Ueber die rotirende Differentialbremse und deren Anwendung; von Professor Josef Pechan. Mit Abbildungen auf Tafel 2. Pechan, über die rotierende Differentialbremse. Bei der Differentialbremse sind bekanntlich in Hinsicht des anzuwendenden Hebelverhältnisses und somit in Hinsicht der zum Bremsen einer bestimmten Last erforderlichen, am Bremshebel wirkenden Kraft zwei Fälle zu unterscheiden, welche wesentlich andere Constructionen bedingen, sobald davon abgesehen wird, daſs man einfach mit der Hand den Bremshebel erfaſst, um die Bremse zu spannen oder zu lösen. Letzterer Umstand kommt insbesondere in Betracht, wenn die Differentialbremse nicht mit feststehendem Drehbolzen für den Bremshebel ausgeführt ist, sondern wenn vielmehr dieser Bolzen selbst mit dem Bremsbande und der Bremsscheibe im Kreise rotirt, also eine rotirende Differentialbremse vorliegt, welche vom Verfasser in einer eigenen AbhandlungJosef Pechan: Ueber die rotirende Differentialbremse und deren Anwendung bei Fallhämmern und Walzwerken mit Wechseldrehung. (Wien 1878. Lehmann u. Wentzel.) besonders behandelt wurde. Bezeichnet, wie in Fig. 1 Taf. 2 angedeutet, Q die zu bremsende Last am Halbmesser ρ, R den Halbmesser der Bremsscheibe, a, b, L die Hebelarme des Bremshebels, an welchen der Reihe nach die Bremsbandspannungen T und t beziehungsweise die durch Handdruck o. dgl. ausgeübte Kraft P wirken, so hat man für das Verhältniſs der Spannungen der Enden des Bremsbandes die bekannte Gleichung: T=t\,e^{f\alpha}, . . . . . . . . . . (1) worin f den Reibungscoefficienten zwischen Bremsband und Bremscheibe, α den vom Bremsband umspannten Winkel, im Bogenmaſse für den Halbmesser gleich der Einheit, und e die Basis der natürlichen Logarithmen vorstellt; ferner ergibt sich für die Bremsung der Last Q die Gleichung: Q\,\varrho+t\,R=T\,R . . . . . (2) und endlich für den Gleichgewichtszustand am Bremshebel, wenn P im Sinne des Pfeiles in Fig. 1 wirkt: P\,L+T\,a=t\,b. . . . . . . (3) Je nachdem nun die Auflösung der Gleichung (3) für P einen positiven oder einen negativen Werth ergibt, muſs die Kraft P in dem einen oder in dem entgegengesetzten Sinne zur Wirkung gelangen. Im ersteren Falle wirkt sie im Sinne derjenigen Kraft, welche, wie der Pfeilrichtung in Fig. 1 entsprechend, zum Anziehen der Bremse erforderlich ist; im zweiten Falle dahingegen wirkt die Kraft dieser Richtung gerade entgegengesetzt und ist somit zum Anziehen der Bremse nicht erforderlich. Eine geringe absolute Vergröſserung der Kraft P im zweiten Falle bewirkt dasselbe wie eine Verringerung derselben im ersten Falle; es wird nämlich jedesmal die Bremsung vermindert. Ein der Gleichung (3) entnommener positiver Werth für P bedingt demnach für die Lösung der Bremse eine Kraftabnahme und für das Spannen derselben eine Kraftzunahme, wogegen ein negativer Werth für P zum Spannen der Bremse durchwegs auſser Betracht bleibt und erst berücksichtigt werden muſs, wenn es sich um das Lösen der Bremse handelt. Der letztere Fall ergibt eine Bremse, welche sich selbstthätig weiter spannt, sobald das Bremsband durch die Einwirkung einer äuſseren Kraft, welche der oben berechneten entgegengesetzt wirkt, so weit gespannt wird, daſs es an der Bremsscheibe anliegt, sobald also überhaupt Reibung zwischen Bremsband und Bremsscheibe eintritt. Die beiden vorgenannten Fälle sind mathematisch gekennzeichnet durch das Hebelverhältniſs \left(\frac{b}{a}\right) und zwar ist: im ersten Falle \frac{b}{a}>e^{f\alpha}, im zweiten Falle \frac{b}{a}<e^{f\alpha}.. Die Differentialbremse, für welche \frac{b}{a}<e^{f\alpha}, besitzt die Eigenschaft, bei zunehmender Last Q sich bis zum Bruche selbstthätig zu spannen. Die zur Ueberwindung der Steifigkeit des Bremsbandes am Hebelarme L im Sinne des Pfeiles Fig. 1 erforderliche Kraft kann in sehr einfacher Weise durch die Centrigalkraft des Bremshebels selbst erreicht werden; man braucht zu diesem Zwecke nur den Hebelarm b hinreichend schwer zu machen. Es kann übrigens hierzu auch eine Feder zur Anwendung kommen. Man erhält auf diese Weise eine einseitig wirkende Kupplung, welche, in Fig. 2 Taf. 2 dargestellt, bei Antriebsmechanismen verwendbar ist. B stellt hierbei die Antriebsriemenscheibe dar, an welcher der Drehbolzen des Bremshebels A befestigt ist. C ist die Lasttrommel bezieh. ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe, welche die Bewegung gegen den Widerstand Q in der Pfeilrichtung weiter zu übertragen hat, jedoch in derselben Richtung der Riemenscheibe B frei vorlaufen kann. D endlich ist die mit C fest verbundene Bremsscheibe. Fig. 3 bis 5 Taf. 2 zeigen die constructive Ausführung einer solchen rotirenden Differentialbremse, wie sie von der Ottakringer Eisengieſserei und Maschinenfabrik in Wien an einem Fallhammer mit 250k Fallgewicht zur Anwendung gebracht wurde. Der Fallbär wurde mittels eines um die Spule C gelegten, am Bolzen F befestigten Riemens gehoben. Beim Aufschlagen des Fallbärs muſste die Spule C gegen die Antriebsriemenscheibe B frei vorlaufen können. D ist die mit C in einem Stücke gegossene Bremsscheibe. Der in der Riemenscheibe B gelagerte Bolzen A trägt einerseits den Doppelhebel, an dessen Enden das Bremsband eingehängt ist, und andererseits den Winkelhebel y, beide aufgekeilt; letzterer bewirkt durch den Druck der an der Nabe der Riemenscheibe angeschraubten Feder x jene Spannung des Bremsbandes, welche erforderlich ist, um die Steifigkeit des letzteren zu überwinden und dasselbe an der Bremsscheibe anliegend zu erhalten. Durch Vorschieben des Stiftes p mittels des Riegels o wird der Winkelhebel y in der dem Drucke der Feder x entgegengesetzten Richtung bewegt und dadurch im geeigneten Augenblicke die Bremse gelöst. Letzteres ist beim Fallhammer nothwendig, um den Fallbär nach erfolgtem Heben frei herabfallen lassen zu können. Wird der Riegel o zurückgezogen, so wird der Stift p vermöge der Wirkung der Feder x und der Centrifugalkraft des Bremshebels zurückgeschoben und die Bremse wieder selbstthätig wirksam. Der Riegel o ist in der durch den flachen Deckel q bedeckten Nuth der Riemenscheibennabe geführt und wird durch einen in die Ringnuth des mitrotirenden Muffes L eingreifenden Hebel vorgeschoben und zurückgezogen. Bemerkt mag noch werden, daſs hier sowohl die Spule C, als auch die Riemenscheibe B und der Muff L auf der feststehenden Achse E lose rotiren, letztere auf langen Büchsen angebracht. In Fig. 6 und 7 Taf. 2 ist eine weitere Anwendung der sich selbstthätig spannenden Differential bremse in Form einer Kupplung für Kraftmaschinen dargestellt, wie sie vom Verfasser als Ersatz für die Sperrkegelkupplungen von Uhlhorn und Pouyer in Vorschlag gebracht wurde. Dampfmaschine, Wasserrad und Turbine übertragen bei gemeinschaftlicher Wirkung ihre Kraft zunächst gesondert auf je eine mit der zum schützenden Gehäuse ausgebildeten Scheibe B rotirenden Differentialbremse und diese treibt die Bremsscheibe D um, welche auf der für alle Motoren gemeinschaftlichen durchlaufenden Transmissionswelle C aufgekeilt ist. Die Bewegungsübertragung erfolgt in der Pfeilrichtung nach Fig. 7. Wird die Welle C durch den anderen Motor mit gröſserer Geschwindigkeit umgetrieben, so läuft die Bremsscheibe D unter dem Bremsbande frei vor. Hier ist das Lösen der Differentialbremse nicht erforderlich und daher ein diesbezüglicher Mechanismus überflüssig. Die zur Ueberwindung der Steifigkeit des Bremsbandes erforderliche Kraft wird durch die Feder x im Verein mit der Centrifugalkraft des Bremshebels ausgeübt, y ist eine Verlängerung des am Bolzen A drehbaren Bremshebels, auf welche die Feder x drückt. Die Scheibe B ist zur Ausbalancirung bei G mit einem Gegengewichte versehen; sie ist auf die hohle Welle W aufgekeilt, welche zweckmäſsig in zwei Lagern L ruht (wovon in Fig. 6 nur das an B anschlieſsende gezeichnet ist) und zwischen diesen das die Kraft des Motors einleitende Zwischenglied, Zahnrad oder Riemenscheibe, trägt. Die hohle Welle W, durch welche die Transmissionswelle C frei drehbar hindurch geht, bietet so gelagert letzterer zugleich an den Stellen der Kraftaufnahme erwünschte Stützung und erhöht demnach die Solidität der ganzen Transmissionsanlage. In Fig. 7 ist der Schutzdeckel K abgehoben. – Eine solche einseitig wirkende Reibungskupplung hat der von Uhlhorn und jener von Pouyer gegenüber den groſsen Vortheil, daſs sie fast augenblicklich wirkt, daſs nämlich die Scheibe B durch die rotirende Differentialbremse sofort wieder den Antrieb der Scheibe D und somit der Welle C übernimmt, sobald D in der Bewegungsrichtung gegen B zurückbleiben will. Es treten demnach hier nicht jene Stöſse ein, welche bei den genannten Sperrkegelkupplungen, die erst nach ¼ oder ⅙ Drehung einklinken, unvermeidlich sind und so häufig Brüche herbeiführen, welche eine Betriebsstörung im Gefolge haben. Die Differentialbremse, für welche \frac{b}{a}>e^{f\alpha} ist, erfordert, als rotirende angewendet, eine besondere Vorrichtung, welche die Verstärkung der Bremsbandspannungen bei zunehmender Bremslast bewirkt und demnach durch die Einwirkung der letzteren bethätigt wird. Fig. 8 und 9 Taf. 2 zeigen die constructive Durchführung einer solchen rotirenden Differentialbremse, wie sie von der Maschinenfabrik E. Becker in Berlin (* D. R. P. Nr. 5801 vom 29. November 1878) in Vorschlag gebracht wurde, a ist die treibende Welle; auf derselben sitzt lose der Arm b, an welchem der Drehbolzen c des Bremshebels d befestigt ist. Die Bremsscheibe e ist auf die getriebene Welle f und die Kurbel g auf die treibende Welle a aufgekeilt. Die Kurbel g greift mit dem Kurbelzapfen in ein Langloch des Bremshebels d ein. Rotirt nun die Kurbel g im Sinne des Pfeiles Fig. 8, so wird zunächst der Bremshebel d so weit um c gedreht, bis die Bremse festgezogen ist, wonach diese die Bremsscheibe e und somit die Welle f mitnimmt. Eine Steigerung der durch die Kurbel g übertragenen Kraft bringt sofort eine Vergröſserung der Bremsbandspannungen hervor, indem ja die Kraftübertragung zunächst durch den Bremshebel d selbst erfolgt. Die geschlossene Kupplung läſst sich lösen, indem entweder der treibenden Welle a gegen die getriebene f eine plötzliche verzögerte, also relativ eine geringe rückläufige Bewegung gegeben wird, oder indem der getriebenen Welle durch eine andere Kraft eine gröſsere Geschwindigkeit ertheilt wird, als die treibende bedingt, oder endlich dadurch, daſs der Arm b der Kurbel g durch eine besondere Vorrichtung genähert wird. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung zeigen Fig. 8 und 9. Der Arm b1, welcher mit b in einem Stücke hergestellt ist, enthält das Muttergewinde für die Schraube h und auf letzterer befindet sich einerseits ein Wulsträdchen aufgekeilt, andererseits drehbar damit verbunden ein Keil, der sich zwischen b1, und der rückwärtigen Verlängerung der Kurbel g einschiebt. Das Wulsträdchen läuft in dem freien Räume zwischen zwei Scheiben l, die gemeinsam oder getrennt eine Verschiebung in der Richtung der Wellenachse erfahren können. Durch Annäherung der einen oder der anderen der beiden Scheiben l bis zur Anlage an das Wulsträdchen wird dieses in Folge der Reibung in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung umgedreht, somit die Schraube h gegen das Wellenmittel verstellt. Ist hiermit der Keil zwischen b1 und g so weit eingeschoben, daſs b und g einander genähert werden, so tritt eine Lösung der Bremse ein, die jederzeit durch Drehung des Wulsträdchens im anderen Sinne wieder aufgehoben werden kann. E. Becker bringt die vorgenannte Kupplung mit rotirender Differentialbremse mit Hinweglassung einer besonderen Lösungsvorrichtung auch bei Winden und Erahnen zur Anwendung. Fig. 10 und 11 Taf. 2 zeigen die Ausführung einer solchen einfachen Kupplung und Fig. 12 und 13 ihre Anwendung als Kupplung und Bremsvorrichtung bei einer gewöhnlichen Bauwinde. Sie sitzt auf der Vorgelegewelle, auf welcher auch die Kurbel g aufgekeilt ist. Durch Vorwärtsdrehen der Handkurbel wird auch die Kurbel g vorwärts bewegt und somit die Bremse angezogen derart, daſs bei weiterer Drehung der Handkurbel die Last gehoben wird. An der verlängerten Nabenhülse des Armes b ist nun ein Sperrrad vorhanden, in das ein Sperrkegel eingreifen kann, dessen Drehbolzen am Windenständer befestigt ist, wie in Fig. 12 ersichtlich. Wird letzterer in das Sperrrad eingelegt, so bleibt die Last beim Loslassen der Handkurbel ruhig hängen, weil sie selbst das Bremsband spannt. Wird jedoch auf die Handkurbel ein Druck ausgeübt, entgegengesetzt demjenigen, welcher zur Hebung der Last erforderlich ist, so werden die beiden Theile b und g einander genähert und die Last sinkt mehr oder weniger gebremst nieder. In dieser Form der Anwendung bietet die Kupplung noch den besonderen Vortheil, daſs während des Niederganges der Last die Vorgelegewelle mit ihren Kurbeln still steht, womit eine groſse Gefahr für den Arbeiter vermieden ist; ferner daſs die Last gebremst zum Stillstand gelangt, wenn der Arbeiter bei eingelegtem Sperrkegel die Kurbel ganz frei läſst. Im Hinblick auf die eingangs genannten Eigenschaften der Differentialbremse erscheint diese, wie durch die vorgeführten Beispiele erläutert, als rotirende Differentialbremse ausgeführt, zur Herstellung von einseitig wirkenden Kupplungen besonders geeignet und dürfte sie auſser in den hier vorgeführten noch in manchen anderen Fällen mit Vortheil zur Anwendung gebracht werden können.