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Getriebe Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit
mindestens zwei drehbaren Wellen, von denen jede mit einem Drehflächen aufweisenden
Übertragungsorgan ausgerüstet ist, und mit einem endlosen, gelenkigen Verbindungsorgan
für die Übertragungsorgane. Die Verbindung bezweckt, Getriebe dieser Gattung so
zu vervollkommnen, daß durch sie möglichst große Tangentialkräfte übertragen werden
können bei einem für die zu übertragenden Kräfte relativ kleinen wirksamen Halbmesser
der Übertragungsorgane. Dieser Zweck wird der Erfindung gemäß dadurch erreicht,
daß das Verbindungsorgan durch ein bandförmiges Textilfasergewebe gebildet ist,
das mindestens auf der Außen- oder Innenseite oder auf beiden Seiten mit Backen
bestückt ist, die aus einem mit einer festen Harzmasse durchtränkten Fasermaterial
bestehen.
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Die Zeichnung stellt beispielsweise eine Ausführungsform des Gegenstandes
der Erfindung und einige Abänderungen dar.
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Fig. i und 2 sind zwei um 9o° versetzte Ansichten eines gelenkigen
endlosen Organs, das einen Teil des Getriebes bildet, von dem ein anderer. Teil
teilweise geschnitten in. Fig. 5 dargestellt ist; Fig. 3, 4, 6 und 7 sind Schnitte
in größerem Maßstab als Fig. i und stellen bauliche Verschiedenheiten des gelenkigen
Organs dar; Fig.8 stellt in einfacher Ansicht eine andere Ausführungsform dar.
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Das teilweise dargestellte Getriebe weist mindestens zwei sich drehende
parallele Wellen, wie
die Welle 9 in Fig. 5, auf und ein endloses
gelenkiges Organ. mit 'der in den Fig. i und 2 dargestellten zusammengesetzten Bauart.
Dieses Organ besteht aus einem endlosen Band 2, an dem starre Backen 3 und 4 quer
zum Band und Seite an Seite auf der ganzen Länge der äußeren und inneren Flächen
befestigt sind. Diese Backen haben den Zweck, das Band 2 quer zu spannen und gegen
die Druckkräfte zu wirken, .die auf sie ausgeübt werden, sobald das Band von der
einen der beiden Wellen 9 zur anderen gespannt wird, indem es auf beiden Seiten
zwischen zwei kegelstumpfförmigen Flächen 5 und 5' hindurchgeführt wird, die drehschlüssig
mit der einen und der anderen der Wellen 9 verbunden sind. Diese sind zu diesem
Zweck mit Keilen 6 und 6' versehen, auf denen Scheiben 7a und 7b angeordnet sind,
zu denen die Flächen 5 und 5' gehören, deren Erzeugende in entgegengesetztem Sinn
derart geneigt sind. .daß sie das äquivalent der allein wirksamen Flanken einer
Scheibe mit trapezförmiger Rinne bilden. Mindestens eine der beiden Scheiben 7a
und 7b kann auf ihrem Keil gleiten und ist im Betrieb der Wirkung einer Kraft unterworfen,
die sie der anderen Scheibe zu nähern sucht.
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Die Backen 3 der Außenfläche und 4 der Innenfläche sind aus einem,
Fasermaterial hergestellt, das mit einer festen Harzmasse imprägniert ist, wie Gewebe
oder Karton, die mit Kunstharz behandelt sind. Dieses Material liegt an ihren Enden,
frei, die dazu bestimmt sind, mit den Flächen 5 und 5' in Berührung zu treten. Das
Band 2 selbst ist ein Gewebe aus natürlichen oder künstlichen Textilfasern, vorzugsweise
aus Nylon (vollsynthetische Kunstfaser aus Superpolyamiden).
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Die Backen 3 und 4 bilden Paare, wo sie sich gegenüberstehen, um mittels
Niete 8 kräftig verbunden werden zu können, die durch Löcher hindurchgehen, die
in den Backen und im Band 2 vorgesehen sind, das zwischen diesen Backen zusammengepreßt
liegt, und zwar um so mehr, als während des Nietens ein Längszug auf es ausgeübt
wird.
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Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß das Profil jedes der Backen 3 und 4
auf eine zur Richtung des Bandes 2 senkrechte Ebene projiziert, eine Trapezform
aufweist, die zur Folge hat, daß die die Flächen 5 und 5' berührenden Flächen auf
schmale nahe dem Band 2 liegende Zonen beschränkt sind. Für die Backen 3 würde diese
Wirkung auch erreicht, wenn ihre Fläche, die der das Band berührenden Fläche entgegengesetzt
liegt, gleich lang oder kürzer wäre als die das Band berührende Fläche, während
für die Backen 4 die Länge der dem Band entgegengesetzten Fläche kleiner sein mu13
als die das Band berührende Fläche. Aber man kann auch so verfahren, daß die Berührungszone
ganz an den Enden der inneren Backen 4 liegt oder an denen der äußeren Backen 3,
so daß jedenfalls der notwendigen Bedingung genügt wird, daß die Flächen der einen
und der anderen, die sich gegen das Band legen, eine Länge haben, die wenigstens
der Breite des Bandes gleichkommt. Bei den Fig. i. 2 und 5 ist vorausgesetzt, daß
die Backen 3 sich gegenseitig an den geradlinigen Strängen des gelenkigen Organs
berühren und einen rechteckigen Querschnitt haben, während der Schnitt der Backen
4 trapezförmig ist, dessen das Band berührende Seite gleich derjenigen der Backen
3 ist, während seine entgegengesetzte Seite .kürzer ist, um die Krümmung des gelenkigen
Organs nach einem polygonalen Bogen bei seinem Durchgang zwischen .den kegelstumpff<irinigen
Flächen zu ermöglichen.
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Bei der abgeänderten Ausführungsform der Fig.3 erlauben die inneren
Backen 4a diese Krümmung, obwohl sie einen rechteckigen Querschnitt haben, weil
sie voneinander durch einen genügenden Abstand getrennt sind.
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In der Fig. 4 haben die Backen 3a dieselben Querschnitte wie die Backen
3, sind aber auf den beiden Bandflächen durch einen Abstand voneinander getrennt,
der auf ihrer auf dem Band aufliegenden Fläche einen kleinen Teil ihrer Breite beträgt.
Die Backen 4b haben den aus der "Zeichnung ersichtlichen trapezförmigen Querschnitt.
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In Fig. 6 kommt zu den Merkmalen der F ig. 4 hinzu, daß diese an dem
Band anliegende Fläche bei jedem der äußeren und inneren Backen jeden Paares zylindrisch
gekrümmt ist, wobei die Flächen io der Backen 3b konkav und -die Flächen i i der
Backen 4c konvex sind und das Band 2a zwingen sich ihrer Krümmung anzupassen, deren
Achse sich hier auf der Seite der inneren Fläche befindet, die sich aber auch auf
der Seite der äußeren Fläche des endlosen Organs befinden könnte.
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In Fig. 7 sind die Backen 4d der inneren Fläche als aus Metall bestehend
gedacht, so daß sie weniger stark sind als Backen aus Faserstoff, der, um denselben
Widerstand zu haben, mit einer festen Harzmasse imprägniert ist.
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In Fig.8 haben die Backen der zwei Arten 3c und 4b alle beide einen
trapezförmigen Querschnitt, derart, daß man das endlose Organ nach beiden Richtungen
krümmen kann, z. 13. wenn an ihm eine Spannvorrichtung angeordnet wird, die eine
gegen die äußere Fläche wirkende Rolle oder eine mit einer trapezförmigen Rinne
versehene Scheibe hat, die mit den Enden der Backen 3 zusammenwirkt.
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Welches auch die Querschnittsformen der Backen und ihre Anordnung
auf dein Band seien, der Winkel a, den die Erzeugenden der Flächen 5 und 5' mit
einer zur Achse normalen Ebene einschließen, kann mindestens ebenso klein gehalten
werden wie bei den Getrieben der beschriebenen Art, bei denen die Backen des endlosen
Organs aus Holz bestehen, das an den Enden mit Leder belegt ist. Es ergeben sich
daraus mehrere Vorteile, die an Hand der Fig. 5 beschrieben werden.
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Der Winkel a kann kleiner gehalten werden als gewöhnlich auf Grund
von zwei Eigenschaften des Materials, aus dem die Backen bestehen, die mit den Flächen
5 und 5' in Berührung gelangen, nämlich auf Grund des Reibungskoeffizienten dieser
Flächen, der kleiner ist als derjenige des Lederbelages der Backen aus Holz, und
auf Grund eines
Widerstandes gegen Druck und Knickung, der größer
ist als derjenige von Holz.
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Man muß tatsächlich vermeiden, daß der Winkel a kleiner wird als der
Winkel V, der als Tangente den Reibungskoeffizient hat, denn dies würde zu einer
Verringerung der Übertragungsleistung führen. Diese nachteilige Beziehung zeigt
sich im Falle trapezförmiger Gummiriemen, deren Reibungskoeffizient so groß ist,
daß er einem Winkel entspricht, der größer ist als der Winkel a der Flanken der
Rille, was zu einer Verkeilung des Riemens in dieser Rille führt und sich durch
eine Krümmung des Trums gegen das einlaufende Trum geltend macht. Diese Krümmung
ist das Anzeichen dafür, daß die Leistung notwendigerweise dadurch vermindertwird,
daß das auslaufendeTrum ständig aus der Rille herausgezogen werden muß, in der es
eingeklemmt ist, so daß eine reine Verlustarbeit gegen eine Reibkraft geleistet
wird. Dieser Fehler kann auch auftreten im Falle von Backen aus mit Leder belegtem
Holz. Bei den Getrieben, bei denen das Übersetzungsverhältnis ständig geändert wird,
indem die Scheiben 7a und 7b einer Welle sich einander genähert und die der anderen
Welle ebensoviel voneinander entfernt werden, verhindert diese Verkeilung, daß diese
Änderung des übersetzungsverhältnisses im Ruhezustand stattfinden kann, was möglich
ist, sobald der Winkel a größer ist als der Reibungswinkel V, wie das bei Fig. 5
der Fall ist.
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Gemäß der Theorie über endlose Riemen, die über zylindrische Scheiben
laufen, weiß man, daß die Spannungen der beiden Trume einem Exponentialgesetz unterliegen,
in dem die Basis das Produkt des Reibungskoeffizienten mit dem Winkel ist, unter
dem der Riemen die Scheibe berührt. Dieses Gesetz ist in Anpassung an die gegebenen
Verhältnisse auch auf Riemen anwendbar, die, in trapezförmigen Rillen laufen, wobei
die Radialkräfte, die Reibungskräfte erzeugen, durch normal zu den kegelstumpfförmigen
Flanken wirkende Kräfte ersetzt werden. Die Kraft F1 der Fig. 5 ist eine der Radialkräfte,
die vom Eintrittspunkt gum Austrittspunkt zunehmen. Sie setzt sich aus einer Normalkraft
N und einer Kraft zusammen, die gleich groß wie F2 und dieser entgegengesetzt gerichtet
ist. Wenn der Winkel a klein ist, sind diese beiden Kräfte groß, und die erste proportional
der Cosekante, die andere proportional der Cotangente dieses Winkels.
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Es ist also zu ersehen, daß schon die trapezförmigen Riemen oder die
mit kreisrundem Querschnitt Tangentialkräfte übertragen können, die groß im Verhältnis
zu ihrer Spannung in der Ruhestellung sind, aber daß die zulässige Größe solcher
Kräfte wie F2 durch die Zusammendrückbarkeit des Gummis oder des Leders begrenzt
ist, aus denen sie bestehen, und daß gelenkige Organe der beschriebenen Art, deren
Backen aber aus Holz bestehen, wegen des Widerstandes des Holzes ebenfalls beschränkt
verwendungsfähig sind.
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Die Kraft F1 ist nur an einem der Enden der Backe dargestellt, obwohl
die Anwendung der Zerlegung symmetrisch an beiden Enden stattfinden sollte, so daß
ein Paar Backen 3 und 4 einer Kraft widerstehen muß, die doppelt so groß ist wie
die Kraft F2. Die Homogenität einer Backe aus mit Kunstharz behandeltem Gewebe ermöglicht
es, daß sie großen Kräften widersteht, selbst wenn- ihre Länge das Zehn- bis Zwanzigfache
ihrer kleinsten Querabmessung ist. So können bei einem gegebenen Durchmesser der
Scheiben 7° und 7b, wenn immer größere Breiten des Bandes genommen werden, immer
größere Kräfte übertragen werden, bis zu der durch die Knickfestigkeit der Backen
gegebenen Grenze. Dies bringt den technischen Vorteil mit sich, daß die Scheiben
so klein wie möglich sein können, d. h., daß sie wirtschaftlicher sind durch ihre
Leichtigkeit und durch einen geringeren Raumbedarf, als wenn die Backen aus Holz
bestehen und einen großen Reibungskoeffizienten aufweisen.
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Bei der Anwendung der Ausführungsform der Fig. 7 ist vorausgesetzt,
daß die Enden der Backen 3 derart ausgebildet sind, daß gerade diese Backen mit
den konischen Scheiben in Berührung kommen. Diese Ausführungsform kann umgekehrt
werden, indem dann die Backen aus Metall außen liegen und die Berührung mit den
Scheiben durch die inneren Backen aus Faserstoff stattfindet, der mit einer Harzmasse
imprägniert ist. Die Niete 8 können durch Bolzen mit Muttern ersetzt werden. Das
Band 2 ist vorzugsweise endlos gewebt.
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Die auf dem endlosen Band 2 mindestens auf der Außen- oder Innenseite
oder auf beiden Seiten befestigten Backen dienen, wie. sich aus dem vorstehenden
ergibt, dazu, das Band quer zu spannen und den Druckkräften zu widerstehen, die
auf sie einwirken, wenn das Band von einer Welle zur anderen gespannt ist und zwischen
den beiden Drehflächen des Übertragungsorgans 7, 7° hindurchläuft, deren Erzeugende
derart gegeneinander geneigt sind, daß sie das Äquivalent der allein wirksamen Flanken
einer Scheibe mit trapezförmiger Rinne bilden. Bei dem erläuterten Getriebe kann
das Band große Tangentialkräfte übertragen, die den wirksamen Halbmessern der Scheiben
entsprechen; diese sind relativ klein für die zu übertragenden Kräfte, da der große
Widerstand, den die Backen aus mit Harz getränktem Fasermaterial dem Druck und der
Knickung entgegensetzen, die Benutzung großer Bandbreiten gestattet, und da gleichzeitig
die Neigungen der Erzeugenden große Normalkomponenten und demzufolge Gleitwiderstände
ergeben, die genügend sind, selbst wenn der Reibungskoeffizient der Backen gegen
die Flanken kleiner wäre als derjenige von Leder, mit dem gewöhnlich die Seitenflächen
weniger widerstandsfähiger Backen versehen sind.