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Antriebsaggregat
Die Erfindung bezieht sich auf einAntriebsaggregat mit wenigstens einem Elektromotor und wenig- stens einer Zentrifugalkupplung, deren Gehäuse, in welchem ein Läufer angeordnet ist, eine Füllung aus pulverförmigem Übertragungsmaterial aufweist, wobei an wenigstens einem Ende des Rotors mindestens eines Elektromotors eine Kupplung vorgesehen ist, die den Rotor mit der Abtriebswelle des Aggregates verbindet.
Kupplungen dieser Art sowie deren Anwendung bei Elektromotoren, insbesondere bei Asynchronmotoren mit Kurzschlussläufern, sind für verschiedenartige Verwendungszwecke, beispielsweise auch für Fahrzeuge, bereits bekannt. Das Hauptmerkmal dieser sogenannten Anlaufkupplungen besteht bekanntlich darin, dass die Motorwelle eine von der Abtriebswelle verschiedene Drehzahl aufweisen kann, ohne dass das von der Motorwelle auf die Abtriebswelle übertragene Drehmoment in irgend einer Weise beeinträchtigt wird.
Dieser Unterschied zwischen den Drehzahlen, der mit Schlupf bezeichnet wird, ist gewöhnlich positiv, d. h. die Drehzahl der Motorwelle ist grösser als die Drehzahl der Abtriebswelle, abgesehen von den wenigen Augenblicken während der Umkehrung des Drehsinnes des Motors, welcher die Umkehrung der Drehrichtung der Arbeitsmaschine in geringem Zeitabstand folgt. Der Schlupf kann, wie bei hydraulischen Kupplungen, dauernd sein oder nur auf die Anlaufzeit beschränkt sein, wie dies bei unter Verwendung der Zentrifugalkraft wirkenden Kupplungen der Fall ist.
Mit Hilfe derartiger Kupplungen können auf Grund des oben angeführten Hauptmerkmales derselben, insbesondere in Kombination mit Asynchronmotoren mit Kurzschlussläufer, verschiedene Zwecke erfüllt werden.
Beispielsweise können die mechanischen Voraussetzungen geschaffen werden, um eine bestimmte, anzutreibende Maschine, die ein grösseres Widerstandsmoment aufweist als dasjenige, das der Motor als Anzugsmoment abgeben kann, zum Anlaufen zu bringen, wobei der Motor dieses Widerstandsmoment erst nach Erreichen seiner normalen Drehzahl überwinden kann, was eben durch die Kupplung ermöglicht wird.
Weiterhin kann die Dauer der auftretenden hohen Stromstärke im Kurzschlussläufer sowie in der Statorwicklung bei Stillstand der Maschine oder bei kleinen Drehzahlen auf ein Minimum (Bruchteile von Sekunden) begrenzt werden, insbesondere wenn es sich um eine schwere Maschine mit grossem Beharrungsvermögen handelt. Schliesslich ist die Erzielung eines allmählichen Anlaufes bei solchen ange-
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triebenen Maschinen möglich, bei denen ein stossweises Anlaufen zu Störungen verschiedener Art führen könnte.
Obwohl beim Antrieb mittels Elektromotoren Schlupfkupplungen, die gewöhnlich als Anlaufkupp- lungen bezeichnet werden, sowie auch die Wirkung und die Vorteile einer solchen Kombination seit lungem bekannt sind, bestehen doch noch ungelöste Probleme, die durch die Schwierigkeiten dieser
Kombination bedingt sind, welche auftreten, wenn der Elektromotor einerseits und die Kupplung ander- seits selbständige mechanische Organebilden.
Ein weiteres, schwierig zu lösendes Problem tritt in Erscheinung, wenn es sich um einen mehrpoli- gen Motor, beispielsweise mit vier oder acht Polen, handelt, wobei bei vom Motor unabhängig ausgebildeter Kupplung die Notwendigkeit besteht, am Motorwellenende zwei verschieden grosse Kupplungen in Serie vorzusehen und diese mit mechanischen Einschaltorganen und Ausschaltorganen zwischen der kleineren Kupplung und der angetriebenen Welle auszustatten. Die Gruppe dieser auf dem Wellenstumpf des Motors sitzenden Kupplungen weist, insbesondere bei grossen zu übertragenden Leistungen, ein nicht unerhebliches Gewicht und eine Trägheit auf, welche nicht nur den statischen Ausgleich der Welle und der Lagerungen behindern, sondern auch deren dynamische Auswuchtung.
Es ist auch schon eine Ausführung bekannt, bei welcher der Rotor des Elektromotors und das Gehäuse der Kupplung auf der Abtriebswelle des Aggregates drehbar gelagert sind, wobei der Läufer der Kupplung mit der Abtriebswelle verbunden ist. Bei einer Abnutzung der Lagerungen der Abtriebswelle und der Kupplung tritt dabei jedoch ein verhältnismässig grosses Spiel auf, welches auf Grund von Unwuchten od. dgL zu Erschütterungen des Rotors des Elektromotors führt, wobei es zu einer Berührung zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors kommen kann.
Die Erfindung beseitigt dieNachteile der bekannten Ausführungen und bezweckt die Schaffung einer Bauart, die den während des Betriebes auftretenden Beanspruchungen gewachsen ist und insbesondere die Einhaltung eines konstanten, geringen Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors ermöglicht.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Gehäuse der Kupplung mit dem Rotor des zugeordneten Elektromotors starr verbunden ist und mit diesem einen stabilen, zusammengesetzten Bauteil bildet, dessen beide Enden mittels Lager am Stator des Elektromotors drehbar abgestützt sind. Der aus dem Rotor des Elektromotors und dem Kupplungsgehäuse zusammengesetzte umlaufende Bauteil des Antriebsaggregates ist dabei über jeweils nur eine einzige Lagerung an einem starren Bauteil abgestützt, so dass er statisch und dynamisch gut ausgewuchtet sein kann und seine guten Laufeigenschaften auch nach längerer Betriebszeit unverändert beibehält.
In Anwendung dieses Grundgedankens der Erfindung sind verschiedenartige Ausbildungsformen des erfindungsgemässen Antriebsaggregates möglich, insbesondere kann eine Anpassung an die Erfordernisse des Betriebes und an die jeweilige Verwendung erfolgen. Beispielsweise kann die Rotorwelle des Elektromotors mit einem Ende am Gehäuse der Kupplung befestigt sein, das auf der der Rotorwelle abgewendeten Seite mit einer Hülse ausläuft, die durch ein Lager am Statorgestell drehbar gelagert ist. Das Gehäuse kann aber auch mit einer seiner Seiten an der Seite des Rotors des Elektromotors formschlüssig angesetzt sein. Die Abtriebswelle, auf welcher der Läufer der Kupplung sitzt, ist dabei zweckmässig mit einem Ende im Inneren des Kupplungsgehäuses gelagert ; sie kann aber auch durch das gesamte Aggregat hindurchgehen, wenn die Rotorwelle hohl ausgebildet ist.
Wenn beim erfindungsgemässen Antriebsaggregat zwei Kupplungen vorhanden sind, ist jede auf einer andern Seite des Rotors angeordnet. Für jede Kupplung kann dabei eine eigene Abtriebswelle vorgesehen sein, wobei die Lager der im Inneren des aus dem Rotor und den beiden Kupplungen gebildeten zusammengesetzten Bauteiles liegenden Wellenenden am zusammengesetzten Bauteil abgestützt sind.
Es ist aber auch möglich, eine einzige, für alle Kupplungen gemeinsame Abtriebswelle vorzusehen.
Bei zwei in einem gemeinsamen Statorgestell untergebrachten Elektromotoren sieht die Erfindung zwei Möglichkeiten vor. Jeder Rotor kann mit einer eigenen Kupplung versehen sein, wobei jede Kupplung mit dem zugeordneten Rotor eine stabile, zusammengesetzte Baueinheit bildet, deren Enden mittels Lager am Statorgestell drehbar abgestützt sind. Es kann aber auch nur ein Rotor mit einer Kupplung versehen sein und mit deren Gehäuse eine stabile, zusammengesetzte Baueinheit bilden, wogegen der der andere Rotor auf der für beide Motoren gemeinsamen Abtriebswelle aufgekeilt ist.
Diese Ausführungsformen können beispielsweise mit Vorteil angewendet werden, wenn Motoren mit verschiedener Polzahl vorgesehen sind, um unterschiedliche Drehzahlen zu erzielen. Wenn die Motoren während des Anlaufes umgeschaltet werden sollen, kann hiezu eine Tourenzählereinrichtung vorgesehen ; ein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen zu entnehmen, in welchen beispielsweise einige praktische Ausführungsformen des erfindungsgemässen Antriebsaggregates schematisch jeweils im Längsschnitt dargestellt sind. In den Fig. 1 und 2 sind zwei einfache Ausführungsbeispiele mit jeweils nur einem Motor und einer Kupplung gezeigt, Fig. 3 zeigt eine Ausführung mit zwei Kupplungen verschiedener Grösse und in den Fig. 4 bis 6 sind schliesslich drei Ausführungsvarianten mit je zwei verschiedenpoligen Motoren gezeigt
Gemäss Fig. 1 weist das Antriebsaggregat einen Motor mit einem Stator A auf, in dem der Rotor - des Motors und eine seitlich am Rotor vorgesehene Kupplung--C--gelagert sind.
Die Kupplung - besteht aus einem Gehäuse--Cl--, in dem ein Läufer--C--samt einem Übertragungsmittelfür das Drehmoment untergebracht ist, beispielsweise körniges oder pulverförmiges Material, Der Rotor
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--10-- gelagert,die Welle-20-- ragt aus dem Stator-A-hervor, wobei sie den Kraftabtrieb für die nicht dargestellte angetriebene Maschine bildet.
Durch diese Ausbildung des aus Motor und Kupplung bestehenden Antriebsaggregates wird ein stabiler, rotierender Bauteil erhalten, der ausser dem Rotor des Elektromotors auch von einem Teil der Kupplung gebildet ist. Diese Bauart kann ausser den gewöhnlichen Torsionsbeanspruchungen auch den beträchtlichen Biegebeanspruchungen standhalten, die auftreten können, wenn die Verbindung zwischen der Welle --20-- und der angetriebenen Maschine durch eine mittelbare Übersetzung erfolgt, beispielsweise über Zahnräder od. dgL
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine ähnliche Ausbildung des Motors wie in Fig. 1 auf, wobei die analogen Teile mit den gleichen Bezugszeichenversehen und die Bezugsziffern durch den Buchstaben --a-- ergänzt sind.
Das aus zwei Gehäusehälften gebildete Gehäuse ---C1-- der Kupplung --C-- besteht aus einem Stück mit einer Seitenwand des Rotors --B-- des Motors und weist eine Nabe --26-- zur Halterung des Lagers --18a-- auf, in welchem die durch das Lager --22a-- im
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--A-- gehaltene Welle --20a-- läuft,Das Antriebsaggregat nach Fig. 3 weist in statischer Hinsicht eine den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 entsprechende Struktur auf, wobei aber die an den Enden des Rotors --B-- vorgesehenen Kupplungen --C und D-- verschiedene Grösse aufweisen und die Läufer--C. und D-der Kupplungenauf von- einander getrennten, eigenen Wellen --20f und 36-- aufgekeilt sind, die gleichachsig angeordnet sind.
Der Rotor --B-- sitzt auf der Hohlwelle --10f--, die die beiden Cehäuse --C1 und D1-- der Kupplungen verbindet. Die somit aus dem Rotor --B-- und den beiden Kupplungsgehäusen --C1 dund D1-- gebildete Baueinheit wird mittels der Lager --38 und 40-- durch den Stator-A-des Aggregates gehalten. Die beiden Wellen --20f und 36-- sind mittels der Lager --42 und 44-- im Inneren der Hohlwelle-lOfund an den beiden Stirnseiten des Stators-A-mittels der Lager --46 und 48-- gehalten. Es ergibt sich daraus eine statische Struktur, die hinsichtlich der Biegemomente den Anordnungen nach den Fig. 1 und 2 gleichkommt.
Dieses Antriebsaggregat erlaubt innerhalb der Möglichkeitsgrenzen des einzigen Rotors-B-die Erzielung von zwei verschiedenen Momenten an den Enden der beiden, von den Wellen --20f und 36-gebildeten Abtriebe. Die beiden unterschiedlichen Momente können z. B. dann ausgenutzt werden, wenn ein Anlaufen mit verschieden grossen Beschleunigungsmomenten verlangt wird. Beispielsweise kann über die Kupplung --C-- ein Moment erzielt werden, das dem Nennmoment des Elektromotors entspricht, während mittels der Kupplung --D-- ein vielfaches Moment, beispielsweise das doppelte Nennmoment des Motors, erreicht werden kann.
Die Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 6 stellen drei verschiedene Lösungen mit Motoren mit mehreren Polen dar, wobei jeweils zwei Einzelmotoren-A, B und F, G- vorgesehen sind, von denen jeder andere elektrische Merkmale besitzt. Insbesondere weisen diese Motoren eine unterschiedliche
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Polzahl auf, so dass damit verschiedene Drehzahlen erzielt werden können. Das Antriebsaggregat nach Fig. 4 besteht in baulicher Hinsicht aus einer einzigen, zusammenhängenden Statorstruktur --A, F-und zwei elektrischen Rotoren --B und G--, die je auf einer Hohlwelle--lOg und 50-- sitzen.
Die
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und 46g-- am gemeinsamen Statorgestell --A, F-- abgestützt und werden jeweils von einer Welle - 20g bzw. 36g-- durchsetzt, welche Wellen achsgleich und mechanisch unabhängig voneinander angeordnet sind, um zwei getrennte Abtriebe zu bilden.
Auf diese beiden Wellen-20g und 36g-- sind die Läufer-C und D-der beiden Kupplungen aufgekeilt. Die Wellen --20g und 36g-- werden ihrerseits durch die gemeinsame Statorstruktur -- A, F-- mittels der Lager-38g, 52 und 40g, 54-- gehalten. Ein derart ausgebildetes Antriebsaggregat erlaubt den Antrieb von zwei Arbeitsmaschinen mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten oder den Antreib einer einzigen, zwei Arbeitsgeschwindigkeiten aufweisenden Arbeitsmaschine mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.
Das Antriebsaggregat nach Fig. 5 ist ebenfalls aus einer gemeinsamen Statorstruktur-A, F-auf- gebaut und mit zwei Rotorbaugruppen --B, Cl und G, D-versehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel mittels der Lager-44h, 48h und 42h, 46h-- an der Statorstruktur abgestützt und über einer einzigen Welle --20h-- angeordnet sind, die mittels der Lager --22h und 28h-- am Statorgestell-A, F-verankert ist. Dieses Antriebsaggregat wird durch eine Tourenzählereinrichtung --K-- vervollstän- digt, die auf bekannte Art und Weise aus einem von der Welle --20h-- aus angetriebenen Generator bestehen kann.
Diese Ausbildung des Antriebsaggregates erlaubt eine Erweiterung der Verwendungsmöglichkeiten über die schon erwähnten hinaus, u. zw. können dabei beide Motoren gleichzeitig beim Anlauf der zugehörigen, nicht dargestellten Arbeitsmaschine mitwirken. Während dieses Anlaufes entsteht ein Schlupf zwischen den Kupplungen --C und D--, die ihre Drehmomente, welche sich summieren, auf die Welle - übertragen. Auf diese Weise kann ein hohes Anzugsmoment erzielt werden.
Wenn die Welle --20h-- in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen eine bestimmte, vorher festgelegte Drehgeschwindigkeit erreicht hat, greift die Tourenzählereinrichtung --K-- ein und wird mittels bekannter Hilfsgeräte die Stromversorgung eines der beiden Motoren unterbrochen, so dass die Arbeitsmaschine nach dem Anlaufen nur durch einen der beiden Motoren des Aggregates nach Fig. 5 angetrieben wird.
Das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem Antriebsaggregat nach Fig. 5, mit dem einzigen Unterschied, dass nur einer der beiden Motoren, gewöhnlich der schnellere Motor-A, B-, mit einer Kupplung --C-- versehen ist und der Rotor -- G-- des langsameren Motors - F, G-direkt auf die Welle --20k-- aufgekeilt ist. Bei diesem Antriebsaggregat wird der Anlauf stets durch den schnelleren Motor-A, B-- ausgeführt. Sobald die Welle --20k-- die Synchrongeschwindigkeit des langsameren motors --F, G-- erriecht hat, greift die Tourenzählereinrichtung --K-- ein, durch welche die Stromzuleitung für den Motor --A, B-- unterbrochen wird und die Arbeitsmaschine sodann durch den Motor --F, G-- angetrieben wird.
Wenn aber die Arbeitsmaschine mit der Drehzahl des schneller laufenden Motors --A, B-- angetrieben werden soll, wird der Motor --F, G-abgeschaltet, wobei dann der Motor-A, B-die Maschine über die Kupplung-C-zum Anlaufen und auf die Betriebsdrehzahl bringt.
Im Rahmen der Erfindung sind ausser den dargestellten Ausführungsbeispielen weitereAbwandlun- gen des erfindungsgemässen, aus Motor und Kupplung bestehenden Antriebsaggregates möglich. Dadurch kann das erfindungsgemässe Antriebsaggregat den jeweiligen Betriebeverhältnissen angepasst werden. In gleicher Weise können an den einzelnen Bestandteilen des erfindungsgemässen Antriebsaggregates Än- derungen vorgenommen werden, um den gestellten Bedingungen in baulicher Hinsicht voll zu genügen.
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