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Fliehkraftbetätigte Reibbackenkupplung mit Eingriffsverzögerung Es
ist bekannt, durch selbsttätige Anlaßkupplungen, die verzögert eingreifen, das Anlaufen
von Kurzschlußläuferantrieben so zu vereinfachen, daß es nur der Bedienung eines
elektrischen Schaltgeräts bedarf, um den Anlaßvorgang mit begrenzten Anlaßströmen
durchzuführen, ohne daß besondere elektrische oder mechanische Verbindungsglieder,
wie Gestänge, Drahtleitungen od. dgl., zwischen Schaltgerät und Kupplung erforderlich
sind.
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Weiterhin ist es bekannt, solche Kupplungen als Innenbackenreibungskupplungen
auszubilden, deren beweglich angeordnete Reibbacken beim Anlauf der Kupplung infolge
ihrer Trägheit auf Abrollbahnen auflaufen, von denen sie am Ende des Anlaufs unter
der Wirkung der Fliehkraft wieder abrollen. Diese Abrollbahnen verlaufen beinahe
im rechten Winkel zur Fliehkraftrichtung und öffnen sich in Drehrichtung der Kupplung,
so daß in die Richtung der Abrollbahn nur eine verhältnismäßig kleine Fliehkraftkomponente
fällt, deren Kleinheit es ermöglicht, das Greifen der Kupplung auch nach Erreichen
der Nenndrehzahl noch weiter zu verzögern, so daß z. B. ein Kurzschlußläufermotor
vor dem Greifen der Kupplung noch auf seine Leerlaufdrehzahl hochläuft, wo sich
auch die besten Verhältnisse für eine elektrische Umschaltung ergeben.
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Die Erfindung hat die vervollkommnende Ausgestaltung einer solchen
selbsttätigen Anlaßkupplung zum Gegenstand. Der für den Steuerungsvorgang zweckmäßigste
Verlauf der Abrollbahnen nach einer logarithmischen Spirale wird in praktisch ausreichender
Annäherung durch eine mechanisch leichter herzustellende archimedische Spirale erreicht,
die sich auf dem kurzen jeweils in Frage kommenden Ast mit der logarithmischen Spirale
deckt. Um die Verzögerung möglichst groß zu erhalten,
muß die Steigung
möglichst flach genommen werden. Dadurch besteht die Gefahr, daß durch Verschmutzung
der Abrollvorgang beeinträchtigt wird, so daß ein wertvolles weiteres Merkmal die
Auflösung der Bahn in Streifen darstellt. Einzelheiten können dem im nachstehenden
an Hand der Zeichnung behandelten Ausführungsbeispiel entnommen werden, wobei auch
ein Herstellungsverfahren für diese Ablaufbahn eingehend beschrieben wird.
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Bei der mit der Abb. I in einem ganzen und teilweisen Schnitt senkrecht
zur Rotationsachse und in Abb. 2 längs der Rotationsachse dargestellten Kupplung
verkörpert der Kranz I die anzutreibende Kupplungshälfte, die nach Art einer Leerscheibe
durch Deckel 27 jeweils in einem Rollenlager 28, 29 um die Nabe 3I der antreibenden
Kupplungshälfte (Antreiber 3) frei drehbar angeordnet ist, die auf der Motorwelle
2 sitzt. Der Antreiber 3 ist im Bereich seiner senkrecht zur Rotationsachse stehenden
Mittelebene flanschartig ausgebildet. Mit ihm wirkt das dort an seinem Unfang lose
übergreifende Paar seiner Bremsbackenkörper 4 (der zweite Körper ist in der Darstellung
fortgelassen) zusammen, und zwar in der Weise, daß der Körper 4 mittels einer Traverse
5, die an ihm (an ihren Enden in Wälzlagern 6 gefaßt) in rollender Reibung drehbar
gelagert ist, in einen Raum 7 hineingreift, der an zwei diametral gegenüberliegenden
Stellen im Bereich des Umfanges des Antreibers 3 geschaffen ist. Bei diesem Raum
7 handelt es sich um einen sich beiderseits einer durch die Rotationsachse gehenden
Symmetrieebene (Abb. I) längs des Winkels α1 erstreckenden Schlitz, der die
Abrollbahnen 8 entstehen läßt, und um einen freien Durchlaß radial nach außen, der
die Mitnehmerflanken 9 liefert, während die Fläche I4 die Begrenzung nach innen
zu bildet.
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Die Abrollbahn 8, deren Herstellung weiter unten näher erläutert wird,
weist in jedem Punkt ihres Verlaufs den gleichen Winkel b zur Fliehkraftrichtung
auf, die als Fahrstrahl radial vom Rotationsmittelpunkt nach außen gerichtet ist.
Im erwähnten theoretischen Idealverlauf ist sie durch eine logarithmische Spirale
gekennzeichnet, bei der die Tangente T in einem beliebigen Abstützpunkt P zum Fahrstrahl
den konstanten Winkel ß < 9o° bildet, wobei der Fahrstrahl mit wachsendem Winkel
α nach logarithmischem Gesetz allmählich größer wird.
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Bei der mit Abb. I und 2 dargestellten Anordnung muß dann der (mittels
einer hier nicht näher interessierenden Federanordnung im Stillstand stets radial
nach innen gezogene) ein gewisses Massenträgheitsmoment um die Rotationsachse besitzende
Reibklotzschwungkörper 4 während der (z. B. im Sinn des Uhrzeigers erfolgenden)
Anfahrbeschleunigung des Motors mit der Welle 2 eine Lage einnehmen, bei der die
Traverse 5 sich auf der Abrollbahn 8 nicht im Punkt P, um den Winkel α von
der Ecklage entfernt, abstützt, sondern in der durch den Winkel α1 gekennzeichneten
Ecklage selbst. Diese Ecklage, die nach Maßgabe des Massenträgheitsmoments des Schwungkörpers
einerseits und der Winkelbeschleunigung der Motorwelle 2 andererseits durch eine
im entgegengesetzten Drehsinn wirkende Umfangskraft erzwungen wird, bleibt so lange
aufrecht, wie die Anfahrbeschleunigung des Motors dauert. Geht diese zu Ende, dann
wird die Ecklage unter dem Winkel aα verlassen, weil infolge des von einem
rechten Winkel abweichenden Anstellwinkels ß nach dem Gesetz von der schiefen Ebene
eine im Vorwärtsdrehsinn gerichtete Kraftkomponente aus der einzurücken trachtenden
Fliehkraft erzeugt wird, die den Schwungkörper 4 mit seiner Traverse 5 in der Motordrehrichtung
unter wachsendem Winkel a vorwärts rollen läßt, auf welchem Wege er auch an der
Stelle vorbeikommt, wie sie in Abb. I mit dem Punkt P zur Darstellung gebracht ist.
Mit dem weiteren Vorwärtsrollen gelangt die Traverse 5 dann an den radialen Auslaß
der Ausnehmung 7 des Antreibers 3, wodurch der Schwungkörper 4, nunmehr der einrückenden
Fliehkraft preisgegeben, radial auswärts stürzt, bis er sich am zylindrischen Innenumfang
des Kupplungskranzes I reibend abstützt, womit die Kupplung zum Eingriff gelangt
ist.
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Im eingerückten Zustand der Kupplung stützt sich dann, wie mit Abb.
3 gezeigt, die Traverse 5 an der Flanke 9 des Antreibers 3 ab, wobei das Drehmoment
in Gestalt einer dort auftretenden Umfängskraft von der Motorwelle 2 über den Schwungkörperbremsklotz
4 reibungsmäßig auf den Kupplungskranz I übertragen wird. Das nunmehr den Vorgang
beherrschende, am Bremsklotz 4 gegenüber dem Kranz I erzeugte Reibmoment bewirkt
zunächst ein Gleiten, bis der Kranz I mit seiner Last auf die Drehzahl der Motorwelle
:2 beschleunigt ist.
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Während dieses Reibvorganges sind die Kupplungsinnenteile durch den
an den Reibflächen auftretenden Abrieb der Verstaubung ausgesetzt, so daß auch an
den Abrollflächen 8 eine gewisse Staubablagerung entsteht. Um nun zu vermeiden,
daß beim nächsten Anlaßvorgang dieser Staubbelag auf der Abrollbahn 8 dem Abrollvorgang
hinderlich werden kann, sieht die Erfindung die Maßnahme vor, die Abrollbahn 8 in
schmale Streifen aufzulösen, an denen die Rollberührung dann unter verhältnismäßig
großer Flächenpressung erfolgt, so daß die Staubschicht durchgedrückt und nicht
mehr aufgewalzt wird: Dadurch bleibt gewährleistet, daß beim Abrollen stets Metall
auf Metall arbeitet, und es wird die Behinderung des Rollvorganges vermieden, wie
sie beim Arbeiten von Metall auf Staubschicht eintritt.
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Diese Auflösung der Rollflächen in Streifen wird z. B. durch eine
Gestaltung der Traverse 5 verkörpert, wie sie mit den,Abb. i bis 3 veranschaulicht
ist. Anstatt die Traversen 5 mit ihrer zylindrischen Wälzfläche io unmittelbar auf
der Fläche 8 rollen zu lassen, ist die Wälzfläche io beispielsweise mit einem Federkörper
i i bewehrt, der nach Art einer Schraubenfeder aus hartem Stahldraht von vornehmlich
rundem Querschnitt gewunden, übergeschoben und zu beiden Seiten z. B. durch je einen
in
einer eingestochenen Rille I2 liegenden Springring I3 gegenüber einer axialen Verschiebung
festgelegt ist. Zum Zweck des Durchdrückens der Staubschicht wäre an sich eine Umgestaltung
der zylindrischen Wälzfläche Io dahin, daß durch mehr oder weniger tiefe und spitze
Einstiche sozusagen mehr oder weniger scharfe Schneiden an deren Außenfläche entstehen,
das gegebene. Wegen der verhältnismäßig großen Kräfte aber, um die es sich sowohl
bei der Abstützung an der Rollfläche 8 während des Abrollvorganges (Abb. I und 2)
als auch an der Mitnehmerflanke 9 während des Dauerbetriebs (Abb. 3) handelt, zumal
die Beanspruchungen bis zu einem gewissen Grad auch stoßartig auftreten können,
wären aber dann die Beanspruchungen an den Schneiden um so weniger ausreichend sicher
zu beherrschen, je schärfer diese für das Durchdrücken der Staubschicht gestaltet
werden. Durch die Anwendung des Federkörpers II mit dem relativ dünnen Stahldraht
indessen entstehen gewissermaßen schneidenartige Streifen, die, wenn auch im unbelasteten
Zustand nur auf einer Linie tragend, sich je nach den auftretenden Kräften zu einer
Fläche verbreitern. Durch diese Verbreiterung wird die Beanspruchung entsprechend
herabgesetzt. Beim Überschreiten der Elastizitätsgrenze ergibt sich dann eine bleibende
Deformation in der Weise, daß eine Abplattung des Kreisquerschnittes des Stahldrahtes
angewalzt wird. Man hat also stets den denkbar größten Flächendruck zum Durchdrücken
der Staubschicht zur Verfügung, wie er bei dem betreffenden Material überhaupt möglich
ist, ohne Brüche befürchten zu müssen. Die größtmögliche Schärfe der Schneide bzw.
Schmalheit des Streifens stellt sich jeweils von selbst ein, und der mit diesem
Vorgang verknüpfte Deformationsweg erzeugt eine zur Aufnahme der Stöße und Schonung
der Wälzlager 6 recht vorteilhafte Federwirkung.
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Es ist natürlich nicht zwingend, die zum Zwecke des Durchdrückens
der Staubschicht vorgesehenen schmalen Streifen gemäß dem Beispiel nach Abb. I bis
3 mit dem Federkörper II von eigener Federwirkung zu verwirklichen. Wo die Beanspruchungen
dies zulassen, kann auch mit Streifen gearbeitet werden, die am Umfang der Walzen
Io z. B. durch Einstechen von Gewinderillen beliebiger Ganghöhe oder durch Einstechen
von Rillen ohne Gewindesteigung herausgearbeitet sind. Es könnte auch dazu übergegangen
werden, Streifen an der Walzenfläche Io ganz oder teilweise waffelartig oder, mit
spitzen Zähnen, stachelig zu gestalten, so daß mehr oder weniger scharfe Spitzen
den Staub durchstoßen.
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Anstatt die Maßnahmen an den Traversen I5 vorzusehen, steht auch nichts
im Wege, sie in die Abrollflächen 8 selbst, z. B. in Gestalt aufgelegter Rostflächen,
Stahlblech-, Stahldrahtarmierungen od. dgl., zu verlegen. Es kann dann ganz oder
teilweise auch mit einer glatten zylindrischen Wälzfläche Io der Traverse 5 gearbeitet
werden. Man könnte auch dazu übergehen, z. B. den Flanschteil des Antreibers 3 ganz
oder teilweise aus gestanzten Blechen paketiert herzustellen und so im Bereich der
Abrollflächen 8 (gegebenenfalls unter Beilage von Füllamellen oder auch Zwischenstücken,
die nach außen einen vollen Durchlaß geben könnten) in einfacher Weise die Auflösung
in Streifen bewirken.
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Endlich sieht die Erfindung auch noch vor, die Führungsreibung, die
beim Abrollvorgang des Schwungkörpers 4 gegenüber dem Außenumfang des Flansches
des Antreibers 3 auftritt, durch besondere Pfropfen 32 aufzunehmen, die mit einer
Schmierung, z. B. einer Trockenschmierung mit Graphit od. dgl., versehen sind und
sowohl leicht auswechselbar als auch leicht einstellbar sind.
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Bei dem in Abb. 4 und 5 dargestellten Verfahren zur Herstellung eines
einwandfreien Kurvenverlaufs der Abrollbahn 8 handelt es sich darum, diese so entstehen
zu lassen, daß deren Fahrstrahl proportional dem Winkel α (Abb. I) zunimmt.
Hierzu wird, wie in Abb. 4 in einer Draufsicht in Richtung der Antreiberachse dargestellt
und in Abb. 5 im ganzen und teilweisen Schnitt von der Seite gezeigt, der Antreiber
3 in einem Kreisring I5 befestigt, der in einer Schlittenführung, wie sie durch
die Wangen I6 schematisch dargestellt ist, z. B. in einer lotrechten, zur Antreiberachse
senkrecht stehenden Ebene sowohl auf und ab bewegt als auch gleichzeitig um den
Winkel α1, wie etwa durch einen Kurbeltrieb mit der Pleuelstange I7, aus der
dargestellten Mittellage nach links und rechts geschwenkt werden kann. Der mit dem
Antreiber 3 zugleich auf und ab verschiebbare Ring 5 stützt sich unter seinem Gesamtgewicht,
gegebenenfalls durch zusätzliche Gewichts- oder Federwirkung verstärkt, auf ein
Lineal I8 ab, das mit seiner unteren Kantenfläche 24 auf Rollen I9 ruht, die, durch
einen Käfig 2o zusammengehalten, auf einer waagerechten Fläche 2I laufen.
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Wenn bei dieser Anordnung der Ring I5 mit seinem Antreiber 3 um den
Winkel α1 nach links und rechts verschwenkt wird, dann wird das Lineal I8,
das an seiner oberen Kantenfläche 23 einen Doppelkeil mit dem Neigungswinkel y bildet,
unter der Reibung mitgenommen und geradlinig hin und her geschoben, wobei sich der
zylindrische Außenumfang des Ringes I5 längs der Winkelbogen α1 ohne zu gleiten
an der Linealkante 23 abwälzt. Dadurch entsteht mit der Verschwenkung des Ringes
15 und damit des Arbeitsstückes 3 eine Auf-und Abwärtsbewegung nach dem gewünschten
Gesetz, wie es sich geometrisch aus der Abwälzung einer um den Winkel y zur Waagerechten
geneigten Geraden an einem Kreis ergibt, dessen Mittelpunkt sich auf einer Senkrechten
bewegt. Auf diese Weise läßt ein im Raum feststehendes Werkzeug, wie z. B. die um
eine feste Achse rotierende Schleifspindel 22 oder ein Fingerfräser od. dgl., die
Abrollbahn 8 im richtigen Verlauf entstehen, wobei natürlich nichts im Wege steht,
die Schleifspindel 22, wie dies zur Erzielung eines guten Schliffes erforderlich
ist, zugleich längs ihrer Achsrichtung eine Hinundherbewegung ausführen zu lassen.
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Die Kantenflächen 23 und 24 des Lineals 18 können mit einfachen Mitteln
mit großer Genauigkeit
im Rundschliff hergestellt werden, wodurch
nicht nur erreicht wird, daß ein Verkanten in seiner lose gestaltbaren Führung 25
ohne Einfluß bleibt, sondern auch eine dem fehlerfreien Abrollen förderliche Linienberührung
gegenüber dem Ring I5 bzw. den Rollen I9 eintritt. Anstatt des Ringes I5 könnte
sich auch der zylindrische Außenumfang des Antreibers 3 selbst an der Kante 23 des
Lineals I8 abwälzen, wobei der radiale Durchlaß zwischen den Flanken 9, wie Versuche
gezeigt haben, nicht hinderlich wäre. Er könnte sogar dazu herangezogen werden,
über einen im Knickpunkt 3I der Keilfläche 23 vorgesehenen, nach oben heraustretenden
Nocken von passender Breite zu greifen und damit den Keil I8 in seiner Mittellage
zu orientieren, wie dies natürlich auch bei Anwendung des Ringes I5, der im übrigen
auch nach Art eines um den Umfang des Antreibers 3 gelegten Stahlbandes ausgestattet
werden könnte, zusätzlich vorgesehen werden könnte.