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Reibungskupplung oder-bremse
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sie unabhängig von den Reibungskoeffizienten der Reibkörper durch vektorielle Kräfteverlagerung wirkt, indem sie sich jeweils innerhalb einer materiell vorgegebenen Reibkörperkonstellation immateriell selbständig einstellt, welche Konstellation am Reibkranzumfang im Bereich der geringsten Reibungs- wirksamkeit einerseits und der grössten Reibungswirksamkeit anderseits vorgesehen ist. Die praktische Verwirklichung des Erfindungsgedankens geschieht beispielsweise dadurch, dass zur Reibungserzeugung je ein Reibkörper an den den extremen Reibungsbeiwerten entsprechenden Stellen an den Armen einer ungleicharmigen Wippe angeordnet ist, wobei es vorteilhaft ist, dass die Wippe ein Schneidlager als Abstützpunkt aufweist.
Dieser Drehpunkt der Wippe ist auf einem in einem Abstützpunkt gelagerten Betätigungshebel an- geordnet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Abstützpunkt für die Kraftübertragung so angeordnet, dass die durch die vektorielle Kraftverlagerung entstehenden Abstützreaktionskräfte zum Betätigen von Hilfsbacken verwendet werden.
Zur Erläuterung sei die Erfindung am Beispiel einer Innenbackenanordnung beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 die Kräftezusammenhänge bei der Reibungserzeugung an einer Innenbackenanordnung, Fig. 2 die zugehörige graphische Darstellung, Fig. 3 die vektorielle Kräfteverlagerung der Anordnung gemäss Fig. 1, Fig. 4 die im Abstützpunkt der vektoriellen Kräfteverlagerung der Fig. 3 auftretenden Reaktionskräfte zum Betätigen von Hilfsbacken zur Erzielung zusätzlicher Wirkungen, Fig. 5 eine Festhalteeinrichtung der Reibkörper in Draufsicht in Richtung der Rotationsachse, und Fig. 6 einen hiezu senkrechten Schnitt nach der Linie A-B in Fig. 5.
Bei den mit den Fig. 1, 3 und 4 gezeigten Innenbackenanordnungen handelt es sich zusammen mit den eingetragenen Kräfteplänen um halbschematische Darstellungen in Draufsicht längs der Rotations- achse--0--, wobei durchwegs die Richtung des ausgeübten Reibungsmomentes im Uhrzeigersinne angenommen ist, so dass der jeweils am Reibkranz-l-für den entgegengesetzten Drehsinn eingetragene Richtungspfeil die Bewegungsrichtung des Kranzes-l-für den Fall einer Bremse kennzeichnet, bei der die Innenbackenanordnung feststeht.
Im Falle der Reibungskupplung, bei welcher dagegen das Reibungssystem der Innenbackenanordnung gegenüber dem Kranze-l-beschleunigend wirkt, wäre der eingetragene Richtungspfeil umzudrehen und als für den Drehsinn des umlaufenden Bremssystems geltend zu betrachten, gegenüber welchem der Reibkranz-l-zurückbleibt, wenn nicht überhaupt zunächst noch stillsteht.
Bei der Anordnung der Fig. 1 greift an der zylindrischen Innenfläche des Reibkranzes --1-- vom Radius-r-- ein schmaler, stabförmiger Reibkörper --2-- von ungefähr halbkreisförmigem Profil an, der in eine entsprechende Rille am Aussenumfang des Reibbackens --3-- in ihr verdrehbar eingebettet ist. Der Reibbacken --3-- ist um den festen Gelenkbolzen --4-- bzw. dessen Mittelachse schwenkbar gelagert.
Aus der Anpresskraft --K--, die am rechten Ende des Backens --3-- angreift, entsteht gemäss dem Kräfteplan am Reibkörper -2-- wegen der Verdrehbarkeit in seiner Rille stets gleichsam punktförmig im Abstützpunkt --A2-- des Reibkranzes --1-- die Umfangskraft --U-- aus der Abstütz- resultante-P--, die zur radialen Normaldruckkomponente --N-- unter dem Reibungswinkel p ge-
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irgendwelchen Gründen auf den der unteren Kurve ab, so dass eine gleichgebliebene Anpresskraft-K- nur noch eine stark abgesunkene Umfangskraft --U-- gemäss Punkt --B2-- hervorzubringen vermag, dann lässt sich die Reibungsumfangskraft --U-- trotzdem wieder auf den alten Wert bringen, wenn der
Winkel at2 auf den Winkel a2 vergrössert, d. h.
der Reibkörper --2--, wie in Fig. 1 in ausgezogenen
Linien dargestellt, auf den Punkt --A2 -- gebracht wird, zu dessen Winkel a2 in Fig. 2 der Kurvenpunkt - des zum geringsten Reibungskoeffizienten gehörenden unteren Kurvenastes rechnet, der den gleichen Wert von U/K aufweist. Wenn nun in dieser Reibkörperstellung der Reibungskoeffizient wieder aufseinen alten hohen Wert zurückkehrte, dann entstünde die ausserordentliche Steigerung der Umfangskrafterzeugung im Hochschnellen vom Punkt-B ;- der Fig. 2 auf den Punkt --B4--, die aber ohne weiteres ebenfalls dadurch zu beseitigen wäre, dass man den Reibkörper --2-- wieder auf den Abstütz- punkt-A'-vom Winkel α'2 zurückschöbe und damit in Fig. 2 wieder auf den Ausgangspunkt-Bekäme.
Wie mit dieser Betrachtung zunächst für ein Absinken bzw. Hochschnellen des Reibungskoeffizienten jeweils vom beispielsweise angenommenen Höchstwert unmittelbar auf den Tiefstwert und umgekehrt gezeigt, bestünde also nur durch ein Verschieben des Reibkörpers --2-- längs des Umfanges des Backens --3-- vom Punkte --A2-- auf --A'2-- bzw. --A'2-- auf --A2--- die Möglichkeit, in Fig. 2 den Wert U/K gemäss der Waagrechten --B1, B3-- unverändert aufrecht zu erhalten. Was nun für den hier durch die beiden Kurvenäste dargestellten Höchstwert bzw. Tiefstwert gilt, gilt in gleicher Weise auch für jeden beliebigen Zwischenwert des Reibungskoeffizienten innerhalb des hier beispielsweise angenommenen Bereiches.
Mit ändern Worten : Gäbe es ein einfaches Mittel, das in der Lage wäre, diese Umfangsverschiebung des Reibkörpers --2-- streng gemäss dem aus den Schnittpunkten mit der Waagrechten-Bg, B -sich ergebenden Kurvengesetze selbsttätig und dazu auch noch trägheitslos herbeizuführen, dann wäre innerhalb des vorgesehenen Bereiches der Reibungskoeffizient aus dem Resultat des Reibungserzeugungsvorganges überhaupt völlig herausgenommen. Dieses Mittel soll, nur mit dem Unterschiede, dass an Stelle der gedachten körperlichen Verschiebung des Reibkörpers --2-- die immaterielle Verschiebung eines Kraftvektors tritt, der gegenüber einer festliegenden Reibkörperkonstellation in vektorieller Kräfteverlagerung die Aufgabe löst.
An Hand des in Fig. 3 gebrachten Beispieles soll nun erläutert werden, wie die beiden an den Umfangspunkten --A1 und A2-- sich abstützenden Reibkörper --2', 2-- jene Konstellation liefern, gegenüber welcher sich die vektorielle Kräfteverlagerung abspielt, wobei die Reib- körper auf einem als Wippe --6-- ausgebildeten Reibbacken angeordnet sind. Der Abstützpunkt --A2-- der Wippe liegt unter dem gleichen Winkel a2 zur Lotrechten, wie der in Fig. 1 auf dem Backen--3-- angeordnete Reibkörper --2-- und kann gemäss dem Kurvenpunkt --Bs-- der Fig. 2 selbst bei einem auf den in Betracht gezogenen Kleinstwert abgesunkenen Reibungskoeffizienten, den vollen Wert U/K aufrecht erhalten. Der Punkt --A2 -- ist also ein Reibungsort grösster Reibungswirksamkeit.
Der andere Abstützpunkt--Al--hingegen liegt auf der Lotrechten selbst, für die der Winkel a = 0 gilt, was gemäss der oberen Kurve der Fig. 2 bedeutet, dass praktisch in deren Tiefstpunkt --M-- gearbeitet wird, bei dem beim höchsten in Betracht gezogenen Reibungskoeffizienten der Wert U/K am kleinsten wird, und somit der Umfangspunkt --Al -- in Fig. 3 den Ort der geringsten Reibungswirksamkeit darstellt.
Die Wippe --6-- als ein Reibbacken, der einerseits am Orte-A-grösster und anderseits am Orte --Al-- kleinster Reibungswirksamkeit angreift, stützt sich mit einer Schneide --7-- als Drehpunkt in einer am Backenhebel --5-- vorgesehenen Mulde --8-- leicht schwenkbeweglich ab, wobei der Backenhebel --5-- um den ebenfalls als Schneide ausgebildeten Dreh- bzw.
Abstützpunkt --9-- genau so schwenkbeweglich ist wie der Reibbacken --3-- in fig. 1 um seinen Drehbolzen-4-, Ebenso wie die Lage des Reibungspunktes --A2 -- am zylindrischen Innenumfang des Kranzes-l-in Fig. 3 mit
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Wirkungslinie der Abstützkraft --P-- im Punkte --A2-- sich als Tangente an den um --0- mit. dem Radius r. sin po 15 gezogenen Kreis aufweist, der zum kleinsten in Betracht gezogenen Reibungskoeffizienten gehört, gilt dies auch für den Punkt --A2 -- in Fig. 3 als dem Orte der grössten Reibungswirksamkeit.
Im übrigen stellt die den beiden Punkten --A2 -- der Fig. 1 und 3 gemeinsame Abstütz- kraft-P-die grösste Kraft dar, die bei der Betrachtung des ganzen Reibungserzeugungsvorganges überhaupt in Erscheinung tritt.
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dann stimmt auch der Kräftezusammenhang in Fig. 1 und 3 überein, so dass bei einer Ausübung der Anpresskraft --K-- am Backenhebel --5-- der Fig. 3 mit dem gleichen waagrechten Hebelarmabstand ihres
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Angriffspunktes vom Dreh- bzw.Abstützpunkt --9--, wie in Fig. l, auch der gleiche Wert U/K gemäss dem Kurvenpunkt-Bg-der Fig. 2 gegeben ist. Nur in diesem Extremfall für den kleinsten in Betracht
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im Punkte --A 1-- der Fig. 3 sich überhaupt nicht beteiligt.
Dieser Zustand der Einseitigkeit bleibt unverändert, wenn in Fig. 3 der Wippendrehpunkt --7-- längs jener Wirkungslinie-A -verscho- ben wird, ändert sich aber sofort in eine Mitbeteiligung des Reibkörpers --2'-- der Wippe --6-- im Punkte --A1-- als Normalzustand, sobald nicht gerade der Kleinstwert des Reibungskoeffizienten vorliegt.
In der Darstellung der Arbeitsweise der Wippe --6-- mit ihren Reibkörpern --2', 2-- bei --A1 und A 2--sei davon ausgegangen, dass an ein und derselben metallischen Gegenfläche die Reibkörper --2', 2-- übereinstimmenden Materials im Reibungskoeffizienten das gleiche Verhalten zeigen werden, es
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bzw. Pder Geometrie in einem Punkte schneiden müssen, der auf einem durch die drei Punkte --A1, A2 und 0-gezogenen Hilfskreise liegt. Zieht man z.
B. vom Punkte --A 1--'um den für den in Betracht gezogenen Höchstwert des Reibungskoeffizienten geltenden Reibungswinkel p anzutragen, die Tangente an den Mittelpunktkreis vom Radius r-sin p 0, 45'dann erhält man den Schnittpunkt SO, 45 ebenso, wie
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effizienten ergibt, der mit Punkt SO, 15 bezeichnet ist, ist jeweils nichts anderes als der Ansetzpunkt der zur Wippe gehörenden Resultanten Pries, zu welcher sich die beiden Einzelkomponenten-Pl und Puder beiden Reibkörper zusammensetzen,. eine Resultante Pr'es, deren Wirkungslinie zur Erfüllung der Gleichgewichtsbedingung notwendig stets durch den Wippendrehpunkt --7-- gehen muss.
Zieht man die Wirkungslinien der Resultanten Pr'es von den Punkten S0,15 und von S0,45 sowie auch von den Zwischenpunkten, dann erkennt man, wie die für den kleinsten Reibungskoeffizienten geltende, durch --A2-- gehende Ausgangswirkungslinie der Alleinbeteiligung sich mit wachsendem
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links, mit dem Wippendrehpunkt --7-- im Uhrzeigersinn um so mehr nach der Seite des örtlich reibungsunwirksamsten Reibpunktes--A-verschwenkt, je höher der in den beiden Arbeitspunkten --Al bzw. A2-- wirksame Reibungskoeffizient ist.
Es ist also einzig und allein der Reibungskoeffizient, der lediglich aus der Grösse seines Reibunswinkels in die Richtungszusammenhänge der Vektoren eingreifend, stets völlig aus sich selbst die vektorielle Verlagerung in selbsttätiger Einstellung herbeiführt, u. zw. durch Verstellung der Richtung der Wirkungslinien und im Prinzip unabhängig von der Grösse der jeweils in diesen Wirkungslinein auftretenden Kräfte.
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jeweils von der reibungskoeffizientmässig zugehörenden Resultanten Pr'es angepresst, ftirsichalleinden gleichen Wert U/K hervorzubringen hätte, wie die beiden bei--Al und A --wirkenden Reibkörper - zusammengenommen.
Demnach wird also U/K = (U + U2)/K, wenn auch der zugehörigen "resultierende" Reibungswinkel, unter dem die Resultante Prees in den Punkten --A2 bis A0,45 -- in Erscheinung tritt, mit dem Verlassen des Punktes --A2-- zahlenmässig nicht mit den bei --A 1 und A 2-nach Massgabe des herrschenden Reibungskoeffizienten an den beiden Reibkörperm --2-- auftretenden identisch ist, auf welche Zahlenwerte es aber bei ohnehin herausfallendem Reibungskoeffizienten keineswegs ankommt.
Mit andern Worten : Mit der vektoriellen Verlagerung lässt sich im Endergebnis des Reibungserzeugungsvorganges grundsätzlich dieselbe Wirkung erzielen wie durch die in Fig. 1 als Beispiel beschriebene körperliche Verschiebung eines Einzelreibkörpers --2-- längs des Umfanges zwischen-A 2 und A -, wodurch bei strenger Befolgung jenes in Fig. 2 aus der Waagrechten zwischen den Kurvenpunkten-B und Bu--sic ergebenden Verschiebungsgesetzes der Reibungskoeffizient völlig herausfällt.
In Fig. 1 sind die Verhältnisse so gewählt, dass bei dem unter dem Winkel atz liegenden Punkt - A'2--des Einzelreibkörpers --2-- die Wirkungslinie --P'-- bei dem in Betracht gezogenen höchsten
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Reibungskoeffizienten als Abstützkraft gerade lotrecht verläuft bzw. zur Wirkungslinie der Anpresskraft - parallel ist. Dies bedeutet, dass die Horizontalkomponente --H-- der im Dreh- bzw. Abstütz- punkt Backens --3-- auftretenden Abstützreaktion gerade zu Null wird und dort nur noch eine Vertikalkomponente --V-- abzustützen ist. Hievon ist auch in Fig. 3 Gebrauch gemacht, wo der Wip-
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fache Schneide ausgebildet werden kann.
Bei der Innenbackenanordnung der Fig. 4 handelt es sich um grundsätzlich die gleiche Gestaltung und Auslegung einer in der Mulde --8-- des Backens --5-- in einer Schneide gelagerten Regelwippe - mit ihren beiden Reibkörpern-2', 2-mit zusätzlich weiteren Massnahmen. So werden die im
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der Fig.
1, sondern von der Innenbackenanordnung selbst abgefangen und zur Erzeugung zusätzlicher Reibkräfte verwendet, hiezu ist der Dreh- bzw.Abstützpunkt --9-- des Wippenbackens --5-- - bei dem ebenfalls die Reaktionskomponente der Kraft --H-- wegen der Vermeidung des Richtungswechsels nur nach rechts hin abgestütztwerden muss-an einer Schneide --13-- eines für Justierzwecke verschiebbaren Lagerbockes --12-- gelagert, dessen mit einer Verzahnung --14-- versehene Unterseite auf einem mit einer entsprechenden Gegenverzahnung ausgestatteten Podest --11-- ruht, der von einem weiteren Reibbacken --10-- aus anderer Ebene herübergreift.
Dieser ebenfalls mit einem Reibkörper --2"-- im Arbeitspunkte --AH-- ausgestattete Reibbacken --10-- soll die aus dem Fächer der Wippen- resultanten --P-- folgende und im resultierenden Wippenabstützpunkt-A. -wegen der dort lotrechten Richtung von --P-- gerade zu Null werdende, rechts gerichtete Reaktionskomponente --H-reibend abstützen, die über die nach dieser Seite blockierende Verzahnung --14-- auf den Abstütz- punkt--AH--als Druckkraft übertragen wird.
Der durch die waagrechte Anpresskraft --H-- zum reibenden Eingriff gebrachte Backen --10--, dessen Reibungswirksamkeit z. B. durch Versetzen des Reibkörpers-z**-in eine andere der hiezu vorgesehenen weiteren Einlegerillen --29-- mit anderem Winkel aH verstellt werden kann, stützt die dadurch aufkommende Umfangskraft --UH-- in beidseits freier Auflage seiner Enden an seinem rechten Ende im Punkt --30-- an der oberen Flanke des dort vorgesehenen festen Abstützbockes --20-- mit der lotrechten Reaktionskraft-RH--ab.
Die entsprechende lotrechte Komponente auf der linken Seite des Backens --10-- dagegen, zu welcher sich die aus der Regelwippe --6-- am Dreh- bzw.Abstützpunkt --9-- des Backens --5-- auftretende Vertikalkomponente zu einer Gesamtvertikalkomponente --V-addiert, wird am zylindrisch gewölbten Steg --15-- der Unterseite des Podestes --11-- des Backens --10-- im Schlitz des Kopfes einer Mutter --16-- abgestützt.
Von dieser Mutter --16--, die durch die über die Rändelscheibe --17-- von aussen zugängliche Justierspindel mit einer zweiten gleichartigen Mutter verschraubt ist, wird die vom oberen System der beiden Backen --5 und 10-- ausgehende Gesamtvertikalkraft --V-- auf das gleichfalls zylindrisch gewölbte linke Stegende --17-- eines dritten Backens --19-- als dessen Anpresskraft zur Auswirkung gebracht, der die Hauptlast der Reibungserzeu- gung zu tragen hat und durch Rippen --18-- noch besonders versteift ist
Dieser wie der Backen --10-- ebenfalls in freier Auflage arbeitende und lotrecht angepresste Hauptbacken --19-- findet an seinem rechten Ende im Puntke --32-- des Abstützbockes --20-- gegeüber der lotrechten Reaktionskraft --R-- sein Widerlager.
Er ist mit zwei in den Abst6ützpunkten --AI und AII-- arbeitenden Reibbacken --2''',2IV-- versehen, wobei die Abstützungspunkte so gewählt sind, dass die sich bei einem angenommenen Durchschnittswert des Reibungskoeffizienten, für den Kräfteplan unter Zuhilfenahme des Tangentenkreises mit dem Radius r . sin #0.37 massstagerecht dargestellt ist, in die Reibungserzeugung je zur Hälfte teilen, d. h. dass die auf Grund des auf den Wippenbacken --5-ausgeübten Anpressdruckes --K-- erzeugten Umfangskräfte --UI und Un-mit ihren Normalkräften - N , N -- und ihren Resultanten-PI, PII--gerade gleich gross ausfallen.
Die Verhältnisse in der Anordnung der einzelnen Kräfte können so gewählt werden, dass selbst bei mit ausserordentlich grosser Servowirkung arbeitenden Anordnungen, die sonst eine Reibungskoeffizient- änderung mit unzulässiger Vervielfachung des Wertes U/K aufweisen, der Reibungskoeffizient weitgehend ohne Einfluss auf das Resultat ist.
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