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Gesperre. Die bisher bekanntgewordenen Gesperre, bei denen eine Drehbewegung
vom treibenden Teil auf den getriebenen durch eine zylindrische Schraubenfeder in
der Weise übertragen wird, daß sich diese Schraubenfeder in der einen Umdrehungsrichtung
des treibenden Teils durch ihre Umfangsreibung auseinander rollt und dadurch sich
mit dem treibendcn und dem getriebenen Teil fest verbindet, in der anderen Umdrehungsrichtung
aber durch ihre Umfangsreibung sich zusammen rollt und demnach von dem treibenden
bzw. dem getriebenen Teil sich wieder löst, zeigen den Nachteil, daß bei sonstgleichen
Abniessungen und Windungszahlen der Schraubenfedern die übertragbaren Drehmomente
verschieden ausfallen. Auch bei demselben Gesperre- kann einmal das größte Dreh,
nioment viel kleiner sein als kurze Zeit vorher unter vollkommen gleichen Arbeitsverhältnissen,
z. B. bei gleicher Schmierung, bei 1 g reicher Umdrehungsgeschwindigkeit
usw. Die Ursache dieses sehr bedenklichen Nachteiles liegt in folgendem. Um die
erförderliche Umfangsreibung der zylindrisehen Schraubenfeder für die geschilderte
Relativbewegung zu erhalten, setzt man die Schraubenfeder mit einer gewissen Vorspannung
in die beiden Gehäusehälften des Gesperres ein, d`. h., man macht den Innendurch
n iesser des Gehäuses etwas kleiner als den Außendurchmesser der gemeinschaftlichen
Schraubenfeder. Die Feder drückt dann mit einer gewissen Kraft gegen das Gehäuse
und erzeugt hier bei ihrer Bewegung eine Umfangsreibung, die vom Federende an immer
größer wird, und zwar nach bekanntem Gesetz mit der Potenz der Federwindungszahl
wächst. Auch wenn ein Ende der Schraubenfetter mit dem treibenden oder dem getriebenen
Kupplungsteil fest verbunden ist, kommt diese Wirkung (natürlich nur für das andere
freie Federende) in Betracht.
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Wird nun die zylindrische Schraubenfeder mit Vorspannung in die zylindrische
Bohrung des Gehäuses eingesetzt, so ist schon wegen ganz geringer, nicht zu vermeidender
Ungenauigkeiten noch lange nicht bestimmt, an welcher Stelle der Schraubenfeder
die Umfangsreibungskraft zuerst wirkt, d. h., an weicher Stelle die Schraubenfeder
erregt wird. Findet die Erregung wirklich am Ende der Feder statt, dann wird auch
die Übertragung des größten Drehmomentes für
die jeweilige Feder
ermöglicht; wird die Feder aber an einer anderen Stelle, z. B. erst eine volle Windung
vom Ende entfernt erregt, so ist ihre Umfangsreibung an der Berührungsstelle der
beiden Gehäuseteile und damit das übertragbare Drehmoment ganz bedeutend kleiner.
Hierauf folgt, daß selbst die Feder ein und desselben Gesperres nicht immer die
gleiche Irraft zu übertragen vermag.
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-- Diese Schraubenfedergesperre sollen deshalb gemäß der Erfindung
so ausgebildet werden, daß die selbsttätige Erregung der Feder mit Bestimmtheit
nur von ihrem Ende oder Enden ausgeht, damit alle Federwindungen mit Sicherheit
wirksam werden. Es soll also die nur durch Drehrichtungswechsel entstehende Erregerkraft
nur an dem Federende erzeugt werden.
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Es sind Reibungskupplungen bekannt, bei denen das Ende der Schraubenfeder
durch besondere Hilfsmittel. von Hand oder auf andere Weise willkürlich zum Einkuppeln
bewegt wird. Von diesen unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand also dadurch,
daß allein der Drehrichtungswechsel diese Erregerkraft hervorruft.
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Verschiedene Ausführungsformen sind durch Abb. i bis io dargestellt.
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Abb. 2 und 2a zeigen als Erfindungsbeispiel eine Schraubenfeder, deren
Ende (ungefähr von der letzten halben Windung ab) gegen die sonst zylindrisch bleibende
Feder um ein Stück v nach außen gebogen ist. Beim Einsetzen einer solchen Feder
in ihr Gehäuse entsteht dann an ihrem Ende ein erhöhter Druck gegen die innere Gehäusewand
und gleichzeitig, wie Abb. 3 zeigt, eine Unterbrechung der Anlagefläche der Feder
vom Ende bis zu der Stelle, von der aus die Ausbiegung o erfolgt ist, weil dieses
Federstück flacher gekrümmt ist. Durch ,IM. q. ist erklärt, welchen Einfluß
eine solche Unterbrechung der Federanlagefläche von A bis B
auf das
übertragbare Drehmoment hat. Die am Ende der Feder im Punkt A wirkende Reibungskraft
P, die durch Rechtsdrehung des Gehäuses gegen die Feder bzw. durch Linksdrehung
der Feder gegen das Gehäuse hervorgerufen wird, zerlegt sich, wie das zugehörige
Kräfteparallelogramm zeigt, in einen Normaldruck P,. gegen die Feder im Anlagepunkt
A und in einem Druck P4 gegen den nächstfolgenden Anlagepunkt B in der Richtung
A bis B. Das nicht anliegende Federstück A-B wird also unter dem Winkel ri (dem
halben Tagentialwinkel für die Punkte A und B) keilförmig eingezogen.
Je kleiner n wird, d. h., je mehr sich die Punkte A und B diamental gegenüberliegen,
desto größer werden die Anpressungsdrücke P, und P; im Verhältnis zur Erregerkraft
P. Auf diese Weise läßt sich bei richtiger Wahl der Punkte A und
B und der Ausbiegung v des übertragbaren Drehnioments einer sonst zylindrischen
Feder leicht vervielfältigen. Die Ausbiegung und die Anlageunterbrechung kann natürlich,
wie schon Ab]). 4 zeigt, in der verschiedensten Art erfolgen.
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Die Erregung der Schraubenfeder kann nun auch durch ein Hilfsorgan
bewirkt werden, das die erforderliche Umfangsreibung gegen das Gehäuse erzeugt und
mit dem Ende der Schraubenfeder verbunden ist. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist
durch Abb. 5 und 5a in achsialer und radialer Ansicht dargestellt. Das Hilfsorgan
besteht im vorliegenden Falle aus einem Reibungsring mit zwei Segmenten 6 und 7,
die sich unter Federdruck gegen die Innenwandung des Gehäuses anpressen. Durch Drehung
der Stellmuttern auf den Spindeln 9 kann der durch die Feder 8 erzeugte Anpressungsdruck
und damit das Reibungsmoment des Hilfsorgans geregelt werden. Das Ende der Schraubenfeder
4. ist durch einen Stift 5 oder irgendeiner anderen zweckmäßigen Art mit dem Reibungsring
verbunden. Die Erregerkraft am Ende der Feder ist hier gleich dem Reibungsmoment
des Hilfsorgans. Weil sie beliebig groß gewählt werden kann, läßt sich die Zahl
der Federwindungen bei gleichbleibendem Drehmoment, natürlich entsprechend verringern.
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Ist der Raum in achsialer Richtung für die Anwendung eines solchen
Hilfsorgans zu klein, so läßt sich letzteres im Innern der Feder auf der Achse des
zugehörigen Gehäuseteiles unterbringen.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach Abb. G und 7 soll die treibende
Welle i die Welle 5 nur in einer Drehrichtung mitnehmen. Hierbei ist ein Reibungsring
6 bzw. 7 (das Hilfsorgan) auf der Welle z bzw. 5 mit der Schraubenfeder d. durch
ein Gelenk 8 verbunden.
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Die Erregerklemmringe 6, 7 werden natür, lich «-leder am besten unter
Federdruck angezogen. Hierfür geeignete Druckfedern lassen sich gut in die hohlen
Schraubennaben versenkt anbringen. Bei Rechtsdrehung der Welle 5 wird der aufgeklemmte
Ring 7 mitgenommen und letzterer übt infolge seines Reibungsmonents auf der Welle
einen bestimmten Druck gegen das Verbindungsstück 8 und damit gegen die Schraubenfeder
4 aus. Das Schraubenfederende wird also gegen das sich ebenfalls rechts drehende
Gehäuse 3 gepreßt und auseinandergerollt. Infolgedessen klemmt sie sich in beiden
Gehäuseteilen -i und 2 fest und nimmt die
Welle i mit, von der aus
natürlich dieselbe Wirkung des Klemmringes 6 auf die Feder rückwärts ausging.
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Abb.8, 9 zeigen .die Verwendung des Schraubenfedergesperres als Kraftmaschinenkupplttng
mit durchgehender Welle i. Das treibende und sich linksherum drehende Rad 9 auf
einer Leerlaufbüchse io soll sich mit der Welle i fest verbinden, solange letztere
das Bestreben hat, gegen die Antriebsscheibe zurückzubleiben; es soll sich aber
sofort wieder lösen, wenn die Welle, durch eine andere Kraft getrieben, nach links
voreilen will. Die Nabe 3 des Rades 9 ist hier gleichzeitig ein Teil des Federgehäuses;
das ergänzende Gehäusestück 2 ist mit der Welle i fest verbunden. Die Schraubenfeder
wird hier, um die Verschiedenheit der Ausführungsmöglichkeiten zu zeigen, von einem
Ende durch einen schon vorher beschriebenen Reibungsring 6 erregt, in welchen das
Federende 5 (Abb. 9) einfach hineingesteckt ist. Am anderen Ende ist die nach innen
verlängerte Feder d. mit einer oder mehreren Windungen 8 um eine Nabe 7 des Rades
9 mit Vorspannung nach rechtsherum gewickelt. Wenn jetzt die Welle i gegen die Linksdrehung
des Antriebsrades 9 zurückbleiben will, so- erzeugt der Reibungsring 6 (Abb.9) ein
Drehmoment und damit einen Druck gegen das Ende 5 der Schraubenfeder d., die sich
hierdurch auseinanderrollt. Dieselbe Wirkung tritt auf der anderen Seite ein; das
Gehäuse 3 dreht sich mit der zugehörigen Innennabe 7 gegen die Schraubenfeiler d.
(Abb. io) und rollt sie auseinander. Das Antriebsrad 9 wird also in diesem Falle
mit der Welle i fest verbunden, bei einem Voreilen der Welle links herum aber wieder
von dieser gelöst. Die Schraubenfeder d. kann natürlich auch hier wieder entweder
an dem einen Ende mit der NTabe a bzw. der Welle i oder an dem anderen Ende mit
der Nabe 3 bzw. 7 fest verbunden sein.
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Die Ausführung der Gesperre nach Abb. i bis d. kommt hauptsächlich
für eine schrittweise Bewegung, wie z. B. Schalthebel, Bohrknarren usw. in Anwendung,
während die Ausführung nach Abb. 5 bis io (mit Hilfserreger) mehr für die Übertrabung
großer Drehmomente, also für Kraftrnaschinenkupplungen usw. geeignet ist.
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Die Ausbiegung der Federenden bzw. die Anwendung eines Hilfserregers
haben noch den großen Vorteil, daß die zylindrische Schraubenfeder selbst nur den
Innendurchinesser der Kupplungshülsen als Außendurchmesser zu haben braucht, wodurch
das Reibungsnioinent beim Leerlauf, d. h. bei der l"ückwärtsbe"-egung sehr vermindert
wird. Dieser Vorteil ist besonders wichtig für Schalthebel, damit beim Rückwärtsgang
auch nicht durch Reibung der innere Kern (Welle o. dgl.) mitgenommen wird. Der Außendurchmesser
der Schraubenfeder darf sogar etwas kleiner als der Innendurchmesser der Hülsen
sein, dann arbeitet das Gesperre aber nicht mehr spielfrei, sondern verlangt eine
tote Drehung, bis sich, die Schraubenfeder zum Gehäuse schlüssig passend auseinandergerollt
hat.