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Kurbeln

[39] Kurbeln (winch-handles, cranks; manivelles; coudes; manovelli), Hebel, durch die Wellen oder Achsen behufs Hebung oder Fortschaffung von Lasten u. dgl. in kontinuierliche Drehung versetzt werden.

K. für Handantrieb. In der einfachsten Form (für Übertragung bzw. Ausübung kleiner Kräfte) bestehen K. und Achse aus einem Stück (Abb. 58), gebildet durch zweimaliges Abbiegen der Achse unter 90°.

Der Teil a heißt die Handhabe, der Teil b der Kurbelarm.

K., die zum Antrieb von Winden, Aufzügen u.s.w. dienen, werden meist von der Achse getrennt angefertigt (Abb. 59). Die Handhabe wird zur Schonung der Hände mit einer lose sitzenden Hülse (Rohr aus Eisenblech oder Holz) überzogen; die Befestigung der K. auf der Achse erfolgt durch Vierkant.

Vielfache Anwendung finden K. mit Doppelarm (Abb. 60) zur Bewegung von Bremsspindeln bei Eisenbahnfahrzeugen.

K. für maschinellen Antrieb. Im wesentlichen nach denselben Grundsätzen der Mechanik konstruiert, sind die K. bei Lokomotiven, infolge der Gesamtanordnung und des im allgemeinen geringen verfügbaren Raums, bezüglich Form und Dimensionierung anders gestaltet als die K. bei Stabilmaschinen.

K. bei Lokomotiven mit außerhalb der Räder liegenden Rahmen. Nachdem bei Lokomotiven zur Ausübung der notwendigen Zugkraft in den meisten Fällen das Adhäsionsgewicht einer Achse nicht ausreicht, müssen mehrere Achsen durch Kuppelstangen verbunden werden. Es wird daher unterschieden zwischen K., an denen Treib- und Kuppelstangen (Treibkurbeln), und K., an denen nur Kuppelstangen angreifen (Kuppelkurbeln). Jenen Teil, an dem die Treib- und Kuppelstangen gelagert sind, nennt man Zapfen (Treib- und Kuppelzapfen), die Verbindung des Zapfens mit der Achse das Kurbelblatt.

Aufsteckkurbeln (Abb. 61 a–63 b). Die Zapfen Z werden in das Kurbelblatt B eingepreßt;[39] das Kurbelblatt ist auf der Achse aufgepreßt und gegen Drehung durch einen starken Keil K gesichert.

Um ein Aufplatzen des Kurbelblatts beim Aufpressen zu verhüten und um die notwendige Aufpreßlänge zu erzielen, erhält das Kurbelblatt an der Rückseite Verstärkungen R; die verstärkten Teile (Sitz der Zapfen und der Achse) nennt man Nabe.

Das Kurbelblatt besteht meist aus Martinstahl, die Zapfen aus hartem Tiegelgußstahl oder Schweißeisen, im Einsatz gehärtet.

Kurbelanordnungen dieser Art bedingen eine große Entfernung der Zylindermittel, bzw. große Breite der Lokomotive in den unteren Partien.

Eine besonders in Österreich vielfach angewendete Form der Treibkurbel bei Schnellzuglokomotiven zeigt Abb. 63 a u. b. Exzenterscheiben (E), Kurbelblatt (B) und Zapfen (Z) sind aus einem Stück angefertigt. Diese K. sind teuer, gestatten jedoch – ohne Gegenkurbel anwenden zu müssen – die Steuerung nach außen zu verlegen, mithin die Anwendung leichter, geschlossener Köpfe für die Treib- und Kuppelstangen.

Um die Entfernung der Zylindermittel zu verringern, ist bei den Hallschen K. (Abb. 64 a–65 b) die an der Kurbelrückseite befindliche Verstärkung derart verlängert, daß sie als Lagerhals zur Aufnahme der Achslager dient. Wegen des beschränkten Raums gegen den Rahmen hin ist ein Einpressen der Treib- und Kuppelzapfen nicht möglich; die K. sind daher aus einem Stück mit dem Zapfen angefertigt. Das Material derselben ist Martinstahl oder Schweißeisen, in den Zapfenteilen gehärtet.

Wegen der Unmöglichkeit, abgenutzte Zapfen (bei sonst guten K.) zu erneuern, sowie wegen des trotz starker Dimensionierung des Blatts doch hie und da eintretenden Bruchs derselben wird dieses Kurbelsystem heute nur mehr ausnahmsweise bei Neuanfertigung von Lokomotiven angewendet.

Das Aufpressen aller dieser K. auf die Achse erfolgt mit hydraulischen Pressen; die Größe des Aufpreßdrucks beträgt 80–100 t. Zapfen werden mit einem Druck von 50–60 t eingepreßt.

Das Aufpressen der K. auf die Achse muß mit großer Sorgfalt, unter Zuhilfenahme besonderer Meßvorrichtungen vorgenommen werden, um die genaue gegenseitige Stellung der K. unter 90° zu sichern. Besonderes Augenmerk ist beim Aufpressen darauf zu richten, daß der vorgeschriebene Druck nicht sprungweise und im letzten Augenblick erreicht werde. K., die nicht in der ganzen Länge der Bohrung auf der Achse festsitzen, werden im Betrieb locker. Das Lockerwerden macht sich auf der Stirnseite des Blatts dadurch bemerkbar, daß die sonst kaum sichtbare Trennungslinie zwischen K. und Achse durch heraustretendes, vom Rost u.s.w. beinahe schwarz gefärbtes Öl sichtbar wird. Auch am Befestigungskeil läßt sich durch die beim Loswerden der K. eintretende Bildung eines Grats die mangelhafte Ausführung des Aufpressens erkennen.

Außenliegende Rahmen in Verbindung mit irgend einem Kurbelsystem bieten insbesondere bezüglich Anordnung der Federaufhängung und der leichten Zugänglichkeit des Stehkessels[40] große Vorteile. Demgegenüber steht die teure Herstellung der K. und der Umstand, daß bei Untersuchung der Achsen auf Anbrüche außer dem Abpressen der Radsterne noch das Abpressen der K. notwendig ist, bei welchem Vorgang ein großer Prozentsatz der K. für das Wiederaufpressen untauglich wird.

Erschwerung der Revision der Achsen, Möglichkeit des Bruchs der K., Loswerden derselben insbesondere bei gebremsten Rädern und beim Sandgeben auf Gebirgsstrecken, ferner die große Breite der Lokomotive in den unteren Partien sind die Gründe, warum in neuerer Zeit im allgemeinen der Innenrahmenlokomotive der Vorzug gegeben wird.

K. im eigentlichen Sinn sind bei diesen Lokomotiven nicht vorhanden. Das Kurbelblatt ist in die Radscheibe, bzw. den Radstern einbezogen; Treib- und Kuppelzapfen sind in diesen selbst eingepreßt (Abb. 66 a u. b).

Wenn die Lokomotive Außensteuerung besitzt, erhält der Treibzapfen die Form Abb. 67 a u. b, Gegenkurbel genannt. Auf dem Zapfen E werden die Exzenterscheiben befestigt.

Über die bei Lokomotiven mit innenliegenden Zylindern angewendeten Kurbelachsen s. Achsen.

Eine besondere Art der K. bildet das Exzenter.

K. bei Stabilmaschinen. Am häufigsten angewendet wird die Aufsteckkurbel Abb. 68 a bis 69 b. Das Blatt ist aus Schmiedeisen, Stahl (Abb. 68 a u. b und 70 a u. b), in manchen Fällen auch aus Gußeisen (Abb. 69 a u. 71 a u. b) hergestellt. Je nach der Anordnung der Maschine erscheint das Blatt in der gewöhnlichen Kurbelform (Abb. 68 a bis 69 b) oder verbunden mit einem Gegengewicht (Abb. 70 a u. b) oder auch als Scheibe (Abb. 71 a u. b). Kurbelzapfen, bzw. Gegenkurbel sind mit starkem Konus im Blatteingepreßt und mit Keil (Abb. 68 a und 70 a), mit Mutter (Abb. 69 a) oder durch Umnieten (Abb. 71 a) im Blatt befestigt.

Berechnung der K. (Abb. 64 a u. b). Bezeichnet R die Kurbellänge, P die auf den Treibzapfen wirkende Kraft, c den Abstand der Kraftebene von der Mittelebene der K., so ist die Beanspruchung der K. gegeben durch ein Biegungsmoment P . R = M_b S₁ und ein Torsionsmoment P . c = M_r . S₂.[41]

Nach den Grundsätzen der Festigkeitslehre lassen sich beide Momente ersetzen durch ein ideelles Biegungsmoment

wobei

Bei gegebener Blattdicke b findet man die Blattbreite h aus

wobei S für K. aus Stahl oder Schmiedeisen 4–6 kg, für K. aus Gußeisen 2 kg f. d. mm² betragen darf.

Berechnung der Zapfen. Bezeichnet l und l₁ die Länge, d und d₁ den Durchmesser der Treib-, bzw. Kuppelzapfen, r und r₁ die bezüglichen Hohlkehlen und k den Abstand von Treib- und Kuppelzapfenmittel, so findet sich mit Rücksicht darauf, daß das Verhältnis der Zapfenlänge zum Zapfendurchmesser bei Lokomotiven l/d = 0∙7 – 1∙0, bei Stabilmaschinen l/d = 1∙2 – 1∙5 angewendet wird, der Zapfendurchmesser aus folgenden Gleichungen:

und

Die zulässige Beanspruchung beträgt je nach dem Material 3–4 kg im Treibzapfen (S₁) und 7–10 kg im Kuppelzapfen (S₂) f. d. mm².

Bei Bestimmung der Zapfendimensionen (insbesondere bei Treibzapfen) ist noch zu beachten, daß der Auflagedruck P/(l – 2r) eine gewisse Grenze nicht überschreite.

Ein Heißlaufen ist nicht zu befürchten, wenn der Auflagedruck im Treibzapfen unter 150 kg f. d. cm² beträgt.

Gölsdorf.

Abb. 58.

Abb. 59.

Abb. 60.

Abb. 61 a u. b.

Abb. 62 a u. b.

Abb. 63 a u. b.

Abb. 64 a u. b.

Abb. 65 a u. b.

Abb. 66 a u. b.

Abb. 67 a u. b.

Abb. 68 a u. b.

Abb. 69 a u. b.

Abb. 70 a u. b.

Abb. 71 a u. b.