Titel: | Neuere Maschinenelemente. |
Fundstelle: | Band 292, Jahrgang 1894, S. 297 |
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Neuere Maschinenelemente.
(Schluss des Berichtes S. 232 d. Bd.)
Mit Abbildungen.
Neuere Maschinenelemente.
5) Seilscheiben und Riemenscheiben.
Unter der Ueberschrift: Ein Hanfseiltrieb mit äusserst
geringer Geschwindigkeit macht C. Habermann,
k. k. Bau- und Maschineningenieur-Adjunkt, in der Oesterreichischen Berg- und Hüttenzeitung, Bd. 44 S. 580, beachtenswerthe
Mittheilungen. Wenn auch unstreitig die grössere Geschwindigkeit bei
Kraftübertragungen die grösseren Vortheile bietet, so können doch in den
mannigfachen Vorkommnissen der Praxis geringe Geschwindigkeiten vorkommen, deren
Umgehung andere, vielleicht noch grössere Unzuträglichkeit mit sich bringt; es
heisst dann, von den vorliegenden Uebeln das kleinste zu wählen. Ueber seine
Ermittelungen berichtet Habermann Folgendes:
Besagter Hanfseiltrieb ist bei der Wasserhaltungsdampfmaschine am Koziciner Schachte,
somit bei einer langsam gehenden Maschine, in Anwendung und hat derselbe die
Bestimmung, die von dem Motor abgegebene Kraft an die in einiger Entfernung liegende
Kunstkurbelwelle bezieh. an die Kunstwinkel und die an denselben hängenden Gestänge
zu übertragen.
Bevor ich jedoch auf die nähere Erörterung dieses Gegenstandes eingehe, will ich
vorausschicken, dass bei der genannten Anlage mehrere Arten von Kraftübertragungen
versucht wurden, welche sich aber alle mehr oder weniger als nicht sehr
zweckdienlich erwiesen. So wurde eine Drahtseiltransmission mit mehreren parallel neben
einander laufenden Seilen versucht, welche sich von dem bekannten Jarolimek'schen Stahlschnurtrieb nur dadurch
unterschied, dass statt der einzelnen Stahldrahtspiralschnüre vollständige
Drahtseile Verwendung fanden. Solche Seile, die aus Flusseisendraht mit 60 k
Bruchfestigkeit in der Stärke von 16 mm angefertigt waren, zeigten 108 Drähte von
Nr. 10 und waren ihrer acht Stück auf eine Rillenscheibe aufgelegt. Obwohl die
Beanspruchung der Seile in Folge der äusserst stark gehaltenen Construction
derselben nur eine minimale war, functionirte dieser Seiltrieb nur insolange gut,
als alle Seile möglichst gleich fest angespannt waren. Schon nach Verlauf einiger
Zeit machten sich denn auch schon die demselben anhaftenden Mängel bemerkbar, die
hauptsächlich darin bestanden, dass ein stetiges, und zwar ungleiches Dehnen der
einzelnen Seile insbesondere an deren Spleissungsstelle zu beobachten war. Trotzdem
das Herstellen der Seilverbindungen von geübtester Hand in möglichst bester Form
besorgt wurde, konnte diesem Uebelstande doch nicht ganz begegnet werden; es fand
immer wieder ein allmähliches Dehnen der einzelnen Seile und demzufolge auch eine
sehr unvollkommene Uebertragung der Kraft statt. Das sich wiederholende, sehr
kostspielige Ueberspleissen der Drahtseile, welches auch unliebsame
Betriebsstörungen im Gefolge hatte, drängte schliesslich zum Verlassen dieser
Transmissionsart.
Man schritt hierauf zu einer Kraftübertragung mittels Riemen und wählte hierzu eine
500 mm breite, 20 mm starke Hanfgurte, zu welchem Behufe die vorhandenen gerillten
Seilscheiben einen Kranz aus Holzbelag erhielten. Dieser Hanfriementrieb arbeitete
zwar anstandsloser als der besprochene Drahtseiltrieb, erforderte jedoch nach
längerer Zeit gleichfalls ein öfteres Uebernähen der Gurte zufolge stattgehabten
Dehnens derselben. Dieser Umstand, als auch der sehr ins Gewicht fallende Nachtheil
der verhältnissmässig sehr geringen, kaum 1 ½jährigen Dauer der ziemlich
kostspieligen Hanf gurte waren für die Nichtwiedererneuerung derselben
maassgebend.
Nachdem man mit den angeführten Mitteln den Zweck nicht erreicht hatte, sah man sich
in Anbetracht der bei verschiedenen hierortigen Anlagen in mannigfaltigster Art und
mit den besten Erfolgen in Benützung stehenden Hanfseiltrieben vor den Versuch mit
diesem Transmissionsmittel gestellt, und wurden die gehegten Hoffnungen auch
erfüllt.
Als Motor dient eine liegende Verbunddampfmaschine mit Condensation von etwa 20
e, welche derzeit jedoch nur etwa 12
e an die Kunstkurbelwelle abgibt.
Die liegende Dampfmaschine überträgt mittels Kurbel ihre Arbeit auf eine Seilscheibe,
deren Schwesterscheibe 5,5 m wagerechten Abstand hat; von der Welle der letzteren
wird mittels Kurbel und Schubstange die Kraft auf die beiden durch die Korbstange
gekuppelten Kunstkreuze übertragen. Die Kunstkurbelwelle liegt 1,15 m tiefer als die
Dampfmaschinenwelle. Der Durchmesser der kleinen auf der Dampfmaschinenwelle
sitzenden Seilscheibe beträgt 1,0 m, ist also ungefähr gleich dem 21fachen
Seildurchmesser, da die Seilstärke 48 mm beträgt. Die grosse auf der
Kunstkurbelwelle sitzende Scheibe misst 3,5 m und ergibt sich somit das
Uebersetzungsverhältniss von 1 : 3,5. Da bei normalem Gange der Kunst von acht bis
neun Hüben in der Minute die Dampfmaschine n = 30
Umgänge macht, so folgt hieraus die Geschwindigkeit des Seiles mit
v=\frac{d\,\pi\,n}{60}=\frac{1\,.\,3,1416\,.\,30}{60}=1,571\
m welcher Werth gewiss als sehr gering anzusehen ist und als
ungewöhnlich besonders hervorgehoben zu werden verdient, zumal bei bisher
ausgeführten, langsam gehenden Hanfseiltrieben wohl noch Minimalgeschwindigkeiten
von 6 m bis 5 m vorkommen, aber schon sehr selten sind, und dürfte meines Wissens
der in der Glas- und Spiegelmanufactur in Schalke
(Westfalen) angewendete Hanfseiltrieb mit 3,5 m Geschwindigkeit zu einem der
langsamst gehenden zählen.
Die grosse sechsarmige zweitheilig gegossene Seilscheibe zählt am Kranze acht Rillen
für 48 mm starke Seile. Die Verbindung der beiden Seilscheibenhälften in der Nabe
und Kranz geschieht durch heiss aufgezogene Fretten bezieh. Schrauben. Die auf der
Maschinenwelle sitzende kleine Seilscheibe ist gleichfalls zweitheilig gegossen. Als
Keilwinkel der Seilrinnen ist bei den beiden Seilscheiben ein solcher von 35°
angewendet.
Die Seile sind aus Manillahanf gefertigt, haben, wie erwähnt, 48 mm Durchmesser und
sind deren vorläufig nur sechs Stück aufgelegt, während die beiden leeren Rillen zur
Aufnahme von weiteren Seilen im Falle etwa zu gewärtigender grösserer Nutzleistung
bestimmt sind.
Bei der gegenwärtig zu übertragenden Arbeit von 12 e beträgt die Kraft am Umfange der Scheibe
P=\frac{75\,N}{v}=\frac{75\,\times\,12}{1,571}=573\
k/m,
woraus die gesammte Seilspannung leicht ausgemittelt werden
kann; denn wie bekannt, sind die Spannungsverhältnisse des Hanfseiltriebes ganz
ähnlich demjenigen des Drahtseiltriebes. Bezeichnet man die Spannung in dem
treibenden Seiltrum mit T1 und in dem getriebenen oder losen Seilstücke mit T2, so wählt man in der Praxis die Werthe
für T1
= 2 P, T2
= P, T1
= 2 T2, bei welcher Annahme man auch dann noch sicher
geht, wenn das Seil durch nachträgliche Dehnung nur mehr einen geringen Theil des
Scheibenumfanges umspannt. In vorliegendem Falle, wo der vom Seil umfasste Bogen
nahezu die Hälfte des ganzen Umfanges beträgt, wird daher unter Zugrundelegung
obiger Annahme ein Gleiten bei der Uebertragung der Kraft kaum zu besorgen sein.
Es betragen mithin nach Vorstehendem für unseren Fall die Seilspannungen in dem
treibenden Seilstücke T1
= 2 P = 2 × 573 = 1146 k
und in dem geschleppten Seilstücke T2 = P2 = 573 k.
Der Querschnitt eines Seiles von 48 mm Durchmesser unter Berücksichtigung der vollen
Kreisfläche beträgt f = 18,096 qm, woraus daher für das
treibende Seilstück eine Inanspruchnahme von
J_1=\frac{1146}{6\,f}=\frac{1146}{108,576}=10,55\
k/qc
und für das geschleppte Seilstück eine Inanspruchnahme
J_2=\frac{573}{6\,f}=\frac{573}{108,576}=5,28\
k/qc
sich ergibt.
Galten zwar früher allgemein als zulässige Beanspruchungen nur 5 bis 8 k/qc, bezogen auf
1 qc des vollen Querschnittes des dem Seil umschriebenen Kreises, so weichen die
neueren Anschauungen doch wesentlich von diesen ab; denn nach Versuchen der
mechanisch-technischen Versuchsanstalt in Berlin wurde der mittlere Bruchcoëfficient
bei Manillahanf
mit 700 k/qc
ermittelt, und würde somit eine Materialanstrengung von 8 k einer 90fachen
Sicherheit entsprechen.
Man begnügt sich in neuerer Zeit mit geringeren Sicherheiten, gestattet je nach der
Qualität des Materials bei Hanfseilen Inanspruchnahmen von 10 bis selbst 20 k/qc und daher
kann als ein mittlerer Werth der von 15 k/qc betrachtet werden, welchem somit gegen die
anfänglich angenommenen nur eine halb so hohe Sicherheit gegen Bruch zukommt.
In unserem Falle, wo für das treibende Seilstück eine Spannung von 10,55 k/qc vorhanden
ist, kann demnach dieser Werth mit Rücksicht auf die aussergewöhnlichen Verhältnisse
als ein mittlerer und ganz entsprechend gewählter bezeichnet werden.
Textabbildung Bd. 292, S. 298Transmissionsseilscheibe von Heckel. Zum Schlusse sei noch erwähnt, dass die beschriebene Hanfseiltransmission
bereits seit April 1887 in ununterbrochenem Betriebe steht. Dieselbe wurde anfangs
mit sehr stark gespannten Seilen angelassen, welche sich im Laufe der Zeit wohl
etwas gedehnt haben, ohne dass jedoch ein Ueberspleissen derselben während der
ganzen Betriebszeit sich als nothwendig herausgestellt hat. Die Seile laufen daher
ganz schlaff in den ihnen entsprechenden Seilcurven und kann während des Ganges
nicht das geringste Rutschen beobachtet werden. Demzufolge ist die Kraftübertragung
auch eine vollkommene und der Gang äusserst ruhig. Noch wäre zu erwähnen, dass
bisher an den Seilen nicht der geringste Verschleiss bemerkt werden konnte, und
werden daher nach den bisherigen Erfahrungen die Erhaltungskosten dieser
Transmission voraussichtlich sich als die billigsten gegenüber den früheren
Transmissionen herausstellen.
Auf Grund dieser Erfahrungen muss sonach für Kraftübertragung bei sehr geringer
Geschwindigkeit dem Hanfseiltriebe der Vorzug eingeräumt und kann dieser auch
Jedermann empfohlen werden.
Unter Nr. 13412 D. R.-Musterschutz ist eine Lederausfütterung für
Transmissionsseilscheiben von Georg Hechel in St.
Johann-Saarbrücken eingetragen, die an Stelle der gebräuchlichen
schwalbenschwanzförmig eingesetzten Fütterungen Verwendung finden soll. Bei dieser
Seilscheibe ist, wie Fig.
93 und 94
zeigen, Lederfütterung angebracht, die aus V-förmigen
Stücken gebildet ist, so dass das Seil auf der Kopfseite des Leders aufliegt.
Dadurch wird sowohl grosse Haltbarkeit des Leders erreicht, als auch Schonung des
Seiles neben guter Haftung, falls Kraftübertragung bezweckt wird. Um feste Lagerung
der Lederstücke unter einander und in der Scheibe zu bewirken, ist am Grunde des
Lederringes ein Drahtseil durch die Lederstücke gezogen. Wie Fig. 95 zeigt, ist dies
Drahtseil im Innern der Seilscheibe nachstellbar, so dass mittels dieser Vorrichtung
die Lederfütterung fester auf ihre Unterlage gedrückt und somit ihre Reibung
vergrössert wird. Die Einrichtung bietet verschiedene Vortheile, zunächst theilt
sie mit den gefütterten Scheiben den Vortheil, dass die Seile nicht durch die
Berührung mit Metall stärkerem Verschleisse unterliegen; vor den Scheiben mit der
üblichen Fütterung bietet sie den erheblichen Vortheil, dass der Kranz weniger den
Gusspannungen unterworfen ist, denn die Form des Kranzes gestattet günstigere
Uebergangsquerschnitte. Die Heckel'sche Lederfütterung
passt sich ohne Schwierigkeit vorhandenen Seilscheiben an.
Textabbildung Bd. 292, S. 298Fig. 96.Schübbe's Riemengetriebe.G. H. Schübbe in Gevelsberg (Westfalen) ist unter D. R.
P. Nr. 62147 am 17. September 1891 ein Riemen- oder Schnurseilgetriebe mit einer
Stufenscheibe und einer verschiebbaren Scheibe ohne Stufe patentirt worden, dessen
Anwendung auf den Betrieb einer Bohrmaschine in Fig.
96 dargestellt wird. Das Getriebe kann da angewendet werden, wo zur
Veränderung der Geschwindigkeit eine Gegenstufenscheibe nicht angebracht werden kann
oder wo sie vermieden werden soll. Der Kraftbetrieb geht von der losen Riemenscheibe
D aus, über diese und die lose Riemenscheibe E, die so weit von Mitte zu Mitte aus einander liegen,
dass die Führungsrolle J den in sich zurücklaufenden
Riemen tangirt. Denselben Durchmesser hat die Gegen- und Spannrolle C, die mittels des Supportes B anstellbar ist. Bei erforderlicher Geschwindigkeitsänderung wird die
Stufenscheibe O nach Bedarf in der Höhe gestellt, wie
es auf der Abbildung in punkteten Linien angedeutet ist. Der Betrieb kann durch
Hand- oder Maschinenbetrieb erfolgen; für letzteren Zweck ist die Scheibe D verbreitert. Die Feststellung der Stufenscheibe in
der Höhe wird durch den Bügel P und die Schraube R bewirkt.
Textabbildung Bd. 292, S. 298Fig. 97.Riemengetriebe von Ventzki.A. Ventzki in Graudenz hat in dem D. R. P. Nr. 54581
vom 4. Mai 1890 eine Vorrichtung zur Verminderung des Lagerdruckes bei Riemen- oder
Seilbetrieb vorgeschlagen. Auf der treibenden Welle B
(Fig. 97) ist das Reibrad b befestigt, welches mit der Scheibe c auf
der Zwischenwelle C in Berührung steht, so dass diese
eine dem Verhältnisse b : c entsprechende
Drehgeschwindigkeit erhält. Auf der Welle C sind
ausserdem die Scheiben d befestigt, die mit den
Scheiben aa arbeiten. Die Welle A wird also in sehr schnelle Drehung versetzt und erfährt durch das Zusammenarbeiten
der Scheiben aa und dd
einen Druck in der Richtung des Pfeiles D. Um diesen
Druck aufzuheben, ist die Scheibe b als Schnurscheibe
ausgebildet und ein Treibseil e zur Schnurscheibe E geleitet. Das Verhältniss E :
b ist ein solches, dass das Treibseil e der
Welle A dieselbe Drehgeschwindigkeit wie die
Scheibenpaare bc und da
gibt. Das Treibseil e übt dabei auf die Welle A einen Zug in der Pfeilrichtung F aus, welcher dem Drucke D der Räder dd entgegengerichtet ist, so dass
jeder einseitige Druck auf Welle A aufgehoben ist. Bei
dem dargestellten Beispiele bildet die Anordnung der Scheiben d noch eine Geradführung für die Welle A, so dass das Lager f
vollständig entlastet ist.
Textabbildung Bd. 292, S. 299Riemenscheiben aus Blech von Schmidt. Räder-, Riemen- und Seilscheiben aus Blech fertigt A. L. Schmidt in Düsseldorf nach dem D. R. P. Nr. 67424 vom 30. December
1891 und Nr. 67367 vom 7. Februar 1892 (A. 376) aus einer oder mehreren
Blechscheiben durch Pressen, Walzen oder auf ähnliche Weise an. Bei den Wagenrädern
werden noch besondere Naben und Kranzringe angenietet, angeschraubt oder sonstwie
befestigt.
Bei der in Fig. 98
dargestellten Scheibe ist der Kranz A und die Nabe B aus einem Stück mit der Speichenscheibe gebildet. Um
die Scheiben noch leichter zu machen, können aus der Speichenscheibe noch Löcher
ausgeschnitten werden. Wie getheilte Scheiben hergestellt werden, zeigt Fig. 99. Bei dieser
Bauart wird die ganze Scheibe aus einem Stück Blech gepresst und sodann in der Mitte
durchschnitten. Die beiden Hälften werden durch Laschen J oder Winkel H wieder mit einander
verbunden. Man kann diese getheilten Scheiben aber auch von vornherein in zwei
Hälften pressen oder walzen. Zur Verbindung beider Theile dienen hierbei Flanschen
K (Fig. 100).
Um Stufenscheiben anzufertigen, wird, wie aus Fig. 101 ersichtlich
ist, die grösste Scheibe mit dem Bande einer gusseisernen Nabe P vernietet oder verschraubt. Die mittlere Scheibe wird
einfach auf die Welle aufgeschoben und dadurch festgehalten und gegen Drehung
gesichert, dass sie durch den Kranz der kleinsten Scheibe, die mit Schrauben an der
Stirnseite der Nabe P befestigt ist, gegen die grösste
Scheibe gepresst wird. Bei mehrstufigen Scheiben werden die mittleren Scheiben in
derselben Weise gehalten; sie können nötigenfalls noch durch einen gemeinsamen Keil
wirksam am Drehen verhindert werden.
Bei der Anfertigung von Wagenrädern wird in der Weise verfahren, dass aus Blech
gepresste, tellerförmige Speichenscheiben mit dem Kranze und der Nabe verbunden
werden. Zu diesem Zwecke ist bei der in Fig. 102 gezeichneten
Ausführungsart am Umfange der Speichenscheibe ein Wulst B angepresst. Die Verbindung mit dem Radkranze erfolgt dann in der Weise,
dass in den ∪-förmig gebogenen Felgen G unter Benutzung von Zwischenlagen ein Kranzring H in halbkreisförmigen Stücken eingelegt wird. Der
Felgenkranz L kann aber auch, wie Fig. 103 zeigt, aus
Winkeleisen mit innerem, radial stehendem Steg gebildet werden, während an der
Aussenseite eine zweite Speichenscheibe M zu
gleichzeitiger Versteifung der ersten Speichenscheibe K
und zur Bildung der äusseren Felgentiefe angesetzt wird.
Eine noch einfachere Ausführungsart zeigt Fig. 104. Hier ist der
Felgenkranz Q am Innenrande mit
schwalben-schwanzförmigen Nuthen versehen. In diese Nuthen greifen die doppelten
Speichenscheiben zangenartig ein.
Textabbildung Bd. 292, S. 299Krüger's Riemenaufleger. Die hölzernen Riemenscheiben haben in dem D. R. P. Nr. 60625 von Dr. B. Combert in Wien eine Bereicherung dadurch erfahren,
dass die Verbindung des Kranzes mit der Nabe durch Reifen oder Ringe aus „massiv
gebogenem“ Holze hergestellt ist zum Zwecke gleichmässiger Druckvertheilung
und Vermehrung der Stützpunkte. Der Erfinder will sein Verfahren auch für Räder
anwenden.
Von F. Krüger in Stolpen ist unter D. R. P. Nr. 71637
ein Unfall verhütender Riemenaufleger angegeben worden, bei welchem, wie Fig. 105 und 106 zeigen, rieben der
treibenden Riemenscheibe auf die Welle ein Bügel oder Bogenhebel B gesteckt und neben diesen ebenfalls auf die Welle ein
Handhebel H gehakt wird. Letzterer ist so eingerichtet,
dass er seitlich geneigt und mit seinem mittleren Theil hinter den Bügel B gelegt werden kann. Drückt man diesen Hebel H bis an die Riemenscheibe heran und bewegt ihn dann in
der Laufrichtung des Riemens – also in der Richtung des Pfeiles –, so nimmt derselbe
den Bügel B mit, spannt den Riemen B mit Hilfe des letzteren und schiebt ihn gleichzeitig
auf die Riemenscheibe. Ist der Riemen so weit aufgelegt, dass er von der umlaufenden
Riemenscheibe mitgenommen wird, so löst sich der Bügel von dem Handhebel H (welcher in der Hand zurückbleibt) und wird von dem
in Bewegung gelangten Riemen seinerseits mitgeführt, diesen selbst vollends
spannend, so dass letzterer ungehindert sich nun ganz auflegt. Der Bügel B kann, da er federnd die Welle scherenartig umgreift,
jederzeit auf die laufende Welle gesteckt bezieh. davon abgezogen werden – ebenso
auch der Hebel H –, so dass die Welle völlig frei
ist.
Insbesondere für Betriebe mit Tag- und Nachtarbeit, in denen ein Theil der Maschinen
für die Nacht abgestellt wird, sind solche Riemenaufleger wichtig.
Der Bügel B bildet gleichsam ein Stück einer
Leerlaufscheibe. Es findet also sanftes Uebergleiten des nach und nach gespannten
Riemens statt, während bei allen anderen Apparaten der Riemen durch den
unvermeidlichen Finger, Haken, Winkel o. dgl. mehr oder weniger auf die
Riemenscheibe gezwängt wird.
Ist die Lage der Welle derart, dass man nicht an dieselbe herantreten kann, so wird
statt des Handhebels ein Seilrad o. dgl. gewählt, mit welchem dann der Bügel B fest verbunden sein kann. In solchem Falle ist es
zweckmassig, beides auf einem die Welle mit Spielraum umgreifenden Lagerhals
anzuordnen.
Eine andere Ausführungsform ergibt sich, wenn man den Riemen nicht abwirft, sondern
ihn auf eine lose auf der Welle oder einem Lagerhals steckende volle Riemenscheibe
ausrückt, so dass der Riemen in Ruhe kommt. Um ihn wieder einrücken zu können, muss
der Bügel B, der zweckmässig mit dem Handhebel oder dem
Seilrade verbunden ist, die lose Riemenscheibe concentrisch übergreifen. Bei der
Fortbewegung dieses Bügels in der Laufrichtung klemmt sich die vordere Ecke
desselben zwischen die lose Riemenscheibe und den Riemen. Dadurch wird beides
gezwungen, an der Bewegung des Bügels theilzunehmen, wobei der Riemen sich an eine
schräg liegende Anschlagleiste desselben legt und durch diese allmählich auf die
Festscheibe gedrängt oder gerückt wird.