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Reibradgetriebe für großen Ubersetzungsbereich Die Erfindung macht
sich die Bewegungsvorgänge, die beim Abrollen einer kreisrunden Scheibe in einen
runden Zylinder oder beim Ab-
rollen eines Ringes auf einem vondiesein umfaßten
Zylinder auftreten, für Reibradgetriebe zunutze.
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In Fig. i wird die runde, Scheibe i vermittels biegsamer Welle im
Uhrzeigersinn gedreht und rollt dabei auf der umgebenden Innenwand des Zylinders
2 ab. Der Mittelpunkt 3 der Scheibe i bewegt sich dann -auf einem Kreis 4
entgegen Uhrzeigersinn mit der d/s-fachen Antriebsdrehzahl der biegsamen Welle,
sofern kein Schlupf eintritt.
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Eine ähnliche Vorrichtung ist in, der Pendelmühle, einer Art Kollergang,
zu erblicken. Bei dieser ist d kleiner als s, und die kraftschlüssige
Anlage der Sch,eibe i (Klöppel) an die Zylinderinnenwand:2 (Mahlscheibe) entsteht
hauptsächlich durch Kreiselkräfte. Es ist auch eine Anwendung dieses Prinzips für
den Antrieb schwingungstechnischer Arbeitsmajschinen- und zum Erzeugen von Schwingungen
in Bohrrohren bekanntgeworden. Das Ziel ist dabei das Mahlen oder das Erzeugen von
Schwingungen. Die vorliegende Erfindung umfaßt nun die Anwendung dieses Prinzips
zur Erzeugung von Übersetzungen in Reibradgetrieben. In Zahnrad- und anderen schlupffrei
formschlüssig arbeitenden Getriebenistesbereits,bekanntgeworden. Bei diesen entfallen
aber gerade die Vorteile, die sich bei Anwendung des Prinzips auf Reib-radgetriebe
nach -der Erfindung er,-eben. Bei der Übeersetzung von Drehzahlen ins Langsame erfolgt
der Antrieb dadurch,:daß,der Mittelpunktder Scheibe i in Fig. i auf die Kreisbähn
4 gezwungen wird, aber nicht geometrisch bedingt starr und zwangsläufig,
sondern
durch Fliebkraft, Federdruck, Hebelkraft oder magnetisch, und -die dabei eintretende
Verdrehung der Scheibe i bei kraftschlüssiger Afflage derselben an die Zylinderinnenwand
durch ein Kreuzgelenk, eine- biegsame Welle oder eine diese ersetzende Vorrichtung
abgenommen wird. Erfindungsgemäß kann jedoch bei Übersetzung ins Schnelle,der,Antrieb,
auch wie bei der Pendelmühle, also über -die biegsame Welle oderdas Kreuzgelenk,
erfolgen, wobei die Bewegung des Mittelpunktes 3
(Fig. i) der Schreibe i auf
seiner Kreisbahn4 durch eine geeignete Vorrichtung in Rotation des Abtriebes umgewandelt
wird, beispielsweise durch einen einfachen Kupplungsarm, der einerseits fest mit
der Abtriebswelle verbunden ist und in dem andererseits die -Scheibe i drehbar und
radial beweglich gelagert ist, wobei die Anpressung wieder durch Fliehkraft, Feder-druck
oder magnetischerfolgt.
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Wird umgekehrt in Fig.:2 ein topfähnliches Gebilde i durch eine biegsameWelle
im Uhrzeigersinn gedreht und rollt es dabei auf einen festen Zylinder 2 ab, so bewegt
sich sein Mittelpunkt 3 auf der Kreisbahn 4 ebenfalls im Uhrzeigersinn mit
einer Umlaufdrehzahl, die das d/s-fache der Antriebsdrehzah-1 der biegsamen Welle
beträgt. Drehrichtungsumkehr findet hier nicht statt. Erzwingt man durch geeignete
Vorrichtung die, Bewegung des Mittelpunktes 3 auf die Kreisbahn 4, aber nicht
georaetrisch bedingt starr, und zwangsläufig, sondern durch Fliehkraft, Federdruck
oder magnetisch, so kann über eine biegsame Welle, ein Kre#uzgelenk oder eine diese
ersetzende. Vorrichtung eine Drehbewegung von dem Ring i abgenommen werden.
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Fig. 3 zeigt eine spezielle Ausführung, an dem das Prinzip
hier weiter erläutert werden soll. In einem rotationssymmetrischen Gehäuse i ist
ein Präzessionsra#d 2 so gelagert, -daß es seitlich nicht ausweichen kann und im
Durchmesser ein bestimmtes kleines Spiel s hat. Dieses Rad 2 hat in der Mitte
einen Zapfen 3, auf welchem eine exzentrische Masse 4 gelagert ist. Diese
Masse 4 wird umgeben von einementsprechend ausgesparten und auf der Antriebswelle
5 des Getriebes fest-Z, -Utkeilten Gewicht 6, welches die Antriebsrotation
auf sie überträgt, die Bewegung in Fliehkraftrichtung aber gestattet.
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Die rotierende Fliehkraft der Masse 4 wird somit über den Zapfen
3 auf das Präzessionsrad:2 übertrag-en und erzwingt hierdurch die Klie:isbewegung
seines Mittelpunktes auf dem Kreis 4 der Fig. i, wobei sie den notwendigen Andruck
des Präzessionsrades 2 auf seiner Laufbahn erzeugt. Die überlagerte langsame Drehbewegung
des Rades 2 um seine eigene Achse, die der Drehrichtung der Masse 4 entgegengesetzt
gerichtet ist, kann wegen des geringen Spieles s durch ein Mitnehmerkreuz
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welches zugleich der langsam laufende Kraftabtrieb ist, und welches in
entsprechende Aussparungen des Rades 2 mit etwas Spiel eingreift, abgenommen werden.
Bei beispielsweise ioo mm 0 des Rades 2 und o,2 mm Spiel s beträgt
das Übersetzungsverhältnis ioo : o,2, oder 5oo : i. Bei i mm radialem
Spiel s beträgt die Übersetzung ioo : i. Das Gewicht 6 hat
nicht nur die Aufgabe, die Mitnahrne der exzentrischen Masse 4 zu bewerkstelligen,
es dient vielmehr auch zur Auswuchtung des Getriebes nach außen. In der dargestellten
Form eignet sich das übersetzungsgetriebe besonders für sehr hodhtourige Elektromotoren,
Preßluftmaschinen (Turbinen.), zum Antrieb von langsam laufenden Handbohrmaschinen
usw., aber auch zum Übersetzen von Schiff sturbinen, Explosionsturbinen usw. auf
langsame Drehzahlen. Sein LAnwendungsbereich erstreckt sich praktisch über das gesamte
Gebiet der Maschinentechnik.
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Das Getriebe hat in der dargestellten Form folgende Eigenschaften:
Bei kleiner Antriebsdrehzahl reicht,die Fliehkraft für kraftschlüssige Anlage des
Präzessionsrades 2 an seine Laufbahn im Gehäuse i noch nicht aus. Erst beim Steigern
der Antriebsdrehzahl entsteht die erforderliche Fliehkraft. Das Getriebe ist in
derdargestellten Form also zugleich eine sehr sanft eingreifende Kupplung und kann
unter voller Last an der Abtriebswelle angelassen werden, ohne daß dabei das Antriebsdrehnloment
zu groß werden kann.
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Bei Stillstand oder kleiner Drehzahl,der Antriebsseite ist die Abtriebsseite
beweglich, das Getriebe ist also zugleich Freilauf (nach beiden Richtungen).
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Bei mittlerer Antriebsdrehzahl nach vorhergehender größerer ist das
Getriebe aber auch zugleich Bremse. Bei Überlastung der Abtriebsseite tritt Schlupf
auf. Dabei wird aber das Antriebsdrehmoment nicht größer, die antreibende Kraftmaschine
(Kraftquelle) kann also nicht überlastet werden. Diese Eigenschaft haben im begrenzt-,-n
Maße auch gewöhnliche Reibradgetriebe, aber bei diesen treten dann sofort schr ungünstige
Verschle-iß- und örtliche Erwärmungserscheinungen auf, da der Berührungs- (Kraftübertragungs-)
Punkt auf der getriebenen Scheibe dann nahezu oder ganz stillsteht. Dieses muß man
bei gewöhnlichen Reibradgetrieben möglichst zu vermeiden such-en.
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Bei dem Getriebe nach Fig. 3 z. B. kann aber der getriebene
Teil sogar gänzlich blockiert werden, dennoch wandert der Berührungspunkt auf beiden
sich berührenden Reibteilen nach wie vor mit fast der gleichen Geschwindigkeit wie
beim schlupffreien Betrieb. Der Abrieb und Verschleiß erfolgt also gleichmäßig,
und die Erwärmung verteilt sich gleichmäßig am ganzen Umfange an beiden sich berührenden
Teilen. Es ist sogar möglich, den getriebenen Teil rückwärts laufen zu lassen und
dabei je nach Bedarf Freilauf oder Bremswirkung je nach Antriebsdrehzahl
einzustellen, z. B. bei Windenund Hebewerken.
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Das Getriebe vereinigt also sehr elastisch.- Kupplung, Freilauf, Bremse
und Überlastungsschutz in sich und ist gegen Bilockierung gänzlich unempfindli,ch.
Es kann ferner auch dazu benutzt werden, an der Abtriebsseite ein ganz bestimmtes
Drehmoment zu erzeugen, welches nur vonder antriebsdrehzahlbedingten Fliehkraft
abhängt. Es übernimmt also auch die Aufgabe einer nur mit der Antriebsdrehzahl einstellbar-en
Drehmomentenbegrenzung und Bruchsicherung, z. B. zum Anziehen
von
Schrauben und Muttern mit vorgeschriebenem Drehmoment.
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Als Reibradgetriebe hat es folgende hervorstechende Merkmale: Es baut
ungewöhnlich klein, einfach und raumausnutzend, kann praktisch für jede gewünschte
Leistung und Übersetzung ausgelegt werden undeignet sich zur Typisierung bei der
Fertigung, da nur durch geringfügige Spaltänderungen sehr weite Drehzahlbereiche
umfaßt werden. Ferner ist das Abrollen einer zylindrischen Scheibe in einer nur
wenig größeren Bohrung hinsichtlich zulässiger Anpressung (speziell Flächenpressung)
und Verschleiß günstiger als bei bekannten Reibradgetrieben. Der Rollwiderstand
ist klein, das Getriebe hat auch wenig Lager, und diese haben nicht die ganze Anpreßkraft
zu ühertragen, können also klein sein. Der Wirkungsgrad ist deshalb hoch.,Erforderlich
werdende Kühlung wird durch geeignete Bohrung im Gehäuse erzielt, da das umlaufende,
Gewicht 6 mit Masse 4 als Lüfterflügel dient und ausgestaltet werden kann
und die hindurchgepumpte Luft zwischen,d-em Spalt s hindurchtritt unddie
aufeinander abrollenden Flächen dabei wirksam kühlt.
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Durch einfache konstruktive Maßnahmen läßt sich der Charakter des
Getriebes in jedem gewünschten Sinne ändern. So ist eine weitgehende stufenlos veränderliche
Übersetzung zu erzielen durch Verstellung des Spaltess um kleine Beträge. Hierzu
wird, in dem 'Gehäuse i noch eine schwachkonische Laufbahn längs verschieblich angebracht,
und das Präzessionsrad 2 wird ebenfalls mit angepaßtem Konns versehen. Aber auch
eine selbsttätige oder vorübergehend wirkende selbsttätige Übersetzungsveränderung
ist mit einfachsten Mitteln zu erreichen. Ist die Laufbahn beispielsweise aus Gummi
oder die abrollende Fläche des Präzessionsra#des :2 selbst, so wird bei zunehmender
Antriebsdrehzahl und damit zunehmender Fliehkraft die Lauffläche weiter zusammengedrückt,
was einer Spaltvergrößerung, also Abnahmedes Übersetzungsverhältnisses gleichkommt.
Durch Änderung der Gurnmilaufbahn in Form und Material kann die Charakteristik der
Veränderung des Übersetzungsverhältnisses gleichkommt. Durch Änderung der gewünschten
Sinne, angepaßt werden.
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In Fi,.. 4 wird der in der zweiteiligen Lauf bahn 9
eingesetzte
schlauchförmige Gummiring io mittets Flüssigkeitsdrucks nach innen ausgedehnt, die
Laufbahn und der iSpalt s werden kleiner, die übersetzung größer. Durch Verringern
des Flüssigkeitsdrucks wird der Spalt wieder größer, bis das Präzessionsrad:2 sich
auf die Laufbahn für Dauerbetrieb. auflegt. In dieser Ausführung eignet sich das
Getriebe besonders für Kraftwagen, Triebwagen usw., da essowieso Kupplung, Bremse
und Freflauf in sich vereinigt und der Flüssigkeitsdruck zum Ausdehnen des #Gurnmischlauches
beim Anfahren mitdem Kupplungspedal gesteuert werden kann.
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Das Erzwingen der Anlage des Präzessionsrades:2 auf seine Laufbahn
im Gehäuse i ist auch durch eine federnd an#gedrückte Rolle auf der Innenseite des
PräzessionsradeS 2 möglich, an Stelle eines Fliehgewichtes. Es können auch Feder
und Fliehkraft gleichzeitig angewandt werden. In Fig. 5 ist eine Ausführung
dargesteIlt, bei der das Präze,ssionsrad2 und die federnd gelagerte Andrückrolle
durch ein, einf aches Kugellager i i ersetzt sind. Das Kugellager ist mit einer
Gummizwischenlage 12 oder -unter Zwischenschaltung von Federn auf einen Exzenter
13 auf der Antriebsachse aufgesetzt. Der Abtrieb erfolgt über ein Mitnehmerkreuz
14, welches mit Zapfen 15 in "entsprechende Einschliffe im Außenring des
Kugellagers eingreift. Entsprechendes Spiel ist dabei vorzusehen.
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In der Feinmechanik ist das Getriebe in dieser Form z. B. für die
Erzeugung langsamer Papiervorschu,bgeschwindigkeiten vorteilhaft sowie für die Erzeugung
aller langsamen Bewegungen mittels kleiner schnellaufender Motoren. Besondere Vorteile
sind auch hierbei der hohe Wirkungsgrad, die außerordentlich raumsparende Bauart
und der geringe Gestehungspreis.
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Schließlich können in besonderen Fällen die kraftschlüssige Anlage
und die Erzwingung der Abrollbewegung des Präzessionsrades auch magnetisch bewerkstelligt
werden, entweder mittels Elektro- oder mittels Dauermagnetismus.
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Die Laufbahn oder der Umfang des Präzessionsrades kann zur Erzielung
großer Reibungszahlen aus Reibstoffen hergestellt werden.