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Biegsames Kabel Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen von-biegsamen
Wellen oder biegsamen Kabeln und ist vorzugsweise für den Gebrauch zum Antrieb von
Geschwindigkeitsmessern, Zahnbohrwerken und ähnlichem verwendbar. Die Verbesserungen
richten sich auf solche biegsamen Kabel, welche einen Kerndraht und eine Mehrheit
von aufeinanderfolgenden Lagen von Draht, die an den Kerndraht herumgewunden sind,
besitzen. Im vorliegenden Beispiel sind vier aufeinanderfolgende Lagen um den Kerndraht
gewunden.
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Die jetzt in Gebrauch befindlichen biegsamen Wellen besitzen entweder
gar keinen Kerndraht oder einen solchen aus Stahl. Es ist durch Versuche erwiesen,
daß biegsame Wellen, die einen Kerndraht aus Stahl verwenden, aus dem Grunde nicht
einwandfrei sind, weil der stählerne Kerndraht zuerst zerbricht, hauptsächlich infolge
von Ermüdung im Metall. Der Kerndraht einer biegsamen Welle ist im Verlauf seiner
Benutzung einer großen Zahl von Biegungen unterworfen, und es ist aus diesem Grunde
in hohem Maße erforderlich, daß -der Kerndraht allen Graden der Beanspruchung und
allen Anforderungen des Handels genügt. Stahl ist für biegsame Wellen auch aus dem
Grunde nicht einwandfrei, weil er sich nicht leicht einer gleichmäßigen Ausdehnung
unterwirft; eine solche gleichmäßige Ausdehnung ist jedoch ein erwünschtes Merkmal
in der Technik der Herstellung biegsamer Wellen. Man hat auch verzinnten Stahldraht
als Kerndraht verwandt, aber Proben zeigten, daß der verzinnte Kerndraht zuerst
brach. Diese Versuche führten zur Verwendung eines Kerns aus Phosphorbronze, welcher
im Verhältnis viel weicher als Stahl ist und eine viel größere Dehnbarkeit als Stahldraht
besitzt, gleichzeitig eine hohe Zugfestigkeit. Ferner ist Phosphorbronze gleichförmiger
Dehnung fähig, während die Ausdehnung von Stahl zu Unregelmäßigkeiten neigt. Ein
weicher Bronzedraht ist auch sehr widerstandsfähig gegen Ermüdung und allen Beanspruchungen
des tatsächlichen Gebrauchs gewachsen.
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Ein Chrom-Vanadin-Draht mag ebensogut wie Phosphorbronze als Kerndraht
benutzt werden. Aber der Nachteil von Chrom-Vanadin-Draht ist, daß er teuer ist
und daß es ferner schwierig ist, einen Draht aus Chrom-Vanadin-Stahl fein genug
für den Gebrauch als biegsames Kabel zu ziehen. Chrom-Vanadin-Stahl besitzt die
erwünschte Eigenschaft, nicht zu ermüden, nicht aber die, die Reibung herabzuziehen.
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Ein anderer Grund für die Verwendung eines Phosphorbronzekerns sowie
-einer ersten Lage
von Phosphorbronze ist der, zu verursachen, daß
zwischen der ersten und zweiten Lage ein reibungsfreies Haften stattfindet. Zwischen
dem Phosphorbronzekern und der zweiten Lage wird der Hauptteil der inneren Erhitzung
in der Welle erzeugt und die stärkere Reibung entwickelt. Am Mittelpunkt des Radius
eines Querschnitts des Kabels finden die abwechselnden Zug- und Druckspannungen
keine Entlastung durch entsprechendes Hinüberwechseln von den runden zu den abgeplatteten
Teilen der einzelnen Lagen, wie dies bei den äußeren Lagen der Fall ist, und daher
muß an dieser Stelle die Reibung von Metall an Metall möglichst klein sein.
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Der Kerndraht aus Phosphorbronze weist vorzugsweise einen größeren
Durchmesser als der um den Kerndraht herumgewickelte Draht aus Phosphorbronze auf.
Der Kerndraht und die Lage aus Phosphorbronze bilden einen Kern und über diesen
aus Phosphorbronze bestehenden Kern sind zwei aufeinanderfolgende Lagen von verhältnismäßig
hartem Draht, nämlich von Draht mit etwa o,43 0/o Kohlenstoffgehalt gewunden. Über
die äußere Lage ist eine einzige Lage von verhältnismäßig weichem Draht gewickelt,
nämlich von Draht mit etwa o,io °/o Kohlenstoffgehalt.
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Die Verwendung von weichem Draht für die äußerste Schicht hat den
Zweck, das Zusammenhalten der Enden des Kabels nach deren Abtrennen zu erleichtern.
Wird ein harter Draht für die äußere Schicht benutzt und dann das Kabel unterteilt,
so besteht eine starke Neigung dazu, daß sich die Enden bördelförmig aufrollen.
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Wenn die äußere Weichdrahtlage um die äußerste Hartdrahtlage herumgelegt
wird, so besteht die Neigung, daß sich der härtere Draht in den weicheren einbettet.
Diese Einbettung wird verstärkt, wenn der Draht die Ziehwalzen, die das Gut von
der Kabelwickehnaschine herziehen, durchläuft; eine weitere Verstärkung der Einbettung
findet auf dem Drahtstrecker statt. Wird ein Kabel, das eine äußere Schicht von
weichem Draht besitzt, zerteilt, so besteht die Neigung, daß sich die innere Hartdrahtlage
gegen die äußere Weichdrahtlage aufwickelt, was das Ineinanderdringen der beiden
Lagen verstärkt, so daß dem Aufrollen entgegengewirkt wird, indem zwar die innere
Lage bestrebt ist, sich aufzurollen, die äußere aber nicht.
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Die frühere Art und Weise der Kabelherstellung wird in den amerikanischen
Patenten von Webb 887 159 und 887 16o vom 12. Mai igo8 dargestellt und beschrieben.
Diese Patente zeigen eine kernlose biegsame Welle, bei der die Welle als Ganzes
nach ihrer Fertigstellung gestreckt wird. Bei dieser Streckung werden die inneren
oder einen kleineren Durchmesser besitzenden Lagen um einen größeren Betrag zu ihrem
Durchmesser vermindert als die äußeren Lagen, was einen verhältnismäßig kleinen
Zwischenraum zwischen aufeinanderfolgenden Schichten freiläßt und demzufolge die
Reibung vergrößert. Dieses schrittweise von den äußeren zu den inneren Lagen zunehmende
Maß der Durchmesserabnahme ist nur dann günstig, wenn die Drähte ungefähr dieselbe
Drahtstärke besitzen. Aus Sparsamkeitsgründen und um einen gleichen Kreuzungswinkel
bei aufeinanderfolgenden Lagen zu erreichen, ist es erstrebenswert, daß stufenweise
mit den nach außen fortschreitenden Lagen die Drahtstärke zunimmt; damit wird die
Formel, durch die -der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten
bestimmt wird, ungültig. Demzufolge werden gemäß der Erfindung Drähte von verschiedenem
Durchmesser gebraucht.
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Daher ist es ratsam, jede weitere Lage, nachdem sie aufgelegt ist,
auf die Oberfläche der vorhergehenden Lage aufzupressen. Das bewirkt ein Strecken
der Lage, plattet den Drahtquerschnitt ab und ergibt die lange Durchmesserachse
längs des Kabels, und da die Reibstellen, deren Schmierung erforderlich ist, zwischen
den einzelnen Drähten selbst und zwischen den Lagen vorhanden sind, so schafft das
Abplatten des Drahtquerschnitts Raum zwischen den Drähten und den Lagen. Das Strecken
und Aufdrücken wird durch das Drahtspannen bewirkt, das bei Kabelwinden üblich ist.
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Indem die aufeinanderfolgenden Drahtlagen durch ein Paar von Ziehwalzen
und durch den Drahtstrecker laufen, werden die weicheren Drähte entweder veranlaßt
ineinander einzudringen, oder sie werden an ihren Berührungsstellen etwas abgeflacht
oder der härtere Draht bettet sich ein. Dies ist der Fall hinsichtlich des Phosphorbronzekerns
und der ersten Lage aus Phosphorbronze, zwischen der Phosphorbronzelage und d_r
Hartdrahtlage sowie zwischen der äußeren Hartdrahtlage und der letzten Weichdrahtlage.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
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Abb. i zeigt das biegsame Kabel mit den einzelnen Strängen getrennt,
so daß die Zusammensetzung der Welle erkennbar ist; Abb. 2 ist ein vergrößerter
Schnitt für den Kerndraht und die erste Lage von Phosphorbronzedraht; Abb. 3 ist
ein Querschnitt durch den Phosphorbronzekern und die Phosphorbronzelage; Abb. 4.
ist ein Schnitt durch die fertige Welle. Das Bezugszeid_ien 2 gilt für die biegsame
Welle als Ganzes. Die biegsame Welle enthält den Kerndraht 4 aus Phosphorbronze,
die Lage 6 aus Phosphorbronzedraht, um den Kern gewickelt, die folgenden Lagen 8
und =o aus
hartem Draht und die Außenlage 12 aus weichem Draht.
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Der Kern 4 des Phosphorbronzedrahts besitzt vorzugsweise einen Durchmesser
von etwa o,43 mm, während die Phosphorbronzelage 6 vorzugsweise aus Drähten besteht,
die einen Durchmesser von o,32 mm besitzen. Der Kerndraht und die Phosphorbronzelage
sind in den Abb. 2 und 3 gezeigt, jedoch zum Zweck der Deutlichkeit in starker Vergrößerung.
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Beim Wickeln der Lage 6 um den Kerndraht 4 zieht die Kabelwickelmaschine
den Draht 6 fest um den Kerndraht und verursacht eine leichte Formänderung an den
Berührungsflächen. Diese Formänderung mag als Einbettung des einen Drahts in den
anderen bezeichnet werden oder als ein Abflachen der Drähte an ihren Berührungsflächen.
Wenn der Draht den Wickelkopf verläßt, tritt er durch ein Paar von Ziehwalzen, welche
den Draht fest zwischen sich pressen und eine weitere Formänderung hervorbringen,
die bei 14 in den Abb. 2, 3 und 4 dargestellt ist: l Wenn der Draht die Ziehwalzen
verläßt, tritt er durch einen umlaufenden Strecker, der das Erzeugnis weiter abplattet
und verlängert oder streckt und Raum für Schmierung schafft, wie dies aus den amerikanischen
Patenten 359 410 und 488 277 ersichtlich ist.
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Nach Verlassen der Ziehwalzen und des Drahtspanners sind der Kerndraht
4 und die Lage 6 des Phosphorbronzedrahts innig miteinander vereinigt und unverschiebbar
gegeneinander und bilden gemeinsam einen Phosphorbronzekern, der aus dem Kerndraht
und der Phosphorbronzelage besteht. Dann läuft der als Ganzes mit 16 bezeichnete
Kern durch eine Maschine, und die Lage 8 von Hartdraht, zweckmäßig mit einem Durchmesser
von 0,32 mm, wird herumgewickelt. Das Umwickeln findet dicht statt, und vermöge
des Unterschieds an Härte zwischen der Hartdrahtlage 8 und dem Phosphorbronzekern
16 bettet sich der harte Draht in die Phosphorbronze ein. Diese Einbettung wird
weiter verstärkt, während das Erzeugnis durch die Ziehwalze und den Drahtstrecker
läuft.
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Eine zweite Lage io von Hartdraht mit einem Durchmesser von zweckmäßig
0,38 mm wird dann um die Lage 8 gewickelt und darauf folgt die Lage 12 von
verhältnismäßig weichem Draht mit einem Durchmesser von zweckmäßig o,43 mm. Vermöge
des Unterschiedes an Härte zwischen der Hartdrahtlage io und der Weichdrahtlage
i2 bettet sich der harte Draht ein und formt den weicheren Draht etwas um, so daß
eine innigere Verbindung zwischen den beiden zustande kommt. Dies ist von Vorteil,
indem es das Aufwickeln verhütet, wenn man das Kabel der Länge nach teilt. Ein leichtes
Aufwickeln findet vermöge der Außenpressung der Hartdrahtlage statt, aber die innige
Verbindung zwischen den beiden Außenlagen und der Umstand, daß die Lagen in entgegengesetzten
Richtungen gewickelt sind, wirkt einem zu starken Aufwickeln entgegen.
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Abb. i läßt erkennen, daß die aufeinanderfolgenden Lagen auf bekannte
Art in entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind.
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Dadurch, daß jede aufeinanderfolgende Lage, nachdem sie auf ihre Unterschicht
gewickelt ist, durch ein Paar von Ziehwalzen und einen Drahtstrecker läuft, wird
das Kabel gestreckt oder in dem gewünschten Grade verlängert, und wenn die letzte
Lage 12 aus weichem Draht hinzukommt, ist das Kabel fertig und zum Gebrauch reif,
wenn es die Maschine verläßt. Es ist kein Strecken erforderlich, wie bei den amerikanischen
Patenten 887 159 und 887 16o, die erwähnt wurden.
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Genau dasselbe Ergebnis hinsichtlich der Trennung benachbarter Windungen
ist durch Strecken des Kabels nach seiner Vollendung etwa auf das i1/2fache seines
eigenen Durchmessers in einer Richtung erreicht, indem es durch zwei Walzenpaare
läuft, von denen das zweite Paar mit größerer Geschwindigkeit als das erste gedreht
wird. Das Ergebnis war befriedigend, bedurfte aber eines besonderen Arbeitsganges
und flachte den Draht nicht genügend ab, so daß harte Stellen in dem Kabel blieben.
Man hat das fertige Kabel auch in einem sich drehenden Gesenk behandelt. Dies führte
zu einer genügenden Abflachung des Drahts und zur Schaffung von Raum zwischen den
oberen und den darunter befindlichen La= gen; aber es führte dazu, daß die Drähte
einer Lage zu eng aneinander traten, und dies beeinträchtigte die Haltbarkeit des
Kabels im belasteten Zustande. Dagegen bringt das Reiben oder Kneten jeder Lage
unter, Drehung bei der Herstellung des Kabels gegen die folgende Lage befriedigend
die . beiden Wirkungen des Streckens und des Abflachens hervor, und da die Phosphorbronze
einer außerordentlich hohen und gleichmäßigen Dehnung im Verein mit großer Zugfestigkeit
fähig ist, so wurde diese Bronze für den Kerndraht und für die erste Lage wegen
ihrer reibungsmindernden Eigenschaften gegenüber hartem Stahl benutzt.
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Nachdem das fertige Erzeugnis die Kabelwickelmaschine verlassen hat,
wird es auf Länge geschnitten.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist vier Drahtlagen auf; es
versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung auch mehr oder weniger Lagen genommen
werden können. Ebenso kann die Herstellung des Kabels mit der Wicklung der Hartdrahtlagen
aufhören, oder es lassen sich zwei Außenlagen von weichem Draht benutzen oder eine
von hartem und eine solche von weichem Draht.