DE251274C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 47h. GRUPPE

LUDWIG MARIA DIETERICH ■in MT. VERNON, Westchester, V. St. A.

Reibrollengetriebe. Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. August 1911 ab.

Für diese Anmeldung ist bei der Prüfung gemäß dem Unionsvertrage vom

20. März 1883

die Priorität

14. Dezember 1900 auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 20. August 1910 anerkannt.

Die Erfindung besteht in einer Triebverbindung zwischen zwei Wellen zur Geschwin-• digkeitsübersetzung der getriebenen Welle mittels eines Satzes von glatten Rollen, die ohne Schlüpfung und ohne ungewöhnliche Achsdrücke wirken und senkrechte Kräfte an den Berührungsstellen ausüben.

Der Gedankengang, welcher der vorhegenden Erfindung zugrunde liegt, ist folgender:

Die gebräuchlichen Formen der Reibungsübertragung zwischen gleichgerichteten Wellen weisen folgende ungünstige Eigenschaften auf: Der Normaldruck zwischen den Reibflächen ist ein gegebener und nur für eine gegebene, dem Reibungskoeffizienten entsprechende Mindesttangentialkraft entsprechend. Widerstände, welche diese Tangentialkraft überschreiten, erzeugen Gleitung und Zerstörung der Reibflächen.

ao Für größere Kräfte erzeugt außerdem der unverhältnismäßig große Lagerdruck für brauchbare Lagerbauarten eine unzulässige Verringerung des Wirkungsgrades und Beanspruchung des Lagers selbst.

Für die Übertragung von kleinen Kräften mit geringen Geschwindigkeits- und Widerstandschwankungen dagegen sind Reibungsgetriebe den Zahngetrieben vorzuziehen, da sie ruhiger laufen und höheren Wirkungsgrad besitzen.

Um solche Getriebe für größere Widerstände verwendbar zu machen, wurden verschiedene Bauarten entworfen, welche hauptsächlich darauf ausgingen, die Achsdrucke in erlaubten Grenzen zu halten.

Im allgemeinen haben diese Ausführungen Ähnlichkeit mit der Hauptanordnung von Planetengetrieben, wobei j edoch__eine exzentrische Lagerung der J3auptachsen vorgesehen

ist: —--- —-'-- — - ■ ~~~ ·-■·■■- -

35

Der Zweck dieser Anordnung ist erstens ein mehr oder weniger vollkommener Ausgleich der von den Normaldrücken erzeugten Lagerdrucke und die Erzeugung der notwendigen Normaldrücke durch verhältnismäßig kleine äußere Kräfte, welche auf eine der Zwischenrollen wi rkend ,_jdjfi^eJ0b^^zw^^enjdjjJ3augt-1 £2Uen_^zwä.ngen^.und. entsprechend dem von! den Tangenten der Berührungspunkte einge-j schlossenen Winkel die notwendigen Normaldrücke hervorbringen.

Vorhegende Erfindung bezweckt nun, ein Rollengetriebe zu schaffen, welches die schädlichen Lagerdrücke bis auf ein zulässiges Mindestmaß entfernt und die zur Überwindung des Tangentialwiderstandes nötigen Nor-

■maldrucke selbsttätig, dem Reibungskoeffizienten genau entsprechend, innerhalb der Elastizitätsgrenze des verwendeten Rollenmaterials hervorbringt.

Ein solches Getriebe zeigt unter wechselnder Beanspruchung sehr hohen Wirkungsgrad, sehr ruhigen Lauf und fast unmeßbare geringe Abnutzung in Verbindung mit verhältnismäßig geringen Herstellungskosten.

Da ein Gleiten nur unter Erhöhung des Widerstandes möglich ist, jede Erhöhung aber die genau entsprechende Erhöhung der Normalkräfte hervorbringt, so erfolgt hier die Übertragung mit bestem Wirkungsgrad für jeden Widerstand bis zur Grenze der gegebenen Triebkraft oder der Bruchfestigkeit der Bestandteile.

Die Erfindung besteht in einer Triebvorrichtung zwischen zwei Wellen mittels glatter Rollen, um das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten derselben zu verkleinern oder zu vergrößern, also zu ändern.

Die Zeichnung zeigt ein Getriebe, welches den Zweck hat, die Winkelgeschwindigkeit der getriebenen Welle zu vergrößern bzw. zu verkleinern. Das Ziel der Erfindung ist: Arbeit mittels der rollenden Glieder positiv zu übertragen, d. h. so, daß unter keinen Umständen ein Gleiten stattfindet, keine Drücke über die Elastizitätsgrenze der benutzten Stoffe erzeugt werden und diese Drücke stetig gleich bleiben.

Zwar gibt es Rollengetriebe, die äußerlich

denen auf der Zeichnung ähnlich sind, doch werden bei diesen nur die normalen Drücke ausgeglichen, um die Zapfenreibung zu verkleinern, dagegen werden andere wesentliche Faktoren, ohne welche keine vollständige Lösung möglich ist, weggelassen, die Aufgabe wird also nur teilweise gelöst.

Die Reibung zwischen glatten Flächen hängt von der zusammendrückenden Kraft ab, und die Fähigkeit der einen Fläche, die andere zu treiben, wird durch das Produkt aus dieser Kraft und dem Reibungskoeffizienten zwischen den einander berührenden Stoffen gemessen. Bisher ist bei sogenannten Reibungsgetrieben diese Kraft von außen mittels einer Feder, eines Hebels oder eines Keils ausgeübt worden, welche Mittel bei Überlastung und nach Abnutzung der Reibflächen verstellt werden mußten.

Der. Grundgedanke der vorliegenden "Erfindung ist die Verwendung von Hohlkeilflächen zwischen den die Arbeit übertragenden Rollen, wobei diese Flächen durch die übertragene Kraft selbsttätig verstellt werden können und in einem hohlkeilförmigen Raum bestehen, dessen Seiten einen vorher festgestellten Winkel einschließen, um zwischen allen Arbeit übertragenden Flächen Drücke, die dem Widerstand proportional sind, zu erzeugen.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, und zwar ist Fig. 1 eine Ansicht und Fig. 2 ein Längsschnitt.

10 kann als die treibende Welle angesehen werden, die in den festen Lagern 11 gelagert ist. Auf diese Welle ist die treibende Rolle 12 aufgekeilt. Die andere getriebene Rolle 13 ist als Ring ausgebildet, außen mit einer Riemenscheibe 14 versehen und wird durch die dazwischenliegenden Rollen getragen; ihre ideelle Achse liegt in 31. Die zwei Haupt-I rollen 12 und 13 sind also gegendnander^eXZenil. trisch angeordnet.

Die Keilrolle 15, zwischen 12 und 13 liegend, ist mit ihren Zapfen 16 in Lagern 17 gelagert; diese Lager werden durch die radialen Führungsflächen 19 des Hebelarms 20 geführt. Hebelarm 20 sitzt lose auf der Welle 10, so daß er tangential frei bewegbar ist. Das Gewicht der Teile^rj^sw^d-rüdit^diese Rolle in dSfEeilTörmigeii Raurn^zwischen_ τζ und" ij"'jedöcE~'nur"'zu dem Zweck, den Anfangsdruck zu erzeugen. Da Rolle 12 in der Richtung des Pfeiles umläuft, hat Rolle 15 das Bestreben, in den hohlkeilförmigen Raum

«.■in in - ν ι;—;Γ·; 1'' _· -1—ir -- .-ι,. ι T —

^bewegt zu werden, bis alle Rollen in Berührung kommen, worauf die Achse der Rolle 15 gegenüber den treibenden und getriebenen Rollen festgelegt wird.; ihre Bewegung besteht dann in reirieF~Umdrehung um die eigene ■<■ Achse, und die Umfangsgeschwindigkeit der getriebenen Rollen wird der der treibenden gleich. Würde 12 in einem dem Pfeile entgegengesetzten Sinne umlaufen, so. würde die treibende Wirkung auch aufhören; ein Getriebe wird allerdings auch möglich, wenn die Rolle 15 durch eine Feder, ein schweres...Ge-'^s?MlL_£täSL..JJSS.i^S^fiFiL.i.^u.ߧ-^re Kraft in den Keilraum gebracht wird. Die treibende Wirkung würde jedoch von der Größe der äußeren Kraft unabhängig sein und sich nicht mit dem Widerstand des getriebenen Gliedes selbsttätig ändern. Die gegenseitige Umlaufrichtung ist daher auch ein wesentlicher Faktor.

Die Keilwirkung von 15 erzeugt Drücke normal zu den Berührungsflächen in Richtungen 32-33 und 34-35, und diese Drücke werden der schwebenden Ringrolle 13 mitgeteilt, no Um diese Kräfte im Gleichgewicht zu erhalten, sind Zwischenrollen 21 und 22 sowohl gegeneinander als auch gegenüber der Rolle 15 um etwa 120° versetzt; ihre Zapfen 23, 24 laufen in Lagern 25, 26, welche durch die radialen Gleitflächen 27, 28 des Rahmens 29 geführt werden. Diese Gegenrollen arbeiten, da ihre Wellen radial schweben, auch als Arbeitsüberträger zwischen 12 und 13, und die Drücke aller Berührungspunkte werden wesentlieh gleich. Das ist wichtig; denn wenn auch Rolle 15 sich in beiden Richtungen radial und

tangential frei einstellen könnte, während die anderen Zwischenrollen radial unbeweglich wären, so würden sich übertriebene Drücke auf ihre Zapfen ergeben, und sie könnten nicht die Arbeitsübertragung, wie oben, leisten.

Die Tangentialdrücke auf Lager 25 sind die regelmäßigen Drücke, d. h. das Resultat der Tangentialkräfte auf Lager 26 ist etwas höher.

Man erkennt, daß 10 die einzige feststehende Achse ist, doch könnte naturgemäß auch 31 als die feste und 10 als die ideelle betrachtet werden. Es ist auch nicht nötig, daß 12 die treibende und 13 die getriebene Rolle sei. Wenn Rolle 12 in entgegengesetztem Sinne treibt, so kann sie in einem Arm wie 20 angebracht werden. Wenn sie in beiden Richtungen zu treiben hat, können . Rollen 15 und 22 in schwebenden Armen gelagert werden.

Die rol^^eji_j_Fl^^n_sjjid__>z^ndrisch gezeichnet und die Zwischenrollen mit Flanschen versehen; das sind jedoch unwesentliche Einzelheiten. Die Flanschen können gekrümmt werden, um_^nk|b^r_sghj^gg^^ajtj_>^ej^m^nb_re-

rührung zu bekornmgn. Die Zahl und Anordnung der Rollen kann auch geändert werden.

Ein dritter und sehr wichtiger Punkt ist die Wahl des Winkels zwischen den Flächen der Rollen 12 und 13 oder anderen Teilen, welche einen ähnlichen Keilraum_ erzeugen; die Form di^eTT^mnes^iiuS^&o^gewählt werden, daß der Winkel nicht zu groß ist, sonst gleitet die Keilrolle wegen der zu kleinen Reibung zurück, aber auch nicht zu klein, sonst werden die Normaldrücke auf die Rollen zu hoch und überschreiten die für gegebene, praktisch verwendbare Abmessungen zulässige Elastizitäts- bzw. Proportionalitätsgrenze der benutzten Stoffe; weiterhin darf der Druck nicht das Bestreben haben, in größerem Maße wie der Widerstand zu wachsen.

In Fig. ι stellt der Winkel der Tangenten 36-37 und 38-39 den Winkel der Flächen 13 und 12 in ihren Berührungspunkten mit der Keilrolle 15 dar, und es wurde festgestellt, daß dieser Winkel zweimal so groß, sein kann wie der Reibungswinkel der Ruhe für gleitende Flächen, die den gleichen Reibungskoeffizienten haben wie die Stoffe, aus denen die Rollen hergestellt sind.

Wenn die Rollen aus Stahl hergestellt sind, so ist deren Reibungskoeffizient etwa 15 Prozent, der Winkel zwischen 36-37 und 38-39 kann 17 ° sein, d h. das Doppelte des Winkels 8¹Z₂ ⁰, dessen Tangente nahezu 0,15 ist.

In Wirklichkeit wird als Winkel etwa die

, Hälfte des erlaubten Höchstwertes angewendet,

d. h. 8¹^⁰, ohne daß übertriebene Drücke in den Berührungspunkten 32, 34 erzeugt werden. Der erlaubte Mindestwert des Winkels ist etwas weniger bestimmt als der Höchstwert und hängt von der Härte der Stoffe und dem übertragenden Anstoß ab; er soll aber nicht so klein sein, daß dauernde Gestaltsänderung erzeugt wird und daß das leichte Loslassen der Keilrolle, wenn die treibende Rolle verzögert bzw. die betriebene beschleunigt wird, verhindert ist.

Es ist klar, daß Rolle 15 "im Gleichgewicht ist. wenn die Resultante der treibenden Kraft von 12 (in Richtung 32-39) und der gleiche Widerstand von 13 (in Richtung 34-37), welche die Rolle in den Keil hineintreiben, gleich der Resultante der Normaldrücke (in Riehtungen 32-33 und 34-35) ist, welche die Rolle aus dem Keil zurück gegen 40 treiben. Aus dem Parallelogramm der Kräfte, welches leicht umkehrbar ist, kann man ersehen, daß die Normaldrücke in 32 und 34 sich direkt mit der Größe des Widerstandes ändern, und wenn man die Gleichung dieses Druckes als Funktion des Widerstandes und des gewählten. Winkels mit der Gleichung der Normalkraft als Funktion des Reibungskoeffizienten oder der Reibungswinkel vergleicht, so ergibt sich, daß der Reibungskoeffizient gleich der halben Tangente des gewählten Winkels ist. Mit anderen Worten, der Höchstwert des zu wählenden Winkels ist derjenige Winkel, dessen Tangente zweimal so groß ist, wie der Reibungskoeffizient der sich berührenden Stoffe.

Es folgt aus dem oben Gesagten, daß bei einem richtig gewählten Winkel zwischen 12 und 13 die Rollen nie gleiten werden, wenn die Rolle 12 sich in der Richtung des Pfeiles bewegt; denn mit dem Wachsen des Widerstandes wachsen die Normalkräfte, also die Reibung, in allen sechs Berührungspunkten im gleichen Verhältnis, da die Rolle 15 das Bestreben hat, sich weiter in den Keilraum hineinzubewegen.

- Die Stabilität der Drücke wird dadurch erreicht, daß der Raum entsprechend gestaltet und die Keilrolle 15 weit genug von dem engsten Teil entfernt angebracht ist. Mit dem dargestellten Getriebe kann das Übersetzungsverhältnis zwischen recht weiten Grenzen gewählt werden, indem man die gegenseitige Größe und Lage der Rollen ändert, wie vorher beschrieben.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Reibrollengetriebe mit einer treibenden und einer getriebenen Rolle und mit in einen Keilraum gedrückten Zwischenrollen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen gegeneinander frei beweglich angeordnet sind und in bezug auf die an den Berührungspunkten erzeugten Normaldrücke im Gleichgewicht stehen, wobei die

   Rollen selbsttätig und ohne äußere Hilfsmittel durch die dem Reibungskoeffizienten, des Rollenmaterials angepaßte Keilflächen mit einem dem Arbeitswiderstande entsprechenden Drucke gegeneinander gedrückt werden.
2. 2. Reibrollengetriebe nach Anspruch i, bei dem die Zwischenrollen von einer Ringrolle umgeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenrollen, von denen eine als Keilrolle wirkt, radial frei beweglich sind, wobei der Tangential winkel der Keilrolle mit den anliegenden Rollen etwa dem doppelten Werte des den verwendeten. Materialien entsprechenden Reibungswinkeis gleichkommt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.