Schraubengetriebe mit selbsttätiger Druckregulierung. Von Dr. Wilh. Rehfus, Kiel. (Fortsetzung von S. 245 d. Bd.) Schraubengetriebe mit selbsttätiger Druckregulierung. c) Folgen, falls sich die Bremse nicht selbsttätig sperrt. Durch übermäßiges Schmieren der Kopfscheibenreibfläche oder durch vernachlässigtes Schmieren der Gewindegänge können die Reibungskoeffizienten μ4 und ρ sich unter Umständen derart verändern, daß sie bei zu knapp gewählter Sperrsicherheit nicht mehr die Bedingung k > s oder μ4 (R4 + r4) > d tg (α + ρ) erfüllen, die Bremse also die Eigenschaft der selbsttätigen Sperrung verliert und die hochgewundene Last daher nicht mehr in der Schwebe hält. Es mag jedoch nicht unerwähnt bleiben, daß beim Eintreten dieses Zustandes die Gefahr des „Abstürzens“ der Last meistens nicht so groß ist wie vielleicht vermutet werden kann; denn die Bremse hört nicht vollständig auf zu wirken, sondern ihr gesamtes Bremsmoment wird nur um einen bestimmten Betrag kleiner als das Lastmoment M1. Diese Differenz von Lastmoment und dem ihm entgegenwirkenden Bremsmoment ist bestimmt durch M'_s=-M_5=M_1\,\frac{s-k}{s+m}. Sie wird in der Kopfscheibe, also in der zum Motor führenden Welle a (Fig. 3) wirksam und hat einen Drehsinn, welcher dem Niedergang der Last entspricht. Nur dann, wenn dieses Moment M'5 der Kopfscheibe nicht irgendwo außerhalb der Bremse widerstehendes Moment findet, öffnet sich die Bremse vollständig und tritt ganz außer Tätigkeit. Aber dieser Fall dürfte in der Praxis wohl ausgeschlossen sein; denn meistens nehmen gleichzeitig noch einige Triebwerksteile, wie Zahnräder, Kupplungsscheiben, Anker des Motors, an der Bewegung der Welle a (Fig. 3) teil und bieten durch die Trägheit ihrer Massen dem sie beschleunigenden Moment M'5 einen bestimmten Widerstand. In gleichem Maße, wie auf dieser Seite der Bremse das Moment M'5 die Massen der genannten Triebwerksteilen zu beschleunigen vermag, wird sich auf der anderen Seite der Bremse die Last senken und zwar zwangläufig abhängig von der durch M'5 beschleunigten Bewegung der Bremse. Genau genommen wird infolge dieser beschleunigten Bewegung nicht mehr das ganze Lastmoment M1 an der Mutterscheibe der Bremse zur Wirkung kommen, was in der vorstehenden Formel angenommen war, sondern es wird ein Teil von diesem Moment zur Beschleunigung der Triebwerksteile, welche zwischen der Lasttrommel und der Bremse liegen, gebraucht; der Rest, mit M'1 bezeichnet, ist dann an Stelle von M1 einzusetzen. Wenn JL das Trägheitsmoment der Triebwerksteile zwischen Lasttrommel und Bremse bedeutet und \frac{d\,\omega}{d\,t} ihre Winkelbeschleunigung, auf die Welle der Bremse bezogen, so ist das zu ihrer Beschleunigung nötige Drehmoment =J_L\,.\,\frac{d\,\omega}{d\,t}, also {M_1}'=M_1-J_1\,\frac{d\,\omega}{d\,t}. Hieraus folgt für {M_5}'={M_1}'\,\frac{s-k}{s+m}=\left(M_1-J_L\,.\,\frac{d\,\omega}{d\,t}\right)\,\frac{s-k}{s+m} M'5 beschleunigt die Triebwerksteile, welche zwischen Motor und Bremse liegen und deren Trägheitsmoment mit Jm bezeichnet sein mag, weshalb auch {M_5}'=J_m\,.\,\frac{d\,\omega}{d\,t}. Setzt man die beiden Werte für M'5 einander gleich, so wird \frac{d\,\omega}{d\,t}=\frac{M_1\,\frac{s-k}{s+m}}{J_m+J_L\,\frac{s-k}{s+m}} und stellt diejenige Beschleunigung dar, mit welcher sich die Last senkt. Berücksichtigt man, daß wohl in den meisten Fällen wegen des geringen Unterschiedes von s und k der Bruch \frac{s-k}{s+m} nur wenig von Null entfernt ist, so läßt sich aus der angeführten Formel leicht erkennen, daß die Beschleunigung der Abwärtsbewegung vorwiegend von der Größe Jm abhängig ist. Wenn die Kopfscheibe der Bremse durch irgend ein mechanisches Mittel, beispielsweise durch eine sogen. Stoppbremse, welche selbsttätig beim Abstellen des Motors sich schließt und womit auch die meisten elektrisch betriebenen Kranen ausgerüstet sind, festgehalten wird, so kann naturgemäß die Last nicht abstürzen; denn ein Moment der Stoppbremse von der Größe M5 = – M'5 würde schon genügen, um das Niedergehen der Last zu verhindern. Jedoch darf man sich im normalen Kranbetrieb nicht darauf verlassen müssen, sondern soll die Senksperrbremse derart ausführen, daß sie auch für sich allein, selbst wenn die Stoppbremse einmal versagen sollte, die Last hält. d) Hochwinden der Last und Oeffnen der Bremse. Die Pressung der Klemmscheiben, hervorgerufen durch die Achsialkraft N im Gewinde der Spindel ist beim Senken der Last nach Formel 1 und 2 S. 225 N=\frac{M_1-M_2}{\frac{1}{2}\,.\,s}. M2 steht im Zähler des Bruches, weil das Lastmoment Ml um den Betrag des Mutterreibmomentes M2 verkleinert wurde, bevor es an der Spindel zur Wirkung kam, um die Achsialkraft N zu erzeugen. Mit dem Beginn des Lasthubes wird die Sperrscheibe nicht mehr durch die Klinke, sondern nur noch durch die Reibung mit den beiden Klemmscheiben festgehalten. Während sich das Moment des Motors bis zum Betrage M'1 vergrößert, findet eine kleine relative Drehung zwischen den beiden Klemmscheiben statt und bei dieser kleinen Drehung wird die Sperrscheibe an derjenigen Klemmscheibe haften bleiben, an welcher sie beim Versuch an ihr zu gleiten den größten Reibungswiderstand vorfindet. An der Berührungsfläche mit der anderen Klemmscheibe, wo also der Reibungswiderstand kleiner ist, entsteht dann infolge der relativen Drehung dasjenige Reibungsmoment, um dessen Betrag beim Hub der Last das Moment des Motors kleiner wird, bevor es an der Spindel zur Wirkung kommt. Um den entsprechenden Betrag von N beim Aufgang der Last festzustellen, ist also in der oben genannten Formel bei verschieden großen Reibmomenten statt M2 der Wert M4 einzusetzen, falls M4 kleiner sein sollte als M2. Außerdem ist M1 durch einen andern Wert zu ersetzen; denn unter M1 war bis jetzt das an der Mutterscheibe d (Fig. 3) während des Niedergangs der Last wirksame Lastmoment verstanden. Bezeichnet η den Wirkungsgrad der Triebwerke zwischen Bremse und Lasttrommel, so vergrößert sich beim Aufwinden der Last das Lastmoment der Mutterscheibe zu {M_1}'=\frac{M_1}{\eta^2}, was auch gleichzeitig wegen des Uebergangs der Bremse zu einer starren Kupplung, das Moment der Kopfscheibe (Kopfmoment) oder das Moment des Motors an der Kopfscheibe darstellt. Setzt man an Stelle von M1 den Wert von M'1 ein, so wird also N Aufgang, das kurz mit Na bezeichnet sein mag. N_a=\frac{{M_1}'-M_2}{\frac{1}{2}\,s}, wenn M2 < M4, N_a=\frac{{M_1}'-M_4}{\frac{1}{2}\,s}, wenn M2 > M4, Diese Pressung bleibt auch bestehen, wenn der Motor nach Beendigung des Hubes abgestellt und die Last von der Bremse in der Schwebe gehalten wird. Soll nun die Last gesenkt werden, so muß der Motor zuerst die Bremse lüften, er muß ein Moment ausüben im Sinne der Abwärtsbewegung der Last, welches ebenso oft größer ist wie M5, als M'1 größer ist wie M1, weil die Bremse auch nach Beendigung des Hubes in dem Klemmzustand bleibt, der sich während des Hubes eingestellt hat. Mit diesem ziemlich bedeutenden Drehmoment wird er die festgeklemmte Bremse plötzlich öffnen und infolge des plötzlichen Fortfalls des Bremswiderstandes die Drehung der Kopfscheibe b (Fig. 3) sehr stark beschleunigen. Die Mutterscheibe d (Fig. 3) kann aber der Kopfscheibe nicht so schnell folgen, weil der Lastzug außer ihr noch das ganze übrige Triebwerk zwischen Bremse und Lasttrommel zu beschleunigen hat; sie wird sich mithin erst allmählich in Bewegung setzen und schließlich unter stets zunehmender Geschwindigkeit die vorausgeeilte Kopfscheibe b wieder einholen. Im Augenblick des Einholens ist die Geschwindigkeit der Mutterscheibe schon bedeutend größer als die der Kopfscheibe und hat daher einen kräftigen Schluß der Bremse mit teilweiser oder eventuell gänzlicher Vernichtung der Massenenergie zur Folge. Deshalb ist dann die momentane Bremskraft wieder höher, als bei ruhender Last, und es wiederholt sich beim abermaligem Lüften der Bremse dasselbe Spiel wieder wie vorher; ja, es kann sogar das jetzt in der Bremse wirksame M''1 noch größer werden, als das oben erwähnte M'1, so daß der Motor nunmehr zum Lösen der Bremse einen stärkeren Stromstoß erhalten muß, als im ersten Moment der Senkbewegung. Bei diesem stoßweisen Festhalten und Wiederfreilassen des Lastlaufs schwankt die Belastung des Motors pendelartig auf und ab nach beiden Seiten der normalen Belastung. Die Ausschläge dieser Pendelungen sind umso größer, je weniger elastisch die Bremse wirkt und je höher aus Sicherheitsgründen der Ueberschuß des Bremsmoments bei ruhend wirkender Last gewählt wurde. Sie werden dagegen flacher und daher auch besser zum Verschwinden gebracht, wenn die Bremsflächen mit Scheiben aus Leder, Vulkanfiber oder ähnlichem elastischen Material belegt sind, wie dies bei den meisten Senksperrbremsen der verschiedenen Firmen anzutreffen ist. Damit wird gleichzeitig eine vorteilhafte Vergrößerung der Reibungskoeffizienten und eine Auswechselbarkeit der Reibflächen erreicht. Auch die Verwendung von Lamellen- und Bandbremsen mildern, wie später gezeigt werden wird, diese störenden Eigenschaften. Ferner können die Schwankungen der Motorbelastung durch Anschläge, welche nur einen begrenzten Spielraum für die relativen Drehungen der beiden Bremsscheiben zulassen, noch bedeutend verkleinert werden. Diesen Zweck erfüllt beispielsweise der Anschlag e (Fig. 3), der an einem Stift f der Welle anstößt, wenn der Motor mit der Kopfscheibe b vorauszueilen sucht, und dadurch den Motor veranlaßt, den Lastzug beim Beschleunigen des Triebwerks zu unterstützen. Holt nachher die Last den Motor wieder ein, so können sich, wegen des begrenzten Spielraums zwischen Oeffnen und Schließen der Bremse, noch keine großen Differenzen der Bewegungsenergien ergeben haben, und die Schwankungen der Bremswirkung werden daher in umso kürzerer Zeit ausgeglichen sein, je kleiner der Spielraum gewählt wurde. Ein Stellring, welcher auf der Welle sitzt und den Luftweg der Mutterscheibe in achsialer Richtung begrenzt, wäre ungeeignet, weil damit bei kräftigem Oeffnen der Bremse die Gefahr des „rückwärtigen“ Festklemmens verbunden wäre, wodurch unter Umständen ein selbsttätiges Wiederschließen der Bremse verhindert werden könnte. e) Zusammenfassung der Ergebnisse. 1. Der Durchmesser der Gewindespindel ist möglichst klein zu halten und es ist dafür Sorge zu tragen, daß die Gewindegänge reichlich geschmiert werden können. 2. Die Durchmesser der Bremsfläche an der auf der Motorwelle sitzenden Klemmscheibe (Kopfscheibe) sind nur so groß zu wählen, als dies zur genügenden Sicherung der Selbstsperrung nötig ist. 3. Die mit der Last in Verbindung stehende Klemmscheibe (Mutterscheibe) soll derart ausgebildet sein, daß das Reibungsmoment zwischen ihr und der Sperrscheibe möglichst groß wird. Wenn es die konstruktive Ausführung zuläßt, soll das Moment mindestens den 15- bis 20 fachen Betrag des Reibungsmomentes der Kopfscheibe enthalten, entsprechend M2 ≌ 15 bis 20 M4. 4. Die Reibungsflächen auf beiden Seiten der Sperrscheibe sollen nur mäßig geschmiert werden, damit die Reibungskoeffizienten einen möglichst hohen Wert erhalten; andererseits sind Einrichtungen, die eine möglichste Konstanthaltung der Reibungskoeffizienten gewähren, erwünscht. B. Verbesserte Ausführungsformen. In der Absicht, die unangenehme Veränderlichkeit der Reibungskoeffizienten möglichst einzuschränken, hat die Peniger Maschinenfabrik u. Eisengiesserei, Abteilung Unruh & Liebig in Leipzig (vergl. Freitag Handbuch, II. Auflage, S. 454) die ganze Bremse in einem mit Oel gefüllten Gehäuse dicht eingeschlossen, wie in Fig. 8 angedeutet ist. Textabbildung Bd. 325, S. 259 Fig. 8. Infolge der ständigen und stets gleichmäßigen Schmierung der Bremsflächen sind die Reibungskoeffizienten zwar klein, aber konstant. Vor allem ist die Bürgschaft gegeben, daß die Koeffizienten während des Betriebes nicht kleiner, sondern höchstens, etwa bei unbeabsichtigtem Auslaufen des Oels, größer werden können und dadurch die Sperrsicherheit erhöhen, allerdings mit gleichzeitiger Steigerung der Senkarbeit des Motors. Die Verhältnisse der Bremse können daher so gestaltet sein, daß der Bremsüberschuß und damit auch die Belastung des Motors sehr gering ist, ohne den selbsttätigen Niedergang der Last befürchten zu lassen. Trotz der Einkapselung der Bremse, wodurch die Schwankungen der Reibungskoeffizienten in sehr engen Grenzen gehalten werden, bleibt jedoch die ungünstige Abhängigkeit der Wirkung der Bremse von der Größe der Reibungskoeffizienten immer noch bestehen. Um diesem Uebelstand abzuhelfen, steht bekanntlich nur ein Mittel zur Verfügung: die Vergrößerung des Mutterreibmomentes M2 gegenüber dem Kopfreibmoment M4. Die einfachste Erhöhung von M2 wird durch Vergrößern des äußeren und inneren Durchmessers der Reibfläche an der Mutterscheibe d (vergl. Fig. 9) erreicht. Dadurch werden die Verhältnisse immerhin verbessert, aber nur in geringem Maße; denn der Unterschied von M2 und M4 kann aus konstruktiven Gründen nur mäßig groß ausfallen, weshalb die Abhängigkeit von M5 und den Reibungskoeffizienten immer noch unerwünscht hoch bleibt. Umlaufende rillenförmige Vertiefungen in der Mutterscheibe und entsprechende Erhöhungen auf der Sperrscheibe, wie sie in Fig. 10 angedeutet sind, erhöhen M2 bedeutend mehr. Auch eine kegelförmige Ausbildung der Mutterscheibe d (vergl. Fig. 11) trägt ziemlich viel zur Verbesserung der Konstruktion bei. Textabbildung Bd. 325, S. 259 Fig. 9. Aber M2 kann nur dann einen mehrfachen Betrag von M4 erhalten, wenn auf den kompendiösen Bau der Bremse verzichtet wird, was in den meisten Fällen nicht angängig ist. Eine durchgreifende Verbesserung stellt dagegen der Einbau eines Lamellensatzes zwischen Mutterscheibe und Sperrscheibe dar. Eine solche Bremse, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist, kann dann durch entsprechende Wahl der Anzahl der Lamellen ein Mutterreibmoment M2 erhalten, welches groß genug ist, um der Bremse die gewünschte Unempfindlichkeit gegenüber den Schwankungen der Reibungskoeffizienten zu verleihen. Textabbildung Bd. 325, S. 259 Fig. 10. Außer diesem bedeutsamen Vorzug hat sie noch die Eigenschaft, viel elastischer und feinfühliger zu arbeiten, als in der einfachen Ausführung. Die Bremskraft wird auch bei schnellem Schließen der Bremse nicht plötzlich mit ihrem ganzen Betrag einsetzen, sondern infolge des nicht gleichzeitig erfolgenden Zusammenpressens des Lamellensatzes allmählich, gewissermaßen stufenförmig anwachsen. Dadurch ist die Gefahr der stoß- und ruckartigen Wirkungsweise fast ganz ausgeschlossen. Diese Bremse wurde zuerst von der amerikanischen Firma Yale & Towne Company, Stamford, Connecticut U. S. A. ausgeführt (vergl. Engeneering 1895, S. 539) und später auch von deutschen Firmen, wie Alfr. Gutmann A.-G., Ottensen bei Hamburg und Anderen aufgenommen. Einen Anhaltspunkt über die Größe der Senkarbeit des Motors gibt die Hauptgleichung in der Form, wie sie auf Seite 245 aufgestellt ist: \frac{M_5}{M_1}=\frac{\frac{M_4}{\frac{1}{2}\,N}-s}{\frac{M_2}{\frac{1}{2}\,N}+s}. Setzt man für M2 den Wert M_2=\frac{1}{2}\,N\,.\,\mu_2\,(n+1)\,(R_2+r_2) als das Reibmoment des Lamellensatzes ein, wobei n die Anzahl der Lamellen bedeutet, so wird \frac{M_5}{M_1}=\frac{\frac{M_4}{\frac{1}{2}\,N}-s}{\mu_2\,(n+1)\,(R_2+r_2)+s} oder \frac{M_5}{M_1}=\frac{k-s}{(n+1)\,m+s}. Den vorzüglichen Eigenschaften dieser Bremse steht nur noch der Nachteil gegenüber, daß beim Aufwinden der Last die Pressung der Klemmscheiben unnütz hoch ist. Da bei der vorliegenden Bremse das Kopfreibmoment M4 kleiner ist als das Mutterreibmoment M2, so wird beim Lasthub nach den auf Seite 258 gefundenen Ergebnissen die Achsialkraft der Spindel, oder die Pressung der Klemmscheiben N_a=\frac{\frac{M_1}{\eta_2}-M_4}{\frac{1}{2}\,s}, wobei η den Wirkungsgrad der Triebwerke zwischen der Bremse und der Lasttrommel bedeutet; sie ist also ebenso groß wie vor dem Einbau des Lamellensatzes. Derselbe hat hiernach auf die Größe der Klemmscheibenpressung während des Lasthubes keinen Einfluß, sondern ist nur beim Niedergang der Last von Nutzen. Textabbildung Bd. 325, S. 260 Fig. 11. Diese Unvollkommenheit der Konstruktion hat Rud. Krell, Oberingenieur der Maschinenbaugesellschaft Nürnberg, durch die Anordnung einer zweiten Klinke e (Fig. 13) zwischen der am Umfang mit Sperrzähnen versehenen Kopfscheibe b und der Sperrscheibe c vermieden. Diese neue Klinke löst sich beim Niedergang der Last aus und ändert daher an der Funktion der Bremse als solcher nichts, dagegen kuppelt sie beim Aufgang der Last die Kopfscheibe b mit der Sperrscheibe c und bewirkt dadurch, daß nicht mehr wie vorher das Kopfreibmoment M4, sondern das bedeutend größere Mutterreibmoment M2 wirksam wird, um das Lastmoment \frac{M_1}{\eta_2} zu verkleinern, bevor es am Gewinde die Achsialkraft Na erzeugt. Diese nimmt jetzt den Wert an: N^a=\frac{\frac{M_1}{\eta_2}-M_2}{\frac{1}{2}\,s}. Da die Achsialkraft auch beim Niedergang der Last kleiner bleibt als Na, nämlich, wie bei der vorher besprochenen einfachen Lamellen-Senksperrbremse, N=\frac{M_1-M_2}{\frac{1}{2}\,s}, so können an der Krellschen Senksperrbremse alle durch die Achsialkraft beanspruchten Teile, wie das Gewinde, die Spindel, die Kopf- und Mutterscheibe, der ziemlich beträchtlichen Abnahme von Na entsprechend, leichter ausgeführt werden. Textabbildung Bd. 325, S. 260 Fig. 12. Hierin besteht der Vorzug der Krellschen Lamellensenksperrbremse gegenüber der einfachen Lamellensenksperrbremse, aber gleichzeitig auch ihr einziger wesentlicher Unterschied. Kurz zusammengefaßt, windet die Krellsche Bremse die Last mit einem kleineren Druck der Klemmscheiben hoch, weil zur Uebertragung des Motormomentes eine größere Reibfläche zur Verfügung steht; dagegen besitzt sie beim Festhalten der hochgewundenen Last und bei deren Niederlassen genau dieselben Eigenschaften, wie die einfache Lamellensenksperrbremse. Die Sicherheit gegen selbsttätigen Niedergang der Last, die Vermeidung zu hoher Belastung des Motors beim Senken der Last, die Unempfindlichkeit der Bremse gegen Schwankungen der Reibungskoeffizienten, können bei der einen, wie bei der anderen Bremse gleich gut gewährleistet werden. Textabbildung Bd. 325, S. 260 Fig. 13. Die Uebereinstimmung wird hier besonders betont, weil sie, soweit vom Verfasser festgestellt werden konnte, an keiner Stelle in der Literatur Erwähnung gefunden hat. Auch Ernst schreibt z.B. in seiner Abhandlung über neuere Senksperrbremsen in der Z. d. V. D. J., Jahrgang 1901, Seite 1085 am Schluß seiner Betrachtungen über die einfache amerikanische Lamellensenksperrbremse folgendes: „Die übrigen Nachteile der Konstruktion, d.h. die Gefahr, daß bei stark wechselnder unsachgemäßer Schmierung entweder das Reibungsmoment der Kupplung nicht ausreicht, um hochgenommene Lasten freischwebend festzuhalten, oder daß umgekehrt der Ueberschuß des Reibungsmomentes den Motor beim Senken unzulässig stark belastet, bestehen auch hier. Einen beachtenswerten Fortschritt verdankt der Bau der mechanischen Senksperrbremsen Rud. Krell, Oberingenieur der Maschinenbaugesellschaft Nürnberg, durch Ausbildung und Einführung der nachstehend beschriebenen Konstruktionen, denen der leitende Gedanke zugrunde liegt, ein Hochwinden der Last bei unzureichendem Reibungsmoment der Kupplung durch den Klemmdruck des Spannwerkes möglichst ganz zu verhindern oder wenigstens den Ueberschuß des Reibungsmomentes zum Festhalten der schwebenden Last im Entwurf beliebig weit zu steigern, um die Gefahr des Zurücksinkens der schwebenden Last praktisch auszuschließen, ohne dadurch die Senkleistung des Motors störend zu erhöhen.“ (Fortsetzung folgt.)