CN109477555B - 驱动设备和用于限制转速的方法 - Google Patents

Abstract

一种驱动设备，其包括：叠加传动装置(17)；主驱动机(2)，该主驱动机与叠加传动装置的输入轴(14)连接；一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)；以及叠加传动装置的输出轴(15)，该输出轴能够与工作机械(1)连接，其中，叠加传动装置(17)包括具有齿圈(4)、太阳轮(7)、行星架(10)和多个行星轮(5)的行星传动装置(18)，并且其中，输入轴(14)与齿圈(4)连接，输出轴(15)与太阳轮(7)连接，并且一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)经由具有恒定的传动比(i_SG1)的第一传动级(6.1、6.1a、6.1b、6.2、6.2a、6.2b)与行星架(10)连接，其中，在辅助驱动器(3.1、3.2)与输入轴上的齿圈(4)或小齿轮(4.1)之间存在具有恒定的传动比(i_SG1、i_SG2、i_SG3)的附加传动连接，并且其中，在所述附加传动连接中存在能切换的离合器(11.1、11.2)，所述离合器能够启用或中断附加传动连接，其方式是：在通过离合器(11.1、11.2)进行中断时，经由第一传动级(6.1、6.1a、6.1b、6.2、6.2a、6.2b)使辅助驱动器(3.1、3.2)与行星架(10)之间的连接保持启用。

Description

驱动设备和用于限制转速的方法

技术领域

本发明涉及一种驱动设备，该驱动设备包括：叠加传动装置

主驱动机，该主驱动机与叠加传动装置的输入轴连接；一个或多个辅助驱动器；以及输出轴，该输出轴可以与工作机械连接，其中，叠加传动装置包括具有齿圈、太阳轮、行星架和多个行星轮的行星传动装置，并且其中，输入轴与齿圈连接，输出轴与太阳轮连接，并且一个或多个辅助驱动器经由传动级与行星架连接。

此外，本发明涉及一种用于主驱动机或辅助驱动器失效或快速关断时在这样的驱动设备上限制转速的方法。

背景技术

在叠加传动装置中，行星传动装置的两个轴通常由相互独立的驱动器驱动，使得第三轴(输出轴)的转速被相加或相减。如果能调节其中一个驱动器，则可以实现用于输出轴的无级的转速调节。

从现有技术已知了具有叠加传动装置的驱动设备，其中，主驱动机经由输入轴驱动行星传动装置的齿圈，并且能调节的辅助驱动器经由传动级驱动行星架，而工作机械经由输出轴与太阳轮连接。通过这种驱动设备，输出轴的转速可以在相当大的转速范围内无极地调设并且是在恒定运转的主驱动机的情况下。

此外，可以实现通过在起动期间给辅助驱动器分别送入主驱动机的转速而无负荷地拖曳主驱动器。只有当主驱动器接近额定转速并且因此可以施加高转矩时，才通过减少由辅助驱动器实现的转速补偿来缓慢地对负荷进行加速。

例如在文献DE 102014210864 A1中示出了具体实施例。此外，现在附加地存在在辅助驱动器与用于行星架的第一传动级之间的离合器。该离合器可以使辅助驱动器与行星传动装置完全分开。由此，在辅助驱动器被干扰的情况下可以关掉辅助驱动器并且其余部分可以至少利用主驱动机在恒定转速的情况下继续运行。

这种驱动设备尤其是用于驱动例如石油和天然气工业中或火力发电厂中的具有大功率的泵、压缩机或压气机。

然而在此无法令人满意地解决的问题是，当主驱动机在运行时失效或者必须与电网分开时，辅助驱动器和传动装置可能会受损。这是因为在上述应用情况中，主驱动机的惯性往往比受驱动的工作机械的惯性大得多，在主驱动机的驱动力矩失效时，工作机械的转速快速地下降到零。由于行星传动装置上的转速平衡，在该传动装置变型方案中，行星架和辅助驱动器被强烈地加速。在此，在行星架上可能出现不允许的转速。这不能通过辅助驱动器上的离合器来阻止，虽然这甚至可以使得辅助驱动器通过脱开而受到保护，但是随后行星架的转速仍快速地上升。在现有技术中建议的是，通过行星架上的制动器来阻止这种情况，然而，仍然需要用于耦联的附加的部件。这增加了驱动设备的成本并且需要更多空间，这是两个严重的缺点。

发明内容

现在，本发明的目的是，给出针对上述问题的改进的解决方案。

对于该设备，该目的通过根据权利要求1所述的驱动设备来解决。在相应的从属权利要求中得到根据本发明的对设备进一步改进的实施方案的另外的有利特征。在此，以如下方式进一步扩展该设备，即，在辅助驱动器与输入轴上的齿圈或小齿轮之间存在具有恒定的传动比的附加传动连接，其中，在该附加传动连接中，存在能切换的离合器，该离合器可以启用或中断附加传动连接，其方式是：在通过离合器进行中断时，经由第一传动级使辅助驱动器与行星架之间的连接保持启用。在这里，启用意味着可以传输功率和转矩。因此，借助离合器，在行星传动装置的输入侧上可以经由附加传动连接将辅助驱动器和主驱动机直接联接。在适当选择针对附加传动连接的传动比的情况下，在主驱动器失效时，通过辅助驱动器的反向加速可以在离合器中消耗能量的较大部分。在对离合器进行适当的延迟驱控的情况下，也可以在辅助驱动器中消耗能量的较大部分，从而可以更小且更轻地设计离合器。因此，有效地防止了辅助驱动器或行星架的超额转速。因此，尤其是行星销受到保护以防由于过大的离心力而受损。

通过适当地驱控离合器，使得在辅助驱动器中消耗尽可能多的能量并且在离合器中消耗较少的能量，驱动设备中的温度增长可以保持得很低。这对于已知的具有制动器的变型方案是尤其有利的，尤其是当例如计划在有爆炸危险的区域中应用时，例如在石油和天然气工业中的压缩机或在可燃粉尘的区域中的通风机。通常在那里预定有特定的温度极限，即使在故障情况下也不得超过这些极限。

在正常运行中，离合器是断开的并且附加传动连接是中断的。辅助驱动器经由辅助驱动轴和第一传动级与行星架连接。在故障情况下，离合器如上所述那样被闭合并且附加传动连接被启用。

该设施非常适合于从动端处的高转速，例如这是在高速运转的压气机或大型通风机中所需的，因为由此驱动设备的结构空间和重量可以保持相对较低。

在根据本发明的设施中，它附加地提供的优点是，驱动设备在离合器闭合时可以仅通过辅助驱动器来驱动工作机械，也就是在主驱动机不通电的情况下。这无法以迄今为止已知的设备来实现。优点还在于，因此在低转速范围内工作机械可以仅通过辅助驱动器来运行。如果输入轴的转速达到主驱动机的额定转速的范围内，就可以将主驱动机切换至电网。因此，可以明显减少不期望的浪涌电流峰值的持续时间。

传动级被理解为以恒定的传动比，即固定的转速比传递功率和转矩的传动连接。第一传动级优选地由辅助驱动轴上的齿轮与实施为齿轮或承载有接合到其上的齿轮的行星架之间的单级的圆柱齿轮传动机构形成。尤其优选地，它构造为所谓的轮链，也就是说，由依次彼此啮合且因此将转矩传递到行星架上的齿轮的至少两个齿轮中的多个齿轮构成的轮链。替选地，第一传动级也可以由多级的匹配传动装置或链条驱动器或齿形皮带驱动器形成。

附加传动连接也可以优选实施为由辅助驱动轴上的齿轮和齿圈上的外齿部或输入轴上的附加的小齿轮构成的单级圆柱齿轮传动装置。在第一传动级中提到的变型实施方案，尤其是轮链，也可以有利地应用在附加传动连接中。所需的离合器优选设置在辅助驱动轴与辅助驱动轴上的齿轮之间。因此，附加传动连接的一个或多个齿轮在离合器断开的情况下不必一同运动，这可以是有利的。在具有在输入轴上的附加的小齿轮的变型方案中，离合器替选地可以设置在小齿轮与输入轴之间。

附加传动连接可以由第二传动级形成，其中，附加传动连接从辅助驱动轴经由第二传动级直接至齿圈或小齿轮地作用。它也可以由第二和第三传动级形成，其中，第二传动级首先将转矩从辅助驱动轴传递到中间轴上，并且第三传动级将转矩从中间轴传递到输入轴上的小齿轮上或传递到齿圈上。或者附加传动连接构造成使得经由第一传动级将转矩从辅助驱动轴传递到行星架上，经由第二传动级将转矩从行星架传递到中间轴上，并且经由第三传动级将转矩从中间轴传递到齿圈或小齿轮上。优选地，在这种情况下，第一传动级和/或第三传动级可以构建成由附加于齿轮或小齿轮的、转矩应被传递到其上的各至少两个齿轮构成的轮链。离合器可以优选地设置在第二与第三传动级之间，并且将中间轴分成第一和第二中间轴。这可以实现尤其节省结构空间的方案和具有切口的壳体。

当主驱动机仅能以转速恒定的方式运行并且一个或多个辅助驱动器能以转速受调节的方式运行并且尤其是一个或多个辅助驱动器实施为低压马达时，根据本发明的实施方案是尤其有利的。驱动功率的大部分可以由恒定运行的主驱动机施加。这无需变频器，这节省了投资成本。优选地，主驱动机实施为中压马达，即具有大于1kV的电压。转速调节经由辅助驱动器实现，辅助驱动器需要较低的功率并且优选实施为具有小于1kV的电压的低压马达。因此，为此所需的变频器更小且成本更低廉。

为了减少辅助驱动器上的不允许的温度升高并且为了在低转速下也能表现其功率，即其转矩，有利的是，一个或多个辅助驱动器各具有一个如下的外部冷却器，其实施为具有单独的风扇马达的外部风扇并且尤其是具有用于监控单独的风扇马达上的绕组温度的传感器。在现有技术中使用的安置在马达轴上且以马达转速随同转动的风扇为此是不足够的。利用外部冷却器，冷却功率能以不依赖于辅助驱动器的转速的方式来控制。

替选地，一个或多个辅助驱动器可以各具有一个如下的外部冷却器，其实施为水冷却器并且尤其是具有用于监控冷却器回流中的冷却水温度的传感器和/或用于监控冷却水泵的传感器。同样，可以实现独立控制冷却功率。可以使用各种合适的液体冷却剂用作冷却水。

附加的传感器可以实现识别出冷却功率并因此识别出辅助驱动器的负荷。这些数据可以被用于调节整个驱动设备并且也被用于预测性识别出故障情况。

尤其有利的是，离合器实施成使得它通过在不受驱控的状态下，尤其是在电源失效时过渡到闭合状态中并且离合器优选实施为多片式离合器、牙嵌式离合器或粘性离合器。通过离合器的无电流闭合的实施方案确保的是，即使在电源完全失效的情况下也能给出以防超额转速的保护。多片式离合器、牙嵌式离合器或粘性离合器或液力离合器尤其适合传输高功率。

为了可以实现离合器的有针对性地延迟切换，必须确定正确的切换时间点。为此，需要知晓驱动设备的转速。因此有利的是，可以从三个转速(n1、n2、n3)：主驱动机的、输出轴的和辅助驱动器的转速中检测出或测量出至少两个转速。行星传动装置上的第三个所需的转速可以通过转速算式(威利斯算式(Willis-Gleichung))确定。检测或测量尤其是可以借助驱动器和/或转速传感器上的脉冲发生器来实现。

为了预测性地识别出负荷和有可能即将出现的故障，有利的是，一个或多个辅助驱动器具有用于检测绕组温度的传感器和/或用于检测轴承温度的传感器。尤其是在对驱动实施中的温度限制有很高要求的情况下，这种实施方案是优选的。此外，出于相同的原因，主驱动机可以包括用于检测绕组温度的传感器和/或用于检测轴承温度的传感器。

对于方法而言，该目的通过根据权利要求11的实施方案来解决。在相应的从属权利要求中找到进一步改进根据本发明的方法的该方法的其他有利特征。

在根据本发明的驱动设备上实施以下的方法步骤，以便避免在辅助驱动器和行星架上的不期望的超额转速：

A)识别出主驱动机或辅助驱动器的失效或快速关断；

S)并且随后闭合离合器。

通过在识别出故障之后闭合离合器，主驱动机和辅助驱动器经由第二圆柱齿轮级彼此牢固地联接。因此，避免了由于主驱动机的高惯性而使辅助驱动器和行星架被过于强烈地加速。避免了由于过高的转速而造成损坏的危险。

识别出失效或快速关断(其中，也包括即将发生的失效或即将发生的快速关断)尤其是在供电网失效或者安全装置或紧急停止装置被触发时例如可以经由驱动器控制部和/或经由来自电流供应部的信号来实现。同样，可以使用错误或故障通报。

闭合离合器被理解为驱控离合器的切换时间点。在驱控之后，首先出现如下阶段，其中，在离合器上存在滑差，直到随后实现基本上完全的转矩传递为止。

为了进一步改进对转速的限制并且减少离合器的负荷，附加地实施如下的步骤是有利的：

B)反复地获知或测量其中一个辅助驱动器的或行星架的转速、输入轴的转速或主驱动机的转速以及输出轴的或工作机械的转速；

C)根据以下条件计算同步点：主驱动机在离合器闭合之前的转速(n2)等于在离合器闭合之后的转速(n2)；

S1)如果辅助驱动器的转速(n3)远离开同步转速(n_syn)，就立即闭合离合器，

S2)或者否则，一旦辅助驱动器的转速(n3)与同步转速(n_syn)偏离了最大5％，优选最大3％，则以延迟的方式闭合离合器。

由过程引起地，一些步骤可以全部或部分并行地进行。尤其地，步骤B)和C)可以并行地进行。或者，步骤B)也可以在运行期间持续进行。步骤S1)和S2)被视为情况区分并且被认为是步骤S)的细节：如果满足条件：“辅助驱动的转速(n3)远离开同步转速”，那么就执行S1)。如果相反地不满足该条件，则取而代之地执行S2)。

为了可以确定两个驱动轴和输出轴的转速，需要测量其中至少两个转速。然后可以通过所谓的威利斯算式确定第三个转速。测量可以经由合适部位上的转速传感器或经由驱动器上的脉冲发生器进行。在恒定地受驱动的主驱动机中，即使在故障情况下也可以在精度一定程度地降低的情况下近似地假设转速最初是恒定的，于是这对于转速测量也是足够了。

在离合器断开的情况下用于转速平衡的威利斯算式是：

n1–(i_PG*n2)–((1-i_PG)*(n3/i_SG1))＝0 (算式1)

转速和传动比的附图标记可以在附图标记列表中找到。

为了计算同步点，必须满足的条件是，主驱动机在离合器闭合之前和之后的转速(n2)相同。威利斯算式给出在离合器断开时的条件，而下面的算式给出了在离合器闭合时的条件：

n2＝n3/i_SG2 (算式2a)

在同步点处，必须同时满足两个算式。如果是这种情况，可以以最小的滑差闭合离合器。通过传动比i_SG2，依赖于主驱动机的转速地预定了辅助驱动器在同步点处的转速。通过将算式1带入算式2，不仅可以表示为针对n2和n3的条件，而且替选地也可以表示依赖于其他转速的条件。传动比i_SG2的选定以如下方式来选择，使得在同步点处的转速处于驱动设备的调节范围内。

在具有附加传动连接的实施方案中，该附加传动连接从辅助驱动器经由第一传动级至行星架并从该行星架经由第二传动级至中间轴并从该中间轴经由第三传动级至齿圈或输入轴上的小齿轮地作用，代替算式(2a)地，如下的算式适用于在离合器闭合时的条件：

n2＝n3*(i_SG3*i_SG2/i_SG1) (算式2b)

现在，当识别出失效时，将当前的转速与同步点处的转速进行比较。如果辅助驱动器的转速远离开其同步转速，就立即闭合离合器，并且辅助驱动器牢固地联接至主驱动机。相反，如果辅助驱动器的转速朝着同步转速运动，则闭合离合器被延迟。更确切地说，直到辅助驱动器的转速与所属的同步转速偏差不超过5％，优选不超过3％。由此实现的是，能量吸收和因此离合器中的温度增长尽可能小。只有当辅助驱动器的转速已经超过同步转速并且在没有干预的情况下无法达到同步转速时，立即闭合离合器的第一种情况才是需要的。

尤其地有利的是，在出现之前就已经可以识别出主驱动机(2)的即将发生的失效或快速关断。为此，例如可以通过一个或多个温度传感器监控针对一个或多个驱动器的轴承温度和/或绕组温度的温度上限。

此外，为了识别出失效或即将发生的失效，附加地可以使用来自测量到或获知的转速(n1、n2、n3)的当前的加速度值。因此，在转速中出现特殊的梯度时，可以识别出失效并且可以执行根据本发明的用于限制转速的方法。

可能有利的是，在主驱动机失效或发生故障时执行对辅助驱动器进行转速预定或转矩预定作为另外的方法步骤，以便将辅助驱动器带到同步转速附近。由此，可以避免必须在离合器中吸收过多的能量。因此，减小了离合器中的温度增长。

附图说明

根据实施例，参考附图阐述了本发明的其他有利实施例。所提到的特征不仅可以有利地以所示的组合实现，而且可以彼此单独地组合。其中详细示出：

图1示出根据本发明的驱动设备；

图2a示出根据本发明的另一驱动设备，其具有辅助驱动器的正转速；

图2b示出根据本发明的另一驱动设备，其具有辅助驱动器的负转速；

图3a示出根据本发明的另一驱动设备，其具有经由轮链的另一传动连接；

图3b以前视图的截段示出根据本发明的另一驱动设备，其具有经由轮链的另一传动连接；

图4a示出在没有闭合离合器的情况下的示例性的转速曲线；

图4b示出在没有闭合离合器的情况下的另一示例性的转速曲线；

图5示出了立即闭合离合器的情况下的示例性的转速曲线；

图6示出了延迟地闭合离合器的情况下的示例性的转速曲线。

下面详细描述附图。相同的附图标记表示相同或类似的构件或部件。

具体实施方式

图1中示出了根据本发明的驱动设备，其经由输出轴15接驳至工作机械1。并且在这种设备上，可以有利地使用根据本发明的用于限制转速的方法。叠加传动装置17具有壳体9并且包括具有传动比i_PG的行星传动装置18。输入轴14将主驱动机2与行星传动装置的齿圈4连接，并且输出轴15将太阳轮7与工作机械1连接。叠加传动装置的第三轴由辅助驱动轴16.1和16.2形成。这些辅助驱动轴经由第一传动级6.1、6.2将辅助驱动器3.1和3.2与行星架10连接。行星架10一方面经由行星销承载行星轮5，并且在其他侧上，行星架构造为齿轮，该齿轮与辅助驱动轴16.1和16.2上的相应的齿轮形成第一传动级6。齿轮也可以是补入到行星架上的，它不必一件式地由行星架形成。在该附图中示出了用于传动级的优选的变型方案，即，其呈圆柱齿轮级的形式。此外，该实施方案设计有两个辅助驱动器3.1和3.2；然而，本发明也能够以仅一个辅助驱动器或以多个辅助驱动器，例如三个辅助驱动器来实现。重要的是，辅助驱动器经由具有相同传动比的传动级6.1、6.2与行星架10联接。

辅助驱动器3.1、3.2实施为具有较小功率的能调节的马达，而主驱动机2实施为具有较高功率但转速恒定的马达。优选地，辅助驱动器可以实施为低压马达，因为它们通常仅具有总驱动功率的大约10％至30％。因此，所需的变频器和其他用于调节的部件更小且更廉价。主驱动机2在许多应用中实施为中压马达，以便整体上提供所需的功率，并且可以无需调节地实施。这种驱动设备在数兆瓦的高功率的情况中是尤其受关注的，例如其在石油和天然气工业或火力发电厂中的高速运行的泵、压气机或通风机中使用。借助辅助驱动器3.1、3.2的转速和转动方向，输出轴15的转速可以增加或减少一定的份额。该范围在辅助驱动器3.1、3.2于正转动方向上的最大转速和负转动方向上的最大转速情况下的边界预定了可能的调节范围。第一传动级6.1、6.2的传动比i_SG1必须匹配于在辅助驱动器与主驱动器之间的额定转速比和转矩比。

经由在这里又作为圆柱齿轮级的、由辅助驱动轴16.1上的另外的齿轮和齿圈4上的外齿部形成的第二传动级8，辅助驱动器3.1、3.2可以在绕过行星传动装置18的情况下直接与输入轴14和主驱动机2联接。该功率路径代表除了在辅助驱动器3.1、3.2与行星架10之间存在的连接之外起作用的附加传动连接。该附加传动连接可以经由能切换的离合器11.1与致动器23断开或闭合。第二传动级的传动比i_SG2必须设计成使得转速在同步点中处于调节范围内。即使在离合器断开时，也经由第一传动级6.1、6.2使辅助驱动器3.1、3.2与行星架10之间的连接保持被启用。

现在，如果其中一个驱动器2、3.1、3.2由于故障而失效或尤其是导入主驱动器2的快速关断，那么工作机械的转速n1快速下降，这是因为工作机械的惯性在这些应用中远远小于驱动马达2、3.1、3.2的惯性。由于辅助驱动器3.1、3.2的惯性也远小于主驱动机2的惯性，所以在故障的情况下由于工作机械1快速地停转和主驱动机2缓慢地停转使行星架10和辅助驱动器3.1、3.2加速。如果在此达到不允许的高转速，则可能损坏辅助驱动器3.1、3.2并且尤其是损坏行星轮5及其销。行星传动装置18在这种尤其的故障下的可靠的设计方案或者附加设置的制动器将使驱动设备不必要地大且昂贵。

通过在识别出相应的故障之后闭合离合器11.1，能够在根据本发明的系统中防止这种超额转速。用于识别出故障的信息可以例如来自控制系统或能量供应系统。附加地，可以存在用于监控驱动马达处的轴承的温度传感器25、27、29或用于监控驱动马达处的绕组温度的温度传感器24、26、28，所述温度传感器的信号用于识别出故障或隐现的故障。在辅助驱动器上设置有外部冷却器，其在这里实施为外部风扇12、13，其具有各自的风扇马达且具有用于绕组温度的监控传感器32、33。具有外部冷却器的实施方案具有以下优点：即使在辅助驱动器的低转速的情况下也能实现较高的冷却功率，可以不依赖于辅助驱动器的转速地来调节该冷却功率。如果在低的转速下需要较高的转矩，那么这是必需的，这样的情况不仅在正常运行中可能发生，而且在闭合离合器11.1之后也可能在本文所述的用于限制转速的方法中发生。

优选地，离合器11.1和其驱控部实施成使得在驱控部失效的情况下闭合离合器。由此，确保了即使在完全断电和控制部失效的情况下仍经由闭合的离合器实现限制转速。

此外，转速传感器22.1、22.2、30可以设置在驱动器上。它们可以通过马达的脉冲发生器形成。替选或补充地，转速传感器20存在于第一传动级6.1、6.2的齿轮上，转速传感器21存在于行星架10的齿轮上，并且转速传感器31存在于输出轴15上。因此，给出了如下变型方案，利用该变型方案可以测量所有转速n1、n2、n3和行星架的转速。然而，测量这些转速中的两个就足够了，因为其余的转速可以随后经由行星传动装置18的转速算式且经由传动比来确定。因此，不是所有示出的转速传感器都是同时必需的。

在故障情况下确定转速并且尤其是获知它们的曲线提供了以下优点：由此可以确定针对离合器11.1而言的最佳的切换时间点。通过在识别出故障情况之后的延迟闭合和优化的切换时间点，在系统关机时可以明显减小离合器11.1中的负荷和温度升高。

图2a和2b示出了根据本发明的设备的另一个实施方案。与图1的实施方案的主要区别在于，第二传动级8不借助齿圈4上的外齿部形成，取而代之地，小齿轮4.1安置在输入轴14上，小齿轮其与辅助驱动轴16.1上的第二齿轮啮合。能切换的离合器11.1也在该第二齿轮与辅助驱动轴16.1之间示出。但是替选地，离合器也可以设置在小齿轮4.1与输入轴14之间。

同样在该实施方案中，可以有利地使用图1中提到的传感器。

通过轴上的箭头显示出转动方向(+/-)。在两种情况下都假设为离合器11.1是断开的。输出轴15的转动方向总是与输入轴14的转动方向相反。图2a描述了在反转点之上的运行，即，辅助驱动器在此情况下相对于当行星架10和辅助驱动器静止时(＝反转点)在主驱动机2的额定转速的情况下所设定的转速提高了输出轴15的转速。并且图2b示出了工作机械1的转速在反转点之下的情况，即，辅助驱动器通过叠加使转速降低。

在图3a中，示出了根据本发明的驱动设备的另一优选实施方案。为简单起见，仅示出了一个辅助驱动器3.2，但是优选地类似地存在两个或甚至三个辅助驱动器。此外，辅助驱动器3.2示意性地在主驱动机2下方示出，然而在两个辅助驱动器的情况下，辅助驱动器也可以优选地位于与主驱动机2相同的平面上。经由第一传动级将转矩从辅助驱动器3.2传递到行星架10，第一传动级构造为轮链6.2a、6.2b。附加传动连接同样利用该第一传动级并经由第二传动级8.1将转矩继续传递到中间轴16.3的第一部分上。经由能切换的离合器11.2，第一中间轴16.3与第二中间轴16.4连接。并且经由第三传动级将转矩从中间轴16.4传递到输入轴14上的小齿轮4.1上，第三传动级在这里构造为轮链19.1，19.2，19.3。因此，在离合器11.2闭合的情况下，辅助驱动器3.2通过附加传动连接经由第一、第二和第三传动级与输入轴14连接。在离合器11.2断开的情况下，辅助驱动器经由第一传动级仅作用到行星架上。离合器11.2经由促动器23来操纵。算式(2b)适用于计算同步点。

代替一个或两个示出的轮链地，也可以分别使用具有较大齿轮的圆柱齿轮级。或者可以使用所提及的其他变型方案中的任一个来传递转矩。

易于看到的优点是，该实施方案在具有辅助驱动轴16.2的辅助驱动器3.2的区域中可以是非常紧凑并且在宽度方面是节省空间的。这例如可以实现与迄今为止的驱动系统相比结构空间均衡地应用根据本发明的驱动器设施。

图3b以从视线方向A的前视图示出了图3a的实施方式的截面，其中，仅示出了齿轮。轴和驱动器未示出。示出的是具有两个辅助驱动器的方案。经由表现为第一传动级的轮链6.1a、6.1b和6.2a、6.2b，将转矩从各自的辅助驱动轴传递到行星架10。第二传动级8.1与行星架10啮合并且将转矩传递到中间轴。在离合器闭合的情况下，经由第三传动级将转矩从中间轴传递到输入轴上的小齿轮4.1上，第三传动级也构造为轮链19.1、19.2、19.3。在该附图中可以看出，传动装置壳体能够以良好地水平划分的方式实施，这是因为必须穿过壳体的所有轴都可以处于一个高度。辅助驱动轴、输入轴和输出轴的轴承座因此通过切口相应地在一个高度上被划分出。

图4a和4b中的转速曲线示意性示出的是，针对根据本发明的驱动设备，当主驱动机2失效(时间点50秒)而离合器11.1、11.2没有闭合时将发生什么。数值仅示例性地用于在假设驱动设备的特定设计下进行说明。显而易见地，它们可以视驱动器2、3.1、3.2、工作机械1和传动装置17、18中的传动比如何设计而变化。

图4a示出了在故障情况发生之前辅助驱动器以正转动方向运行且工作机械1已经以最大转速运行的情况。由于工作机械出于其惯性较小的原因而转速n1快速下降并且主驱动机2出于其惯性较大的原因而转速n2较少下降，辅助驱动器3.1、3.2首先向负转动方向反向加速，并且随后向着高转速继续加速。在此存在的危险是，辅助传动装置3.1、3.2或行星架10由于不允许的超额转速而受损。

图4b表示相反的情况，其中，辅助驱动器3.1、3.2以负转速运行。在此，工作机械1以经降低的转速n1运转。在故障情况下(还是时间点50秒)，辅助驱动器于是会加速到更高的负转速。再次存在由于超额转速产生损坏的危险。

在根据本发明的设备中，现在可以借助能切换的离合器11.1、11.2以合适的方法防止在辅助驱动器3.1、3.2或行星架10上出现不允许的超额转速。图5示例性示出了在识别到故障情况(时间点50秒)之后立即闭合离合器11的情况下的转速曲线。直至拐点的大约2秒的延迟是由于在离合器11.1、11.2中首先出现的滑差引起的，辅助驱动器3.1、3.2直至该拐点地反向加速。拐点之后可以看出的是，现在由传动级8、8.1、19.1、19.2、19.3耦合出的转速n2和n3如何以相同方式减小到零。在立即闭合离合器11.1、11.2的情况下，必须吸收离合器11.1、11.2中的全部能量，这导致相应的温度上升。

为了支持辅助驱动器的反向加速，可以在识别出故障情况之后利用转矩预定或转速预定来驱控辅助驱动器。但这只有在仅主驱动机器失效或快速关断时才实现。

图6示出了在故障情况下用于限制转速的进一步优化的方法的转速曲线，其中，以首先延迟地并随后同步的方式闭合离合器11.1、11.2。由此，限制了在离合器11.1、11.2中所需的能量吸收和温度升高。为此，以算式2和算式1计算同步转速。此外，测量或确定转速n1、n2和n3。当测量其中两个转速时，可以通过转速平衡(威利斯算式)确定第三个转速。现在可以将转速曲线与同步点处的转速进行比较。

如果辅助驱动器的转速n3朝同步转速运动，则离合器11.1、11.2的闭合如下地被延迟，即，直到转速n3接近同步转速。例如，直至转速与同步转速偏差至多5％，优选至多3％。由于进行闭合时的较小的转速差，因此可以限制在此出现的温度升高。在所示的示例中，闭合被如下地延迟，即，于时间点55秒处才在离合器11中发生完全的转矩传递。

然而，如果在识别出故障情况时辅助驱动器的转速n3背离同步转速地运动，则离合器11.1、11.2就立即闭合，以避免差继续增大。

显而易见地，用于闭合离合器11.1、11.2的转速条件也可以针对其他转速制定。为了换算而使用算式1。

附图标记列表

1 工作机械

2 主驱动器

3.1、3.2 辅助驱动器

4 齿圈

4.1 小齿轮

5 行星轮

6.1、6.1a、6.1b、

6.2、6.2a、6.2b 第一传动级

7 太阳轮

8、8.1 第二传动级

9 壳体

10 行星架

11.1、11.2 能切换的离合器

12、13 外部冷却器

14 输入轴

15 输出轴

16.1、16.2 辅助驱动轴

16.3、16.4 中间轴

17 叠加传动装置

18 行星传动装置

19.1、19.2、19.3 第三传动级

20、21、22.1、22.2、30、31 转速传感器

23 用于离合器的促动器

24、26、28、32、33 绕组温度传感器

25、27、29 轴承温度传感器

n1 输出轴(＝太阳轮)的转速

n2 主驱动器(＝齿圈)的转速

n3 辅助驱动器的转速

i_PG 行星传动装置的传动比(＝n1/n2)

i_SG1 第一传动级(6.x)的传动比(＝n3/n-行

星架)

i_SG2 第二传动级(8.x)的传动比

(＝n2/n3或＝n-中间轴/n-行星架)

i_SG3 第三传动级(19.x)的传动比(＝n-中

间轴/n2)

Claims (23)

1.一种驱动设备，其包括：叠加传动装置(17)；主驱动机(2)，所述主驱动机与所述叠加传动装置的输入轴(14)连接；一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)；以及所述叠加传动装置的输出轴(15)，所述输出轴能够与工作机械(1)连接，其中，所述叠加传动装置(17)包括具有齿圈(4)、太阳轮(7)、行星架(10)和多个行星轮(5)的行星传动装置(18)，并且其中，所述输入轴(14)与所述齿圈(4)连接，所述输出轴(15)与所述太阳轮(7)连接，并且一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)经由具有恒定的传动比的第一传动级(6.1、6.1a、6.1b、6.2、6.2a、6.2b)与所述行星架(10)连接，

其特征在于，

在所述辅助驱动器(3.1、3.2)与所述输入轴上的齿圈(4)或小齿轮(4.1)之间存在具有恒定的传动比的附加传动连接，其中，在所述附加传动连接中存在能切换的离合器(11.1、11.2)，所述离合器能够启用或中断所述附加传动连接，其方式是：在通过所述离合器(11.1、11.2)进行中断时，经由所述第一传动级(6.1、6.1a、6.1b、6.2、6.2a、6.2b)使辅助驱动器(3.1、3.2)与行星架(10)之间的连接保持启用。

2.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，

所述主驱动机(2)仅能以转速恒定的方式运行并且一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)能以转速受调节的方式运行。

3.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)各具有外部冷却器，所述外部冷却器实施为具有单独的风扇马达的外部风扇(12、13)。

4.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)各具有外部冷却器，所述外部冷却器实施为水冷却器。

5.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

所述附加传动连接从辅助驱动轴(16.1、16.2)经由第二传动级(8)直接作用到所述齿圈(4)或所述小齿轮(4.1)上。

6.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

所述附加传动连接从辅助驱动轴(16.1、16.2)经由第一传动级(6.1、6.1a、6.1b、6.2、6.2a、6.2b)至所述行星架(10)，经由第二传动级至中间轴(16.3)，及经由第三传动级(19.1、19.2、19.3)至所述齿圈(4)或所述小齿轮(4.1)地作用。

7.根据权利要求6所述的设备，

其特征在于，

离合器(11.2)布置在所述第二传动级(8)与所述第三传动级(19.1、19.2、19.3)之间。

8.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

所述离合器(11.1、11.2)实施成使得其在不受驱控的状态下过渡到闭合状态中。

9.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

所述设备如下地实施，即，能够从三个转速(n1、n2、n3)，也就是主驱动机(2)、输出轴(15)和辅助驱动器(3.1、3.2)的转速中检测到或测量出至少两个转速。

10.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)和/或所述主驱动机(2)具有用于检测绕组温度的传感器和/或用于检测轴承温度的传感器。

11.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，

所述主驱动机(2)仅能以转速恒定的方式运行并且一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)能以转速受调节的方式运行并且一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)实施为低压马达。

12.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)各具有外部冷却器，所述外部冷却器实施为具有单独的风扇马达的外部风扇(12、13)并且具有用于监控单独的风扇马达上的绕组温度的至少一个传感器。

13.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

一个或多个辅助驱动器(3.1、3.2)各具有外部冷却器，所述外部冷却器实施为水冷却器并且具有用于监控冷却器回流中的冷却水温度的传感器和/或用于监控冷却水泵的传感器。

14.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

所述离合器(11.1、11.2)实施成使得其在电源失效时过渡到闭合状态中。

15.根据权利要求8所述的设备，

其特征在于，

所述离合器(11.1、11.2)实施为多片式离合器或牙嵌式离合器或粘性离合器或液力离合器。

16.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

所述设备如下地实施，即，借助驱动器上的脉冲发生器(22.1、22.2、30)和/或转速传感器能够从三个转速(n1、n2、n3)，也就是主驱动机(2)、输出轴(15)和辅助驱动器(3.1、3.2)的转速中检测到或测量出至少两个转速。

17.根据权利要求1或2所述的设备，

其特征在于，

所述附加传动连接从辅助驱动轴(16.1、16.2)经由第一传动级(6.1、6.1a、6.1b、6.2、6.2a、6.2b)至所述行星架(10)，经由第二传动级至中间轴(16.3)，及经由第三传动级(19.1、19.2、19.3)至所述齿圈(4)或所述小齿轮(4.1)地作用，其中，所述第一传动级(6.1a、6.1b、6.2a、6.2b)和/或所述第三传动级(19.1、19.2、19.3)构建成各由至少两个齿轮构成的轮链。

18.一种用于在主驱动机(2)或辅助驱动器(3.1、3.2)失效或快速关断时在根据前述权利要求中任一项所述的驱动设施上限制转速的方法，其中，实施如下方法步骤：

A)识别出主驱动机(2)或辅助驱动器(3.1、3.2)的失效或快速关断；

S)并且随后闭合离合器(11)。

19.根据权利要求18所述的方法，

其特征在于，

附加地实施如下步骤：

B)反复地获知或测量其中一个辅助驱动器(3.1、3.2)的转速或行星架(10)的转速、输入轴(14)的转速或所述主驱动机(2)的转速以及输出轴(15)的转速或工作机械(1)的转速；

C)根据以下条件计算同步点：所述主驱动机在闭合所述离合器(11)之前的转速(n2)等于在闭合所述离合器(11)之后的转速(n2)；

S1)只有所述辅助驱动器的转速(n3)远离开同步转速(n_syn)，才立即闭合所述离合器(11)，

S2)否则，当所述辅助驱动器的转速(n3)与同步转速(n_syn)偏差了最大5％时，以延迟的方式闭合所述离合器(11)。

20.根据权利要求18或19所述的方法，

其特征在于，

在出现之前就已经识别出所述主驱动机(2)的即将发生的失效或快速关断，其方式是：通过一个或多个温度传感器监控针对驱动器的轴承温度和/或绕组温度的温度上限。

21.根据权利要求18至19中任一项所述的方法，

其特征在于，

为了识别出失效或即将发生的失效，附加地使用来自测量到或获知的转速(n1、n2、n3)的当前的加速度值。

22.根据权利要求18至19中任一项所述的方法，

其特征在于，

在所述主驱动机(2)失效或发生故障时对所述辅助驱动器(3.1、3.2)进行转速规定或转矩规定作为另外的方法步骤，以便将所述辅助驱动器带到同步转速附近。

23.根据权利要求18所述的方法，

其特征在于，

附加地实施如下步骤：

B)反复地获知或测量其中一个辅助驱动器(3.1、3.2)的转速或行星架(10)的转速、输入轴(14)的转速或所述主驱动机(2)的转速以及输出轴(15)的转速或工作机械(1)的转速；

C)根据以下条件计算同步点：所述主驱动机在闭合所述离合器(11)之前的转速(n2)等于在闭合所述离合器(11)之后的转速(n2)；

S1)只有所述辅助驱动器的转速(n3)远离开同步转速(n_syn)，才立即闭合所述离合器(11)，

S2)否则，当所述辅助驱动器的转速(n3)与同步转速(n_syn)偏差了最大3％时，以延迟的方式闭合所述离合器(11)。

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