert.
Wie die Fig. I4 und I6 zeigen, liegen in der gezeichneten Darstellung der kleinere
Rollkranz SI des Treibritzels und der größere Rollkranz der getriebenen Rolle im
Eingriff.
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Soll das Ubersetzungsverhältnis geändert werden, so werden die Muttern
47 rechts gelöst und rechts angezogen, wobei der Motor mit dem Kurbelexzenter 45
um den Betrag A nach links verschoben und der Rollkranz 52 des Ritzels mit dem Rollkranz
55 in Eingriff gebracht wird. Danach werden die Muttern 47 rechts festgeschraubt,
womit die Axiallage des schwingenden Motoraggregats wieder gesichert ist.
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Fig. I6 zeigt, daß die Summe der Radien der im Eingriff befindlichen
Rollkränze 52 und 54 im zweiten Falle nur um einen sehr kleinen Betrag B größer
zu sein braucht als die Summe der in der gezeichneten Stellung im Eingriff befindlichen
Rollkränze 51 und 55, um eine gegenseitige Berührung dieser letzteren in der zweiten
Betriebs-
stellung zu verhindern. Dasselbe bzw. die vollständige
Gleichheit der Radiensummen könnte man natürlich auch erreichen, wenn man den seitlichen
Abstand C der Rollkranzpaare größer machen würde. Das müßte aher zu einer Verbreiterung
des Ritzels führen, die bei dessen fliegender Anordnung auf der Motorwelle ungünstig
wäre.
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Im übrigen folgt auch dieser Rolltrieb den Gesetzen, wie sie an Hand
der diagrammatischen Darstellungen der Erfindung bisher erläutert wurden.
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Selbstverställdlich ist der Mehrstufentriel) gemäß der Erfindung
nicht auf zwei Stufen beschränkt, ebenso zeigen die Fig. 14 bis I6 nur eine von
V ielen möglichen Konstruktionen eines Mehrstufentriebs. Man kann ihn z. B. mit
allen vorher schon beschriebenen ilfseinrichtungen ergänzen, z. T3. einen mit dem
Exzenter 45 fest verbundenen Hebel 48 ausstatten, an dem eine feder 48' zur Regulierung
des Anpressungsdrucks angreift, deren Spannung durch geeignete Mittel verändert
werden kann.
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Alle gezeichneten und erläuterten Ausführungsbeisl) iele zeigen,
daß cler neue Rolltrieb gemäß der Erfindung eine systembedingte sehr hohe Elastizität
in sich enthält, und das unterscheidet ihn grUlldlegend von der Mehrzahl der bisher
bekannten Reibtriebe. Bei diesen ist gewöhnlich das Ritzel aus relativ weichen und
nachgiebigen Stoffen, z. B.
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Gummi, Leder, Holz, Pappe, Zellstoffmasse u. dgl. gefertigt und infolgedessell
starkem Verschleiß unterxvorten. Die Erfindung schließt die Anwendung solcher Ritzell)
austoffe nicht aus. Rolltriebe gemäß der Erfindung mit Ritzeln aus sehr festen Kunstharzpreßmassen,
z. 13. Gewehekarta, haben sich einwandfrei bewährt. Die Systemelastizitãt erlaubt
aber die Ver\vendung praktisch starrer Rollell, z. 13. eines auf Gußeisen laufenden
Stahlritzels. Alan kann aber auch, da, wie oben dargelegt, in der Berührungsfläche
reines Rollen gewährleistet ist, nacll dem Vorbilde des AATãlzlagers Stahl auf Stahl
laufen lassen, ohne die extremen Anpressungsdrücke aufwen (len zu müssen, die bei
reinen Stahlreibtrieben bisher üblicher Bauart unvermeidlich sind.