CN109477557B - 具有叠加式传动装置的驱动设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱动设备，其包括具有行星齿轮传动装置(6)和壳体(8)的叠加式传动装置(18)、与叠加式传动装置的输入轴(4)连接的主驱动机(1)、经由各一个传动连接(9.1、10.1、9.2、10.2)与行星齿轮传动装置(6)连接的两个辅助驱动装置(3.1、3.2)、叠加式传动装置的能够与作业机械(2)连接的输出轴(11)，其中，行星齿轮传动装置(6)具有齿圈(6.1)、太阳轮(6.2)、行星架(7)和多个行星齿轮(6.3)，其中，在辅助驱动装置(3.1、3.2)与输入轴(4)之间或辅助驱动装置(3.1、3.2)与行星齿轮传动装置的从动轴(5)之间，每个辅助驱动装置存在具有恒定传动比的附加传动连接，该附加传动连接被实施成使得其能够经由各一个存在的切换离合器(16.1、16.2)来断开或连接，其中，辅助驱动装置(3.1、3.2)与叠加式传动装置的传动连接(9.1、10.1、9.2、10.2)在各种情况下都保持连接。

Description

具有叠加式传动装置的驱动设备

技术领域

本发明涉及一种驱动设备，包括具有行星齿轮传动装置和壳体的叠加式传动装置、与叠加式传动装置的输入轴连接的主驱动机、经由各一个传动连接与行星齿轮传动装置连接的两个辅助驱动装置、叠加式传动装置的能够与作业机械连接的输出轴，其中，行星齿轮传动装置具有齿圈、太阳轮、行星架和多个行星齿轮。

背景技术

就叠加式传动装置而言，通常行星齿轮传动装置的至少两个轴通过相互独立的驱动装置来驱动，从而使另一个轴(输出轴)的转速被相加或减去。如果能调控其中一个驱动装置，则可以实现输出轴的无级转速调控。在这种情况下，驱动两个轴，其中一个轴由主驱动机驱动，而一个轴由两个转速可调控的辅助驱动装置来驱动。输出轴的第三轴联接作业机械。

由现有技术已知具有叠加式传动装置的驱动设备，其中，主驱动机经由输入轴驱动行星齿轮传动装置的齿圈并经由经由行星架的传动级驱动可调控的辅助驱动装置，而作业机械经由输出轴与太阳轮连接。通过这样的驱动设备，可以在极宽的转速范围内无极调节输出轴的转速并且主驱动机恒定运行的情况下无极调节。

此外，辅助驱动装置在起动期间会相应地影响主驱动机的转速，由此可能空载地拖曳主驱动机。仅当主驱动机接近额定转速并因此能够施加高转矩时，才缓慢地加速负载，其方式为，通过辅助驱动装置减少转速补偿。

具有两个辅助驱动装置的具体实施方案例如在文献DE102015107934A1中示出，这两个辅助驱动装置分别一个单独的与行星齿轮传动装置的传动连接。为了防止损伤，在辅助驱动装置和主驱动机上存在各类离合器和制动器。

这样的驱动设备特别是用于驱动高功率的泵、压实机(Verdichter)或压缩机(Kompressor)，例如用于石油工业和天然气工业或火力发电厂。

然而，这类驱动设备的缺点在于，它们在发生故障时极欠灵活性，并且当主驱动机在运行期间发生失灵或者必须与电网断开时，行星架没有受到保护以防超速。在这种情况下，驱动机的高惯性通常远超受驱动的作业机械的惯性，这就导致行星架和辅助驱动装置急剧加速。在此情形下，机械和电气部件(例如行星架)可能发生无法承受的高转速并且损坏这些部件。现有技术中的离合器仅能通过使辅助驱动装置脱联来进行保护以防超速。

发明内容

现在，本发明的任务是寻求一种改进的解决方案，以便所述驱动设备尤其能够在发生故障时更可靠且成本更低地实施。特别地，为在现有设施中加以改装，应当实现效率改进的转速调控，其以最佳的方式匹配于预定的条件。

该任务通过一种驱动设备解决，包括具有行星齿轮传动装置和壳体的叠加式传动装置、与所述叠加式传动装置的输入轴连接的主驱动机、分别经由传动连接与所述行星齿轮传动装置连接的两个辅助驱动装置、叠加式传动装置的能够与作业机械连接的的输出轴，其中，所述行星齿轮传动装置具有齿圈、太阳轮、行星架和多个行星齿轮，在所述辅助驱动装置与所述输入轴之间或者所述辅助驱动装置与所述行星齿轮传动装置的从动轴之间，每个辅助驱动装置存在具有恒定传动比的附加传动连接，所述附加传动连接被实施成使得所述附加传动连接能够分别经由存在的切换离合器来断开或连接，其中，所述辅助驱动装置到所述叠加式传动装置的传动连接在各种情况下都保持连接。在此情形下，根据本发明的驱动设备被实施成使得在辅助驱动装置与输入轴之间或者在辅助驱动装置与行星齿轮传动装置的从动轴之间，每个辅助驱动装置存在具有恒定传动比的附加传动连接，该附加传动连接被实施成使得其能够经由各一个存在的切换离合器分离或连接。在此重要的是，辅助驱动装置与行星齿轮传动装置之间的传动连接与离合器的切换无关地保持连接。在此情形下，两个附加传动连接可以作用于输入轴上或从动轴上的一个共同的正齿轮。

由于附加传动连接，可以主驱动机失灵时，经由辅助驱动装置实现应急运行，或者在低转速时，能够单独借由辅助驱动装置来启动并操作所述设备。特别有利的是，在主驱动机发生故障时，通过由重新加速辅助驱动装置而消耗大部分能量的方式，能够在控制下关闭所述驱动设备。为此，可以有针对性地延迟地切换离合器，以便尽可能少地对离合器的进行负载。这样就能有效地防止辅助驱动装置或行星架的严重超速。

由于两个附加传动连接均设置有切换离合器，所以各个部件且特别是切换离合器能设计得明显更小，从而成本更低且更为节省结构空间。

在正常运行中，切换离合器是断开的，并且附加传动连接未啮合。

优选地，相应的附加传动连接经由辅助驱动轴上的辅助驱动齿轮并且经由具有两个中间齿轮的中间轴或借由阶梯式中间齿轮并且经由各一个正齿轮与输入轴上的一个共同的正齿轮连接。其中，切换离合器被分别布置在中间轴上，并且切换离合器可以分别与正齿轮脱联或接合。

替选地，相应的附加传动连接可以经由辅助驱动轴上的各一个辅齿轮和各一个正齿轮作用于输入轴上的一个共同的正齿轮。其中，切换离合器被分别布置在辅助驱动轴上，并且切换离合器可以分别与辅齿轮脱联或接合。

这样就能给予很大的灵活性，以便使驱动设备能够最佳地匹配于给定的边界条件。

在另一种根据本发明的实施方案中，切换离合器被优选地布置在自由轴端处。这样提供的优点是，通过轴中的轴向钻孔能够非常简单地实现针对切换离合器的供油。

针对优选实施方案，行星齿轮传动装置的从动轴同时也是叠加式传动装置的输出轴。特别有利的是，输入轴与输出轴应同轴布置。

另一方面还有利的是，行星齿轮传动装置的从动轴与叠加式传动装置的输出轴之间布置有正齿轮级，使得输入轴与输出轴之间形成轴向偏移。特别是针对现有设施中要置换驱动设备的改装应用，这为设备与预定的边界条件的匹配提供进一步的灵活性。

此外，由于轴向偏移，辅助驱动装置中的一个可以布置得较低，从而第一和第二辅助驱动装置能沿z方向布置在不同的高度上。虽然设置了附加的传动级，但经证实的是，只需使用小得多的结构空间，并能为对现有的几何边界条件的匹配提供更大的灵活性。

附加地，在辅助驱动装置中的一个被布置得更低时，还有利于所述设备的重心位置。此外，根据本发明的设备在输入轴和输出轴的位置方面也提供了更大的灵活性，这是因为此时还能以轴向偏移替代传动调控离合器，而无需在外围进行繁复的改造。

特别优选的是，主驱动机只能以恒定转速运行，而辅助驱动装置则以转速能调控的方式运行。特别是在驱动功率很大时，这样就能以更具成本效益的方式进行转化。可以由恒定运行的主驱动机来施加大部分驱动功率。这就不再需要任何变频器，从而节省投入成本。优选地，主驱动机被实施为中压电机，即具有1kV以上的电压。经由辅助驱动装置进行转速调控，该辅助驱动装置需要较少的功率并且被优选地实施为具有1kV以下电压的低压电机。这样，为此所需的变频器更小且更具成本效益。

此外还有利的是，输入轴借由齿圈，输出轴借由太阳轮，并且辅助驱动装置经由各一个传动连接以恒定的传动比与行星架连接。这样实施的设备特别良好地适用于例如在快速运转的压缩机或大型通风机中所需的从动端高转速。

特别有利的是，两个辅助驱动装置分别经由辅助驱动齿轮并且分别经由具有阶梯式中间齿轮的中间轴耦接到行星齿轮传动装置。这能实现能够满足极为不同的几何边界条件的特别灵活的结构空间设计。这是现有设施中的重要标准。

优选地，两个辅助驱动装置位于主驱动机的侧面。其优点在于，在工作机械区域内的从动侧上完全不需要更多用于驱动设备的空间。

替选地，例如在主驱动机的侧面没有合适的结构空间可用时，两个辅助驱动装置可以被布置在输出轴的侧面上，即工作机械上。

在两个辅助驱动装置被实施成使得它们在z方向的俯视图中主要或完全位于壳体轮廓线以内时，则能够在驱动设备的长度方面进一步节省结构空间。而这种背负式(Huckepack)实施方案可以在非常狭窄的设施中进行改型，这是因为这种变型方案特别紧凑。

为了简化组装和维护，有利的是，壳体被实施成能通过结合部分开并且具有壳体盖和壳体下部。此外，两个辅助驱动装置可以被直接布置在壳体盖处，其中，叠加式传动装置和结合部被实施成使得壳体盖能够与两个辅助驱动装置拆卸，而壳体下部则能与主驱动机、行星齿轮传动装置和从动轴保持安装。这样进一步简化组装和拆卸。

附图说明

本发明的其他有利实施方案将结合实施例参照附图进行阐述。所列出的特征不仅能有利地以所示的组合实现，而且还能彼此独立地组合。其中详细地：

图1示出根据本发明的驱动设备；

图2示出另一种根据本发明的驱动设备；

图3示出又一种根据本发明的驱动设备；

图4示出又一种根据本发明的驱动设备；

图5示出根据本发明的驱动设备，其具有高度上偏移的辅助驱动装置(正视图)。

下面将详细描述这些附图。相同的附图标记表示相同或相似的构件或部件。

具体实施方式

图1以俯视图示出根据本发明的驱动设备，该驱动设备经由输出轴11接驳到作业机械2上。作业机械2例如可以是泵、压缩机、通风机或鼓风机。该作业机器也可以是传送带驱动装置或碾磨机或者类似机械。特别是具有高功率的作业机械2，其中具有高效率的驱动装置尤为重要。基于驱动装置的尺寸，所需的结构空间不能过大也至关重要。

驱动设备中存在的叠加式传动装置18具有壳体8并包括行星齿轮传动装置6。行星齿轮传动装置的从动轴5在此同时是叠加式传动装置的输出轴11。输入轴4将主驱动机1与行星齿轮传动装置的齿圈6.1连接，并且从动轴5联接在太阳轮6.2上。经由行星架7与多个行星齿轮6.3，实现齿圈6.1与太阳轮6.2之间的传动连接。两个辅助驱动装置3.1、3.2附加地作用到行星架7上。

辅助驱动装置分别经由单独的传动连接接驳到行星齿轮传动装置6上的优点在于，与两个辅助驱动装置3.1、3.2经由一个共同的传动级接驳时相比，必要的传动级和部件的可以尺寸更小弟构建。在该实施方案中，经由位于辅助驱动轴13.1、13.2上的各一个辅助驱动齿轮9.1、9.2并且经由各一个中间轴10.1、10.2进行传动连接，该中间轴分别具有两个中间齿轮，其中一个啮合至行星架7的外齿部中，该行星架被构造为大齿轮或者与大齿轮连接。中间轴的特别优选的替代方案是经由阶梯式中间齿轮10.1、10.2进行传动连接。在此所述的传动连接设计的优点在于，能够实现极富变化的传动比，而且许多部件、特别是壳体件仍然能够保持相同。

此外，在辅助驱动装置3.1、3.2与输入轴4或从动轴5之间存在可切换的附加传动连接，其例如用于，在主驱动机1停机期间，借助辅助驱动装置3.1、3.2启动驱动设备，或者使驱动设备在低转速运行，或者在主驱动机1失灵时能够实现在控制下的应急运行或在控制下的关机。

在根据本发明的全部实施方案中，无论切换离合器是接合还是脱联，辅助驱动装置与行星架之间都保持存在传动连接。

与输入轴上的正齿轮17a啮合的各一个正齿轮15.1、15.2位于延长的中间轴10.1、10.2上，经由这些中间轴连接相应的切换离合器16.1、16.2。为使这些附加传动连接在辅助驱动装置3.1、3.2与输入轴4之间切换，操纵切换离合器16.1、16.2。在正常运行中，切换离合器16.1、16.2脱联。在应急运行中，在控制下紧急停止时或在低转速运行时，或者为了起动，可以闭合切换离合器，以便使附加传动连接形成啮合。视需要，能够接合仅一个辅助驱动装置。

由于针对每个辅助驱动齿轮3.1、3.2单独存在这种附加传动连接，所以切换离合器及其他部件又能够被设计得尺寸更小，从而成本更低且节省结构空间。

在所示的实施方案中，切换离合器16.1、16.2被布置在延长的中间轴10.1、10.2上的自由轴端处。这样提供的优点是，经由中间轴10.1、10.2中的轴向钻孔能够实现非常简单地为切换离合器供油。

在图2所示的变型方案中，切换离合器16.1、16.2直接位于相应的辅助驱动轴13.1、13.2上。联接在切换离合器16.1、16.2上的辅齿轮14.1、14.2分别啮合至中间齿轮15.1、15.2，这些中间齿轮作用于输入轴4上的共同的正齿轮17a。该实施方案的优点尤其在于，不再需要延长的中间轴，而能通过简单的正齿轮级直接作用于输入轴4。

图3示出一种根据本发明的实施方案，其中存在辅助驱动装置3.1、3.2与行星齿轮传动装置的从动轴5之间的可切换的附加传动连接。如在第一个实施例中那样，切换离合器16.1、16.2位于延长的中间轴10.1、10.2上，但这次是位于轴指向从动侧的自由轴端上。正齿轮15.1、15.2与切换离合器连接。经由各一个另外的正齿轮15.3、15.4，传动连接作用于从动轴上的一个共同的正齿轮17b。

图4中又示出一种在辅助驱动装置3.1、3.2与行星齿轮传动装置的从动轴5之间具有附加传动连接的变型方案。

切换离合器16.1、16.2分别位于延长的辅助驱动轴13.1、13.2上并且拥有各一个辅齿轮14.1、14.2，这些辅齿轮啮合到从动轴5上的共同的正齿轮17b。在轴的自由轴端上还有切换离合器16.1、16.2，这样就能实现简单的润滑油供应。

该实施方案特别适用于工作机械2在不太高的转速下运行的应用。

在图5的正视图中可以清楚地看出该实施方案的紧凑性。壳体8通过结合部8.3分成壳体盖8.1和壳体下部8.2。两个辅助驱动装置3.1、3.2皆被安装在壳体盖8.1处。这样就在组装和构型方面提供了优点，这是因为其中支承有部件的壳体盖8.1可以总是以相同的方式实施，而与所期望的轴向偏移无关。

在该优选实施方案中，第二辅助驱动装置3.2在z方向上定位得低于第一辅助驱动装置3.1。第一辅助驱动装置存在于如下侧上，即，输出轴11的轴向偏移向着该侧设置。由于轴向偏移，形成足够的空间来有利地降低第二辅助驱动装置3.2。在另一种可选方案中，第二辅助驱动装置3.2也可以被布置在壳体下部8.2处。

可以清楚地看出在辅助驱动装置3.1、3.2之间经由齿轮9.1、10.1和9.2、10.2的单独的传动连接以及构造为大齿轮或与大齿轮连接的行星架7。图中未示出行星齿轮传动装置6的其他部件和正齿轮12以及输出轴11。

虽未明确示出，但仍可针对所有实施方式设置正齿轮级，该正齿轮级由两个正齿轮形成并且将行星齿轮传动装置的从动轴5与驱动设备的输出轴11连接。由于正齿轮级，输入轴4与输出轴11之间的轴向偏移可以十分灵活地根据需要来实施。不仅可以在x方向上存在轴向偏移，而且在z方向上的边界中也可以存在轴向偏移。这样，例如在现有设施中加以改装的情况，驱动设备能良好地匹配于现有条件。

附图标记列表

1 主驱动机

2 作业机械

3.1、3.2 第一辅助驱动装置和第二辅助驱动装置

4 输入轴

5 从动轴

6 行星齿轮传动装置

6.1 齿圈

6.2 太阳轮

6.3 行星齿轮

7 行星架

8 壳体

8.1 壳体盖

8.2 壳体下部

8.3 结合部

9.1、9.2 第一辅助驱动齿轮和第二辅助驱动齿轮

10.1、10.2 具有中间齿轮的第一中间轴和第二中间轴(或者第一和第二阶梯式中间齿轮)

11 输出轴

12 正齿轮级

13.1、13.2 第一和第二辅助驱动轴

14.1、14.2 第一和第二辅齿轮

15.1、15.2 第一和第二正齿轮

15.3、15.4 另外的正齿轮

16.1、16.2 第一和第二切换离合器

17a 输入轴上的正齿轮

17b 从动轴上的正齿轮

18 叠加式传动装置

x 宽度

y 长度

z 高度方向

Claims (13)

1.一种驱动设备，包括具有行星齿轮传动装置和壳体的叠加式传动装置、与所述叠加式传动装置的输入轴连接的主驱动机、分别经由传动连接与所述行星齿轮传动装置连接的两个辅助驱动装置、叠加式传动装置的能够与作业机械连接的的输出轴，其中，所述行星齿轮传动装置具有齿圈、太阳轮、行星架和多个行星齿轮，

其特征在于，

在所述辅助驱动装置与所述输入轴之间或者所述辅助驱动装置与所述行星齿轮传动装置的从动轴之间，每个辅助驱动装置存在具有恒定传动比的附加传动连接，所述附加传动连接被实施成使得所述附加传动连接能够分别经由存在的切换离合器来断开或连接，其中，所述辅助驱动装置到所述叠加式传动装置的传动连接在各种情况下都保持连接。

2.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，

相应的附加传动连接经由辅助驱动齿轮并且经由具有两个中间齿轮的中间轴或借由阶梯式中间齿轮作用于相应的正齿轮，并且经由所述正齿轮作用于所述输入轴上的共同的正齿轮，其中，所述切换离合器被分别布置在所述中间轴上，并且所述切换离合器能够分别与所述正齿轮脱联或接合。

3.根据权利要求1所述的设备，

其特征在于，

相应的附加传动连接分别经由辅助驱动轴上的辅齿轮和相应的正齿轮作用于所述输入轴上的共同的正齿轮，其中，所述切换离合器被分别布置于所述辅助驱动轴上，并且所述切换离合器能够分别与所述辅齿轮脱联或接合。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述切换离合器被布置在自由轴端上。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述行星齿轮传动装置的从动轴形成所述叠加式传动装置的输出轴。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，

其特征在于，

在所述行星齿轮传动装置的从动轴与所述输出轴之间布置有正齿轮级，使得所述输入轴与所述输出轴之间产生轴向偏移。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，

其特征在于，

第一和第二辅助驱动装置沿z方向被布置在不同的高度上。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述主驱动机只能以恒定转速运行，而所述辅助驱动装置能以转速能调控的方式运行。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述输入轴与所述齿圈连接，而所述从动轴并由此所述输出轴与所述太阳轮连接，以及所述辅助驱动装置经由所述传动连接以恒定的传动比与所述行星架连接。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述两个辅助驱动装置分别经由辅助驱动齿轮并分别经由各具有两个中间齿轮的中间轴或经由相应的阶梯式中间齿轮耦接到所述行星齿轮传动装置。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述两个辅助驱动装置被布置在所述主驱动机的侧。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，

其特征在于，

所述壳体被实施成能通过结合部分开并且具有壳体盖和壳体下部。

13.根据权利要求12所述的设备，

其特征在于，

所述两个辅助驱动装置被布置在所述壳体盖上，以及所述叠加式传动装置和所述结合部被实施成使得所述壳体盖能够与所述两个辅助驱动装置被拆卸，而所述壳体下部能够与主驱动机、行星齿轮传动装置和从动轴保持安装。

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