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Einrichtung zur Überwachung und Regelung der Belastung von Maschinen
oder Arbeitsvorrichtungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur überwachung
und Regelung der Belastung von Maschinen oder Arbeitsvorrichtungen mit einem treibenden
und einem getriebenen Maschinenteil und einem auf Torsion beanspruchten Verdrehstabelement,
dessen Verwindung von der zwischen den Maschinenteilen übertragbaren Belastung abhängig
ist.
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Es ist bereits ein derartiger Regler für Kraftmaschinen bekannt, bei
dem die Hauptwelle der Maschine als elastisches Glied verwendet wird, so daß also
die die gesamte Leistung übertragende Welle als Drehstabelement herangezogen wird.
Die Maschinenwelle selbst, einerseits als Drehstabelement, andererseits aber auch
zur Übertragung der Leistung zu verwenden, ist insofern nachteilig, als die Welle
auf mehrfache Sicherheit dimensioniert sein sollte, was auch in der Regel eine Vorschrift
ist, dann aber nicht mehr als Drehstabelement benutzbar ist; denn die auf mehrfache
Sicherheit ausgelegte Maschinenwelle ist in aller Regel hierzu nicht hinreichend
drehelastisch.
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Bei einer anderen bekannten Regeleinrichtung für Turbinen wird ein
Drehstab verwendet, der mit einem ventilartigen Regelorgan zusammenwirkt. Hierzu
wird die Trägheit des mit dem Drehstab zusammen umlaufenden Körpers dieses Regelorgans
benutzt. Der Drehstab ist mit seinem einen Ende in der Turbinenwelle koaxial zu
dieser befestigt und läuft demzufolge mit dieser zusammen um. In Verbindung mit
der Ausnutzung der Trägheit des ebenfalls mit umlaufenden Regelorgankörpers kann
der Drehstab nur auf eine Beschleunigung bei plötzlich auftretenden Geschwindigkeitsänderungen
des Antriebs ansprechen. Durch eine Änderung der Geschwindigkeit wird nämlich eine
Öffnung im ölstromkreis gesteuert und hierdurch eine Änderung des Öldruckes eines
Regelkreises veranlaßt, der seinerseits die Turbine steuert. Der Drehstab stellt
somit eine von der Last der Turbine unabhängige Verbindung zwischen der Turbinenwelle
und dem erwähnten Regelorgankörper dar. Die bekannte Einrichtung dient somit lediglich
als Sicherheitsregler neben der unabhängig davon vorzusehenden normalen Regelung
der Turbine.
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Schließlich ist auch eine Schaltkupplung mit Unterbrechung des Motorstromes
bei Überlastung bekannt, bei der zwischen den beiden Kupplungshälften Spiral-oder
Gummifedern angeordnet sind, so daß sich die beiden Kupplungshälften gegeneinander
verschieben können und hierbei Schaltvorgänge auslösen. Zur Übertragung hoher Leistungen
ist die bekannte Schaltkupplung nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kraftübertragung zur
Drehmomentmessung außerhalb des eigentlichen Kraftflusses vorzunehmen, so daß also
das zu messende Drehmoment nicht unmittelbar an der auf Torsion beanspruchten Welle
abgenommen wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten
Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Verdrehstabelement einen in axialem Abstand
von einem festgehaltenen Ende desselben angeordneten und mit ihm fest verbundenen
radialen Arm, der mit einem der unter Last stehenden Maschinenteile an einer im
Abstand von der Achse der Bewegung liegenden Stelle wirkungsmäßig in Verbindung
steht, um in vorbestimmten Bereichen eine Verwindung des Verdrehstabelementes zu
bewirken, sowie eine auf die Verwindung im Verdrehstabelement ansprechende Vorrichtung
aufweist, welche die Belastung der Maschine oder der Vorrichtung anzeigt oder regelt.
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Durch die außermittige Anordnung des Verdrehstabelementes schafft
die Erfindung die Möglichkeit, im Bedarfsfall auch eine Vielzahl solcher Elemente
unterzubringen, um hohe Leistungen übertragbar zu machen. In weiterer Ausgestaltung
der Erfindung ist daher vorgesehen, daß mehrere parallel angeordnete Verdrehstabelemente
vorhanden sind, deren radiale
Arme mit dem unter Last stehenden
Teil der Maschine wirkungsmäßig verbunden sind.
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Das Drehstabelement steht zwar unter Last, liegt aber durch die Erfindung
außerhalb der eigentlichen Antriebsübertragung, wobei ein Ende fest eingespannt
ist. Daher kann die An- bzw. Abtriebswelle ohne Rücksicht auf ihre Drehelastizität
zur Verhütung eines Torsionsbruches auf mehrfache Sicherheit berechnet und konstruiert
werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung.
In dieser zeigt F i g. 1 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung in Perspektive, wobei die Einzelteile der Klarheit wegen teilweise auseinandergezogen
veranschaulicht sind, F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils
einer weiteren Ausführungsform, F i g. 3 eine Ansicht von rechts auf die Ausführungsform
nach F i g. 2, teilweise im Schnitt und mit weggebrochenen Teilen, F i g. 4 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines durch einen erfindungsgemäßen Drehmomentenregler
gesteuerten Schneckentriebes, F i g. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
durch die Abtriebswelle einer weiteren Ausführungsform, F i g. 6 einen - Schnitt
nach der Linie VI-VI der F i g. 5, F i g. 7 einen Schnitt durch einen Elektromotor,
dessen Leistungsabgabe durch eine erfindungsgemäße Einrichtung gesteuert wird, F
i g. 8 einen Schnitt durch eine Antriebsübertragung, F i g. 9 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht einer Förderschnecke mit der in F i g. 1 veranschaulichten Einrichtung,
F i g. 10 einen Schnitt durch eine Antriebsübertragung, F i g. 11 einen Schnitt
nach der Linie II-II der Fig. 10, F i g. 12 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
von rechts der in F i g. 10 gezeigten Einrichtung; F i g.13 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Antriebsübertragung, F i g.14 eine
Einzelheit in Blickrichtung der Pfeile bei A in F i g. 13.
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In F i g. 1 ist der Antriebsmechanismus ein hypozykloidisches Zahnradgetriebe
mit einer Antriebswelle 1, einer Abtriebswelle 2, einem winklig verschiebbaren Teil
in Form eines innenverzahnten Ringes 3 und einem Ritzel 4, das auf einem mit der
Antriebswelle 1 verbundenen Exzenter 5 drehbar befestigt ist. Das Ritzel4 ist von
kleinerem Durchmesser als der Innendurchmesser des Ringes 3 und kämmt mit diesem.
Ferner sind am Ritzel4 zwei Stiftschrauben 92, die mit diesem drehbar sind, angebracht:
Die Abtriebswelle 2 ist mit einer Platte 93 versehen, an welcher zwei Stiftschrauben
94 mit dieser drehbar in einer Ebene quer zum Durchmesser der Stiftschrauben 92
befestigt sind. Ein schwimmender Teil 9 mit zwei Paar aneinander gegenüberliegenden
Schlitzen 95 ist so angeordnet, daß die Stiftschrauben 92 und 94 mit diesen Schlitzen
im Eingriff stehen, wodurch der Antrieb vom Ritzel4 auf die Abtriebswelle 2 über
eine Kupplung erfolgt. Der Ring 3 ist mit drei kreisbogenförmigen Schlitzen 11a
versehen, in welche Stifte eingreifen, die am Gehäuse 96 des nicht dargestellten
Zahnradgetriebes befestigt sind und in denen der Ring drehbar angeordnet ist, so
daß er eine begrenzte Drehbewegung in bezug auf Antriebswelle 1 ausführen kann.
Alternativ kann der Ring 3 mit Außenansätzen 13 versehen werden, die je in einen
Schlitz 97 des Gehäuses eingreifen.
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Am Umfang des Ringes 3 befindet sich eine Nut 15. Ein Verdrehstabelement
16 ist in bezug auf das Gehäuse 96 am oder nahe einem Ende 17 befestigt und trägt
am anderen Ende einen radialen Arm 18, der in die Nut 15 eingreift. Der Teil 98
des Verdrehstabelementes ruht in einem nicht dargestellten Lager im Gehäuse 96,
während das freie Ende des Stabes mit einem Glied, z. B. einer Kurbel 25, zwecks
Verbindung mit einer auf die Verwindung des Verdrehstabelementes ansprechenden Vorrichtung
versehen ist.
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Man erkennt, daß bei Drehung der Antriebswelle 1 sich das Ritzel 4
durch den Exzenter 5 im Kreis bewegt und sich dreht und mit den Zähnen des Ringes
3 kämmt und daß der Antrieb der Abtriebswelle 2 über die Teile 92, 9 und 94 erfolgt.
Sollte die Abtriebswelle 2 unter übermäßiger Belastung stehen, so würde die Reaktionskraft
am Zahnradgetriebe eine Drehung des Ringes 3 gegen den Widerstand des Verdrehstabelementes
16 bewirken wollen. Der Teil 98 des Verdrehstabelementes 16 zwischen Ende 17 und
radialem Arm 18 ist von solcher Länge und solchem Durchmesser, daß, wenn Ring 3
zur Drehung auf eine vorbestimmte Begrenzung nach jeder Richtung hin durch die auf
dem Getriebe ruhende Belastung über die Abtriebswelle 2 gebracht wird, Teil
98 des Verdrehstabelementes sich verdreht, so daß Kurbel 25 winklig
verschoben wird und mit ihrem Ende 24 die auf die Verwindung ansprechende Vorrichtung
betätigt. Die Länge der Kurbel 25 kann so gewählt werden, daß für die erforderliche
Verstellung ihres Endes 24 nur eine sehr kleine Winkelverschiebung des Ringes 3
notwendig ist. Die auf die Verwindung ansprechende Vorrichtung kann derart sein,
daß sie einen Apparat oder ein Instrument betätigt und beispielsweise an einer Skalenscheibe
oder als Diagramm die Beanspruchung des Zahnradgetriebes aufschreibt; oder sie kann
die Betätigung einer Vorrichtung zur Veränderung, Stillsetzung oder Umsteuerung
des dem Antriebsmechanismus von der Kraftmaschine erteilten Antriebs bewirken.
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Es muß darauf hingewiesen werden, daß obgleich F i g.1 ein hypozykloidisches
Zahnrad darstellt, auch irgendein anderes Zahnradgetriebe verwendet werden kann,
bei welchem ein verschiebbarer Teil normalerweise ortsfest angeordnet ist oder sich
nur innerhalb einer vorbestimmten Grenze oder Grenzen bewegt, aber hierbei genügend
verschoben wird, um eine Verdrehung des Verdrehstabelementes herbeizuführen.
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Die auf Verwindung ansprechende Vorrichtung kann bei Betätigung der
Steuerung der Kraftmaschine oder bei der Regelung der Energiezufuhr für einen Elektromotor
als Antriebsmaschine diese Betätigung nur bewirken, wenn der verschiebbare Teil
die Grenze seiner Bewegung erreicht hat; oder aber es kann eine solche Betätigung
kontinuierlich bewirken im Verhältnis zur Größe der Bewegung des verschiebbaren
Teils, und es kann sich nach jeder Richtung des
Antriebs hin betätigen,
um eine Umsteuerung des Antriebes oder eine Schwingung des getriebenen Teils zu
verursachen.
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In den F i g. 2 und 3 wird die Anwendung einer Einrichtung, wie sie
in F i g. 1 dargestellt ist, für die Kontrolle eines Ventilschaftes gezeigt. F i
g. 2 zeigt im oberen Teil des Gehäuses eine Welle 108, die einen Ventilschaft bildet
oder mit einem solchen verbunden ist, der durch eine Antriebsmaschine oder von Hand,
wie später beschrieben, über eine Antriebstransmission geöffnet oder geschlossen
wird. Die Welle 108 schraubt in einer außen mit Längsnuten und innen mit Gewinde
versehenen Buchse 99, wobei die Längsnuten 100 mit ähnlichen Teilen an einer Hohlwelle
101 im Eingriff sind und die Längsnuten eine seitliche Bewegung der Buchse innerhalb
dieser Hohlwelle zulassen. Verkeilt mit der Hohlwelle ist ein Kegelrad 102, das
mit zwei Kegelritzeln 103,104 kämmt, wobei Ritzel 104 mit einer Welle
105 verkeilt ist, die der Abtriebswelle 2 in F i g. 1 entspricht. Ritze1103 ist
ein frei laufendes Ritzel. Die Teile 99 bis 105 bilden den Antriebsmechanismus dieses
Ausführungsbeispiels. Der Drehmomentregler ist in F i g. 4 schematisch dargestellt,
ist aber bei A in F i g. 2 und 3 ersichtlich. Das Ritzel 4 erkennt man im unteren
Teil der F i g. 2, es kämmt mit dem mit dem oberen Ende des Verdrehstabelementes
16 verbundenen Ring 3.
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Das Verdrehstabelement ist an seinem unteren Ende 17 an einem Vorsprung
des Gehäuses 106 befestigt, und der den Arm 18 tragende Teil des Stabes dreht sich
frei in einem Vorsprung 107 am oberen Ende des Gehäuses 106.
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In F i g. 3 ist am Gehäuse 106 das Gehäuse eines Elektromotors 32
befestigt, dessen Antriebswelle 33 mit einer kurzen Welle 34 verbunden ist. Das
freie Ende der Welle 34 ist mit Klauenzähnen 35 versehen, die mit Klauen 36 im Eingriff
sind, die an einer Welle 37 mittels eines Hebels 38 gleitbar angeordnet sind, der
bei 39 am Gehäuse 106 drehbar angelenkt ist und sich unter die untere Wandung des
Gehäuses erstreckt. Der zentrale Teil der Klaue 36 ist mit einem Ritzel 40 versehen
und ist mit seinem freien Ende mit einem Ritzel41 verkeilt, das mit einem Kegelrad
42 kämmt, das an der Welle 43 befestigt ist, die mit der in F i g.
1 dargestellten Antriebswelle 1 übereinstimmt.
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Man ersieht hieraus, daß, wenn der Motor eingeschaltet wird und Hebel
38 sich in der in F i g. 3 gezeigten Stellung befindet, der Motor über die Zahnräder
41, 42, die Wellen 43, 105, die Zahnräder 104, 103, die Hohlwelle 101 und die Gewindebuchse
99 die Welle 108 dreht, um das Ventil entweder zu öffnen oder zu schließen. Wenn
das Ventil die geöffnete oder geschlossene Stellung erreicht hat, so wird die der
Welle 108 infolge weiteren Widerstandes gegen die Bewegung des Ventiltellers erteilte
Belastung den Ring 3 innerhalb seiner Begrenzungen zur Drehung bringen, wodurch
Teil 19 des Verdrehstabelementes 16 verdreht wird. Das Verdrehstabelement 16 ist
mit einer Anzeigevorrichtung 44 verbunden, welche bei Verdrehung des Verdrehstabelementes
16 einen Schalter auslöst und den Strom nach dem Motor abschaltet.
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Wenn in F i g. 3 der Hebel nach rechts bewegt, wird, so werden die
Klauen 35, 36 ausgerückt, und Teil 36 verschiebt sich nach links, bis das Ritzel
40 mit einem Ritzel 45 im Eingriff ist, das mit einer im Gehäuse gelagerten Welle
46 verkeilt ist, die einen Hebel 47 trägt. So kann das Ventil von Hand durch Verschwenken
des Hebels 47 entweder geöffnet oder geschlossen werden, wobei der Motorantrieb
abgeschaltet ist. Sollte der Hebel über die vorbestimmte Stelle der Belastung hinaus
gedreht werden, so wird das Verdrehstabelement 16 verdreht, um einer weiteren Belastung
entgegenzuwirken und sie bei Freigabe des Hebels wieder frei zu machen.
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F i g. 4 zeigt die Anwendung der Einrichtung auf einen Schneckenantrieb.
Dieser Antrieb besteht aus einer Antriebswelle 1, die von einer Kraftmaschine über
ein Getriebe angetrieben wird, von welchem ein Ritze150 an der Welle dargestellt
ist. Die Welle ist mit einer Schnecke 51 versehen, die mit einem an einer getriebenen
Welle 53 befestigten Schneckenrad 52 kämmt. Die Welle 1 läuft in Lagern 54 und läßt
sich axial verschieben. Die Steuerung dieser axialen Verschiebung geschieht durch
das Verdrehstabelement 16, dessen Arm 18 mit einer ringförmigen Nut 55 eines
an der Welle 1 befestigten Teils 56 im Eingriff steht. Ein zusätzliches Verdrehstabelement
16 mit Arm 18 kann auf der gegenüberliegenden Seite von Teil 56 vorgesehen
werden, um eine ausgeglichene axiale Bewegung der Welle zu garantieren und zu verhindern,
daß die Welle sich durchbiegt. Das obere Verdrehstabelement 16 ist mit einem Doppelkontakt
68, 69 versehen, während zwei benachbarte Kontaktglieder 67 im Gehäuse der Vorrichtung
befestigt sind, so daß bei Verschiebung der Welle 1 axial, wenn sich die Stäbe verdrehen,
einer der Kontakte 68, 69 einen der Kontakte 67 berührt und so einen elektrischen
Stromkreis schließt, in dem diese: Kontakte den Strom zur Kraftmaschine (die in
diesem Fall eine Antriebsmaschine ist) abschalten, verändern oder umsteuern und
so den über Welle 53 erteilten Antrieb beeinflussen. Wo die zwei Verdrehstabelemente
16 vorgesehen sind, wie in F i g. 4 dargestellt, ist es klar, daß jeder Stab nur
den halben Wert eines Verdrehstabelementes besitzt, falls nur ein Verdrehstab verwendet
wird, oder die beiden Stäbe können verschiedene Werte für den hierin spezifizierten
Zweck haben. Im Betrieb halten der Verdrehstab oder die Stäbe die Welle 1 in der
in F i g. 4 dargestellten Stellung; und der Antrieb geht normalerweise von Ritzel
50 nach Welle 53. Sollte die Welle 53 bis zu einer vorbestimmten Grenze belastet
werden, so bewirkt der dem Antrieb infolge der Belastung entgegengestellte Widerstand,
daß infolge der Belastung eine axiale Kraft an die Welle 1 gelegt wird, so daß das
Verdrehstabelement 16 sich verdreht und einen der Kontakte 67, 68 oder 67, 69 schließt.
Sobald sich nun der Antrieb als Ergebnis des Kontaktes ändert, fällt die Belastung
auf die Welle 53 ab, und die Verdrehstabelemente 16 bringen die Welle 1 wieder in
die in F i g. 4 dargestellte Stellung. Da das Getrieberad, wie dargestellt, ein
Schrägzahnrad ist, läßt es diese axiale Verschiebung der Welle 1 zu.
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In den F i g. 5 und 6 hat der Antriebsmechanismus auf einer Welle
70 ein Ritzel 71 im Eingriff mit einer Zahnstange 72, die mit einer oder mehreren
Nuten 15 versehen ist, in welche die an den Verdrehstabelementen 16 angebrachten
Arme 18 eingreifen und eine axiale Verschiebung der Zahnstange verhindern. Am Ende
der Zahnstange ist ein Kontakt 74 angebracht, der, falls sich die Zahnstange über
eine vorbestimmte Distanz verschiebt, in Berührung mit
einem Gegenkontakt
75 kommt, der im Stromkreis einer die Kraftmaschine des Antriebsmechanismus steuernden
elektrischen Vorrichtung enthalten ist. Sollte also der Antriebsmechanismus bis
zu einer vorbestimmten Begrenzung belastet werden, so neigt Welle 70 dazu,
sich zu drehen; dies wird jedoch durch die Verdrehstabelemente 16 verhindert. Aber
bei vorbestimmter Belastung lassen sie eine Verschiebung der Zahnstange zu, um den
Stromkreis 75, 74 zu schließen. Ein zweiter Kontakt 74 kann am linken Ende
oder an einer anderen Stelle der in F i g. 5 dargestellten Zahnstange vorgesehen
werden, um die Regelung in zwei Richtungen des Antriebes wirksam zu machen.
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F i g. 7 stellt einen Elektromotor mit einem Rotor 76 und Stator 77
dar; wobei diese in einem ringförmigen verdrehbaren Teil 78 befestigt sind,
der drehbeweglich im Gehäuse 79 des Motors angeordnet ist. Der Teil 78 steht
im Eingriff mit einem am Verdrehstabelement 16 befestigten Arm 18, und Kontakte
80, 81 sind wie in F i g. 4 vorgesehen.
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Der Stab 16 kann einen zweiten Arm 18a haben, und die beiden Kontakte
können so angeordnet werden, daß jeder mit einem der Arme 18,18a in Kontakt kommt,
wenn Teil 78 verstellt wird. Wenn der Motor im Betrieb normal läuft, hält
der Stab 16 den Teil 78 in seiner Stellung fest, sollte dagegen der
Motor bis zu einer vorbestimmten Grenze, z. B. bis zur Durchbrenngrenze, belastet
werden, dann erzeugt das magnetische Feld eine Kraft, die dahin neigt, den Stator
77 und daher auch den Teil 78 zu bewegen. Ist diese Kraft groß genug, den Verdrehwiderstand
im Verdrehstab 16 zu überwinden, so wird er sich verdrehen und der Arm
18 oder 18 a oder auch beide den Stromkreis für die Zuführung elektrischer
Energie zum Motor schließen und so ein Ausbrennen der Wicklungen verhindern, was
bei einer Beibehaltung der überlastung geschehen würde.
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Wenn das Verdrehstabelement bei der Verdrehung eine elektrische oder
elektronische Regelung betätigt, so kann der Stab mit einem Schalter gekuppelt werden,
so daß der Schalter bei einer vorbestimmten Belastung des Mechanismus geschlossen
wird. Da dies in Verbindung mit einem Schalter ausgeführt werden kann, der mit einem
rotierenden, vom Antrieb getriebenen Teil versehen ist, so wird das Aufzeichnungsgerät
bei Schließung des ersten Schalters, wenn der Drehschalter danach schließt, betätigt.
Wenn bei Vielfachschaltern jeder der ersten Schalter auf einen separaten Stab anspricht
und der Dreh- ; schalter für verschiedene Belastungen eingestellt wird, so kann
dieser Vielfachmechanismus eine Folge von Operationen durch die geregelte Maschine
oder den Mechanismus bewirken.
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Die in F i g. 8 dargestellte Antriebsübertragung ; besteht aus einer
Welle 1 als Antriebswelle und einer Welle 2 als getriebenem Teil, die relativ zueinander
rotieren können. Die Welle 1 ist mit einer Keilnut 2 a zwecks Verbindung mit der
Kraftabgabewelle der Antriebsmaschine versehen. Die Welle 2 hat einen f Flansch
109 mit einer Anzahl Bohrungen 110, von denen eine gezeigt ist, während
Welle 1 einen ringförmigen Flansch 111 trägt, dessen Durchmesser kleiner
als der des Flansches 109 ist und der mit einer radialen Nut 15 versehen
ist, die mit jeder Bohrung f 110 im Flansch 109 fluchtet. Eine kreisförmige
Platte 113 ist an der Welle 2 befestigt und hat eine Anzahl Bohrungen
114, von denen jede axial mit einer der Bohrungen 110 im Flansch
109 fluchtet, wobei jede Bohrung einen unrunden, z. B. rechteckigen Querschnitt
hat.
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Eine Anzahl Verdrehstäbe 16, von denen einer in F i g. 8 gezeigt ist,
sind jeder mit einem in einer der Bohrungen 114 befestigten Vierkant versehen
und laufen frei in den fluchtenden Bohrungen 110 des Flansches 109. Jeder
Stab 16 trägt an seinem freien Ende einen radialen Arm 18, der in eine der
Nuten 15 des Flansches 111 eingreift.
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Es ergibt sich hieraus, daß, wenn Welle 1 angetrieben ist, das Antriebsdrehmoment
auf die Welle 2 mittels der Nuten 15, der Arme 18, der Stäbe 16 und des Flansches
109 übertragen wird. Der Stab 16 ist aus solchem Werkstoff und derart
bemessen, daß er einen vorbestimmten Drehmomentwiderstand besitzt, so daß, wenn
das durch die Antriebsmaschine auf die Welle 1 übertragene Drehmoment sich innerhalb
der vorbestimmten oberen und unteren Grenzen befindet, der Stab 16 starr
bleibt und Welle 2 mit derselben Drehzahl rotiert wie Welle 1. Sollte jedoch
die Belastung der 'Übertragung die obere oder untere vorbestimmte Begrenzung überschreiten
oder darunter fallen, für welche der Drehmomentwiderstand des Stabes 16 ausgewählt
wurde, so verdreht sich der Stab in seiner Bohrung 110, während das andere Ende
ortsfest in seiner Bohrung 114 bleibt, so daß eine relative Drehbewegung zwischen
den Wellen 1 und 2 bewirkt wird.
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Das freie Ende des Stabes 16 ist mit einem Schnellstartgewinde
22 versehen, das mit einem mit Gewinde versehenen Teil 112 im Eingriff ist,
der an dem Flansch eines regelbaren Teiles 116 befestigt ist, der die Welle 1 frei
umgibt. Das vom Teil 112 entfernte Ende des Teiles 116 ist mit einem radial
genuteten Ring 117 versehen, in dessen Nut 118 die Nase
119 eines Drehzapfens 120 eingreift, der in bezug auf nicht dargestellte
Lager, in denen die Welle rotiert, fest ist. Der Drehzapfen hat einen Vorsprung
121, der mit irgendeiner durch die Verschiebung des Drehzapfens beweglichen
Vorrichtung verbunden werden kann. Sollte sich der Verdrehstab 16 verdrehen, wie
oben beschrieben, so wird der Teil 116 axial zur Welle 1 mittels des Schnellstartgewindes
22 bewegt, während er mit der Welle 2 rotiert. Diese axiale Verschiebung von Teil
116 verschiebt den Vorsprung 121 des Drehzapfens und bewegt so einen Hebel oder
betätigt ein anderes Gerät, das arbeitsmäßig mit Mitteln zur Veränderung der Belastung
der überiragung verbunden ist. Eine solche Veränderung kann das vom getriebenen
Teil übertragene Drehmoment ändern oder die Belastung oder die Leistung des von
der Welle 2 angetriebenen Gerätes, Apparates od. dgl. verändern. Der Flansch 109
ist mit einem Deckel 114a versehen.
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In Fig.9 besteht eine Fördervorrichtung aus einem Fördergehäuse 122,
dem pulverförmiges Material mit Wasser durch einen Fülltrichter 123 zugeführt
wird. Im Gehäuse 122 befindet sich eine rotierende archimedische Förderschnecke
124, die in Lagern 125 an einem Ende des Gehäuses und in einem Tragkreuz 126 an
der Ausstoßseite des Gehäuses läuft. Die Welle 127 der Förderschnecke ist verbunden
mit oder bildet die Abtriebswelle 2 einer Antriebsübertragung (D), wie aus F i g.
8 ersichtlich, deren Welle 1 mit einer Antriebsmaschine, z. B. einem Elektromotor
128, verbunden ist. Der Vorsprung 121 des Verdrehstabes 16 der Antriebstransmission
ist
mit einem Hebel 129 verbunden, der drehbar am Gestell des Apparates angebracht ist,
so daß sein Außenende bei axialer Verschiebung des Verdrehstabes 16 einen Kreisbogen
in der Richtung der Pfeile F beschreibt; diese Bewegung kann den dem Motor zugeführten
Strom verändern, um das der Welle 127 erteilte Drehmoment zu ändern.
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Die Ausgangsöffnung des Gehäuses 122 ist mit einem ringförmigen, flexiblen
und aufblasbaren Ring 130, z. B. aus Gummi, versehen. Durch Aufblasen des Ringes
130 oder durch Entweichen der Luft kann der Durchmesser der öffnung verändert werden.
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Der Ring 130 ist mittels einer Druckleitung 132 mit einer Pumpe 133
verbunden, die durch eine Kraftmaschine, z. B. einen Elektromotor 134, angetrieben
wird. In der Leitung 132 ist ein Ventil 135 mit dem Drehzapfen 120 über einen drehbar
gelagerten Hebel 136 verbunden, so daß eine axiale Bewegung des Drehzapfens
entweder den Ring 130 aufbläht oder ihn zusammenfallen läßt und so die Leistung
der Förderschnecke beeinflußt.
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Obgleich die Antriebsübertragung in F i g. 8 mit besonderer Rücksicht
auf die Förderschnecke in F i g. 9 beschrieben wurde, ist es klar, daß sie bei jeder
Antriebswelle oder Transmission angewandt werden kann, bei der die Veränderung der
Belastung auf die Antriebs- o der Abtriebswellen oder die Arbeitsleistung des angetriebenen
Apparates od. dgl. eine kontinuierliche automatische Einregelung erfordert. Zum
Beispiel kann die Antriebsübertragung beim Antrieb von Grobzerkleinerungsmühlen
verwendet werden, bei denen der Druck zwischen den Zerkleinerungswalzen manchmal
bis zum Bruchpunkt der Walzen ansteigt, wobei die Verdrehlast auf die Antriebswelle
der Walzen zu gleicher Zeit anwächst und durch Anwendung der erfindungsgemäßen Antriebsübertragung
in der Antriebswelle der Walzen die steigende Verdrehlast auf die Welle dazu führt,
daß der Antrieb von der Kraftmaschine abgeschaltet wird, ehe der Druck zwischen
den Walzen den Bruchpunkt erreicht.
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In F i g. 10 bis 12 ist eine Antriebsübertragung dargestellt, die
eine Antriebswelle 1 und eine Abtriebswelle 2 aufweist. Jede Welle trägt einen radialen
Flansch 6 und 7, der mit der Welle rotiert. Der Flansch 6 sitzt seitlich auf Welle
1 und ist mittels einer Arretierschraube 139 befestigt. Mit der Antriebswelle 1
ist auch ein Flansch 12 verkeilt, und die Flansche 6 und 12 sind mit Bohrungen 11,
137 versehen, von denen die Bohrungen 11 vorzugsweise unrund, z. B. rechteckig im
Querschnitt, während die Bohrungen 137 rund sind. Jede Bohrung 11 ist axial mit
einer Bohrung 137 ausgerichtet.
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Ein Verdrehstab 16 geht durch jede Bohrung 137 hindurch und sitzt
mit seinem vierkantigen Ende in der ausgefluchteten rechteckigen Bohrung 11, in
der er mittels einer Arretierschraube 139 befestigt ist. Der durch die Bohrung 137
hindurchgehende Teil des Stabes 16 kann sich frei drehen, aber er ist darin gelagert
und ist über den Flansch 6 hinaus mit einem radialen Arm 18 versehen, dessen Außenende
sich frei in einer Nut des Flansches 7 bewegt. Es sind zehn Stäbe 16 gezeigt, aber
es kann auch nur einer oder irgendeine Anzahl verwendet werden, die vorzugsweise
gleichwinklig um die Wellen 1, 2 herum angeordnet sind.
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Wie ersichtlich, geht der Antrieb von Welle 1 aus über Flansch 6,
den Verdrehstab 16, die Arme 18 und den Flansch 7 zur Welle 2, und wenn ein Drehmoment
von der Antriebsübertragung ausgeübt wird, so verdrehen sich die Stäbe 16, und eine
relativ winklige Bewegung entsteht zwischen den Flanschen 6 und 7, aber der Antrieb
läuft weiter. Diese relative Bewegung, die direkt proportional zur übertragenen
Drehmomentgröße ist, wird angewandt, um eine Regelung der auf den Antrieb ansprechenden
Belastung zu bewirken.
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Zur Erzielung einer solchen Regelung ist der Flansch 6 mit einem oder
mehreren, in der Zeichnung mit zwei radialen Armen 140 versehen, die mit dem Flansch
6 rotieren. An jedem Arm 140 ist ein Stift 141 od. dgl. befestigt, der parallel
zur Achse der Wellen 1 und 2 und frei durch einen im Flansch 7 befindlichen Schlitz
142, der konzentrisch mit den Wellen 1, 2 ist, verläuft, so daß, wenn eine relative
Drehbewegung zwischen den Wellen 1, 2 vor sich geht, sich die Stifte 141 im Schlitz
bewegen können. Die Länge des Schlitzes, der einen Kreisbogen von ungefähr 17 bis
25° umfaßt, ist in jedem Fall größer als der maximale Abbiegungswinkel für jeden
Stab 16 und ist im Winkelmaß auch größer als Schlitz 143, der die Grenzen der genannten
relativ winkligen Bewegung bestimmt.
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Jeder Stift 141 geht über den Flansch 7 hinaus, und an ihm ist ein
Hebel 82 angelenkt, dessen anderes Ende an einem Quadranten 83 a angelenkt ist,
der wiederum bei 83 am Flansch 7 gelagert und mit einem segmentförmigen Arm 84,
der Zähne 85 trägt, versehen ist. Die Zähne 85 kämmen mit einem Ritzel 86, das sich
frei auf einer kleinen Achse 88 dreht, die ihrerseits am Flansch 7 befestigt ist,
und das an einer Buchse 87 befestigt ist, die ebenfalls auf der Achse 88 angeordnet
ist und ein Mehrganggewinde 89 trägt. Das Gewinde 89 schraubt in einer Gewindebuchse
150, die an einem Ring 151 befestigt ist, der sich frei auf der Nabe 152
dreht, die an dem Flansch 7 sitzt und mit der Welle 2 verkeilt ist.
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Eine Bewegung des Stiftes 141 im Schlitz 142 während der genannten
relativen Winkelbewegung schwenkt den Quadranten 83 a durch das Glied 153 und dreht
die Buchse 87 und bewegt so den Ring 151 axial, um ein Glied, z. B. den Zapfenring
154, in Gang zu setzen, dessen Arme 155 in F i g. 12 ersichtlich sind, der mit einer
Regelvorrichtung, z. B. der Betätigungsstange eines Kraftstoffventils einer Verbrennungsmaschine;
verbunden sein kann. Der Verdrehstab kann hinsichtlich seiner Länge zwischen dem
befestigten Teil und dem Flansch 6, seines Durchmessers und seines Werkstoffes,
der ein hochbeanspruchbarer Stahl oder ein legierter Stahl sein kann, und seiner
radialen Entfernung von den Achsen der Wellen 1, 2 gewählt werden, um den Grad von
Regelung zu geben, die durch die relativ winklige Bewegung zwischen den Wellen 1
und 2 erforderlich ist. Das Material des Verdrehstabes 16 oder der Stäbe muß eine
solche Festigkeitseigenschaft haben, um die erforderliche Drehfestigkeit zu geben,
damit sich der Stab innerhalb der elastischen Grenzen des Materials in den gewählten
Abmessungen verdrehen kann. Die Länge des Armes 18 wird so gewählt, um die gewünschte
Vergrößerung der genannten relativen Drehbewegung zu geben und um mit den radialen
Schlitzen einwärts der Stifte 141 in Eingriff zu kommen; oder die Stäbe 16 können
auch weiter nach außen angeordnet werden, als in den F i g. 10 bis 12 angegeben.
Weiterhin
kann das Ende einer der Wellen 1, 2 von kleinerem Durchmesser als das andere Ende
sein, und es kann ein frei rotierender Sitz in der Bohrung der gegenüberliegenden
Flansche 6, 7 vorhanden sein, damit eine Konzentrizität der Kupplung gewährleistet
wird.
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Außerdem kann das Ende des Stabes 16 rechts vom Arm 18 auch mit einem
Schnellstartgewinde ähnlich wie in F i g. 8 und 9 versehen werden, das mit dem Flansch
7 verbunden ist und so die Buchse 152 mit der daran befindlichen Quadrantenvorrichtung
verschiebt, wodurch der Ausschlag des Zapfenringes 154 vergrößert wird; der Schlitz
142 und die Stange 156 sind für eine solche zusätzliche Bewegung lang genug. Die
Arme 18 können in einem anderen Winkel als 90° zur Achse der Stäbe stehen und, wenn
notwendig, gebogen oder geknickt sein.
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Die Stiftschrauben 157 sind durch Verschraubung mit dem Flansch 7
-verbunden und gehen durch Schlitze 143 im Flansch 6 hindurch, in denen sie frei
gleiten können. Die Muttern 158 sind einstellbar zwecks freier Bewegung der Stiftschrauben
157 innerhalb der Schlitze, um eine genaue axiale Beziehung von Flansch 6 zu Flansch
7 aufrechtzuerhalten. Die Stiftschrauben 157 und die Schlitze 143 können so angeordnet
werden, daß sie den Verdrehstab oder die -stäbe voreinstellen, damit er sich bei
einer vorbestimmten Begrenzung verdreht.
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Die Verdrehstäbe sind an dem Antriebsteil gezeigt, aber die Übertragung
kann auch umgekehrt erfolgen, wenn z. B. die Welle 2 der Antriebsteil in der Zeichnung
wird. Mittels der erfindungsgemäßen übertragung; wie in den Zeichnungen dargestellt,
wird eine Über- oder Unterbelastung des Antriebs in eine lineare Bewegung oder in
eine andere Bewegung, z. B. eine rotierende, umgewandelt, um eine andere Maschine,
Mechanismus oder Apparat zu betätigen, wie dies besonders zweckmäßig zur Betätigung
einer Reglersteuerung der den Antrieb erteilenden Kraftmaschine ist.
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In F i g. 13 ist eine Antriebsübertragung dargestellt mit einem Antriebsteil
als Welle 1 und einem koaxial angetriebenen Teil als Welle 2. Jede Welle ist mit
einer Kupplung in Form anstoßender radialer Flansche 6, 7 versehen, die durch Längskeile
160 mit den Wellen koaxial verbunden sind und mit ihnen rotieren. Welle 1 ist durch
Längskeil 161 mit einem Flansch 12 verbunden. Die Flansche 12 und 6 haben miteinander
fluchtende Bohrungen 162, 163; wobei die Bohrung 162 vorzugsweise urrund ist, z.
B: einen viereckigen Querschnitt hat, während Bohrung 163 rund ist.
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Ein Verdrehstab 16 läuft parallel zur gemeinsamen Achse der Wellen
und ist mittels eines Vierkants 164 in der Bohrung 162 befestigt, während er am
anderen Ende mit einem Arm 18 versehen ist, der sich von der Längsachse des Stabes
hinweg erstreckt und im allgemeinen radial steht. Der Arm trägt einen als Verlängerung
des Stabes 16 angeordneten Zapfen 165, der in der Bohrung 163 drehbar ist. Der Arm
ist i mit einem zweiten Zapfen 166 versehen, der sich frei durch eine bogenförmige
Nut 15 im Flansch 6 hindurch erstreckt und in einer Bohrung im Flansch 7 drehbar
eingreift. Der Mittelpunkt der kreisförmigen Nut 15 liegt auf der Achse des Stabes
16. i Wenn daher Welle 1 durch eine Kraftmaschine angetrieben rotiert, drehen sich
die Flansche 12 und 6 mit dem Stab 16 als eine Einheit mit ihr, und der Zapfen 165
treibt den Flansch 7 und die Welle 2. Der Stab 16 ist so bemessen und gestaltet
und aus solchem Werkstoff, z. B. hochbeanspruchbarem Stahl, daß ei sich beim Antrieb
verdreht, so daß eine relativ winklige Bewegung zwischen den Wellen entsteht, wobei
eine solche Bewegung direkt proportional zur übertragenen Drehmomentgröße ist.
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Die Flansche 6, 7 sind mit Regelelementen 167, 168 versehen,
die entweder radiale Vorsprünge sein oder sich auch ringweise um die Peripherien
der Flansche erstrecken und entweder mit diesen ein Ganzes bilden oder an ihnen
befestigt sein können. Die Elemente 167, 168 haben Öffnungen 19, 20 (F i g. 14),
die in der Ruhestellung in Deckung sind, die aber sonst teilweise aus dieser Stellung
herauskommen und die kombinierte öffnung im Verhältnis zum übermittelten Drehmoment
verringern.
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Im Zusammenwirken mit diesen Regelelementen ist ein durch das Bezugszeichen
21 bezeichneter Detektor dargestellt, der mit einer Lichtquelle 91, z. B. einer
Glühbirne, versehen ist, welche Lichtstrahlen durch die öffnungen 19, 20 auf eine
übliche photoelektrische Einrichtung 23 richtet, z. B. eine Selenzelle, die in einem
elektrischen Stromkreis, der einen Detektor in Form eines Anzeigegerätes 169 enthält,
angeordnet ist. Wenn die Flansche 6, 7 rotieren, wird daher die auf die Vorrichtung
23 fallende Lichtmenge ein Signal im elektrischen Stromkreis auslösen, welches das
Anzeigegerät betätigt. Das Gerät kann geeicht sein, um das Drehmoment als solches
oder in Pferdestärken oder anderen zweckmäßigen Maßeinheiten anzuzeigen. Der Anzeiger
kann mit einer Grenzmarke 170 versehen sein, so daß der Bedienungsmann das Drehmoment
bei der übertragung reduzieren kann, falls der Zeiger des Gerätes diese Marke überschreiten
sollte.
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Es wäre höchst wünschenswert, sich zu vergewissern, daß das Drehmoment
innerhalb der vorbestimmten Grenzen gehalten wird, und aus diesem Grund enthält
der photoelektrische Stromkreis als Ergänzung oder Alternative zur Anzeigescheibe,
Alarmglocke oder einem anderen Signal eine Betätigungsvorrichtung, z. B. ein Relais,
das betätigt wird, wenn das Drehmoment eine vorbestimmte Grenze erreicht hat, um
eine automatische Einregelung des Drehmomentes zu bewirken, z. B. durch Verringerung
der Belastung der getriebenen Welle 2 oder durch Reduzierung der von der Kraftmaschine
aufgenommenen Energie, wie bereits beschrieben, unter Berücksichtigung der F i g.1
bis 7, 8 und 9 und 10 bis 12.
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Es können auch mehrere Verdrehstäbe um die Welle 1 herum angeordnet
werden, oder der Stab oder die Stäbe können an der Welle 2 befestigt sein, wobei
jeder Verdrehstab mit Ansätzen und Zapfen, wie bereits an Hand der Zeichnungen beschrieben
wurde, versehen sind.
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Es ist auch möglich, ein einziges Regelelement vorzusehen, aber in
diesem Fall würde die Lichtquelle oder die photoelektrische Vorrichtung mit der
das Regelelement tragenden Welle rotieren, wenn entsprechend die photoelektrische
Vorrichtung oder Lichtquelle ortsfest ist. Ein Schleifring od. dgl. würde jedoch
erforderlich sein, um den elektrischen Strom nach der Photozellenvorrichtung oder
der Lichtquelle zu leiten.
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Ein auf das Drehmoment ansprechendes Gerät, z. B. ein Detektor 21,
kann geeicht werden, um ein Signal für eine niedriger vorbestimmte Begrenzung
anzuzeigen
und/oder einzuleiten, falls dies gewünscht werden sollte. Der elektrische Stromkreis
der photoelektrischen Vorrichtung kann Teil eines Sperrkreises bilden, so daß Signale,
die von der Vorrichtung 23 über eine Begrenzung hinaus ausgehen, einer Vorrichtung
zugeleitet werden, die eine drehmomentregelnde Vorrichtung betätigt.