DE10158870A1

DE10158870A1 - Redundante elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere zum Antrieb eines Ruders an einem Schiff

Info

Publication number: DE10158870A1
Application number: DE10158870A
Authority: DE
Inventors: Konrad Stahl
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-05-22

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer redundanten elektrischen Antriebsvorrichtung, die insbesondere zum Antrieb eines Ruders an einem Schiff verwendet werden soll und die einen eine Gewindespindel und eine Spindelmutter umfassenden Gewindetrieb und zwei elektrische Drehmomentmotoren (Torquemotoren) aufweist, die eine Hohlwelle besitzen, die hintereinander konzentrisch zu dem Gewindetrieb angeordnet sind und die das eine Teil des Gewindetriebs gemeinsam oder einzeln in entgegengesetzte Drehrichtungen anzutreiben vermögen. Bei einer bekannten derartigen Antriebsvorrichtung treiben die beiden Torquemotoren die Spindelmutter über ein Planetengetriebe an. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, die in ihrem Aufbau vereinfacht und dadurch kostengünstig herzustellen ist. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die beiden Elektromotoren eine gemeinsame Hohlwelle besitzen und daß das drehbare Teil des Gewindetriebs verdrehsicher mit der Hohlwelle verbunden oder die Hohlwelle selbst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine redundante elektrische Antriebsvorrichtung, die insbesondere zum Antrieb eines Ruders an einem Schiff Antriebsvorrichtung verwendet werden soll und die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.

Eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der US-A 4 289 996 bekannt. Bei dieser Antriebsvorrichtung besitzt jeder Torquemotor seine eigene Hohlwelle. Die beiden Hohlwellen haben axial einen Abstand voneinander und sind an ihren einander zugewandten Stirnseiten mit einem kegelverzahnten Sonnenrad eines Planetengetriebes versehen. Die Spindelmutter des Gewindetriebes befindet sich innerhalb der Hohlwellen. An Ihr sind im Bereich axial zwischen den beiden Hohlwellen an sich in radiale Richtung weisende Lagerzapfen mehrere kegelverzahnte Planetenräder drehbar gelagert, die mit den beiden Sonnenrädern kämmen.

Im normalen Betrieb werden die beiden Torquemotoren in die gleiche Richtung drehend angesteuert und bewegen gemeinsam über den Gewindetrieb das zu verstellende Element. Blockiert einer der beiden Motoren mechanisch, so kann der andere Motor aufgrund des Planetengetriebes die Spindelmutter noch antreiben, wobei jedoch bei einer bestimmten Drehzahl des Motors die Drehzahl der Spindelmutter nur halb so groß wie bei einem Antrieb durch beiden Motoren ist. Fällt ein Motor aufgrund eines Fehlers in der Elektrik aus, ohne mechanisch blockiert zu werden, so muß er gezielt blockiert werden, da sonst wegen des als Differential wirkenden Planetengetriebes ein Antrieb der Spindelmutter durch den anderen Motor nicht möglich wäre.

Aus der US-A 4 179 944 ist ebenfalls eine elektrische Antriebsvorrichtung mit zwei als Hohlwellenmotoren ausgebildeten Torquemotoren und mit einem Gewindetrieb bekannt. Dort ist allerdings vorgesehen, daß der eine Motor die Gewindespindel in die eine Richtung und der andere Motor die Gewindespindel in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Redundanz wird dadurch erreicht, daß für das zu verstellende Element mehrere Antriebsvorrichtungen der bezeichneten Art vorhanden sind und jede Antriebsvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie die Verstellung durch eine andere Antriebsvorrichtung nicht behindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, so weiterzuentwickeln, daß sie in ihrem Aufbau vereinfacht und dadurch kostengünstiger herzustellen ist.

Das gesetzte Ziel wird dadurch erreicht, daß die Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff erfindungsgemäß auch die Merkmale aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufweist. Bei einer solchen Antriebsvorrichtung besitzen die beiden Elektromotoren eine gemeinsame Hohlwelle und das drehbare Teil des Gewindetriebs ist verdrehsicher mit der Hohlwelle verbunden oder ist die Hohlwelle selbst. Die Erfindung fußt auf der Überlegung, daß eine mechanische Blockierung eines verwendeten Torquemotors aufgrund des erreichten Entwicklungsstandes praktisch ausgeschlossen ist. Ein Differentialgetriebe zwischen den beiden Elektromotoren und der Spindelmutter ist deshalb nicht notwendig. Aber nicht nur dieses entfällt, sondern auch die Blockiervorrichtung für jeden Motor, die bei einem elektrischen Ausfall eines Motors ohne mechanische Blockierung greifen muß.

Als Motoren können insbesondere Torquemotoren der Baureihe MBT der Anmelderin eingesetzt werden. Diese sind Synchron-Bausatzmotoren, die für hohe Drehmomente optimiert worden sind. Sie bestehen aus einem Stator mit der Drehstromwicklung sowie aus einem Rotor mit Permanentmagneten. Die Hauptmerkmale sind: Hohes Drehmoment bei geringen Drehzahlen, hohe Polzahlen, kurze Bauform bei großem Durchmesser. Außerdem zeichnet sich die Baureihe durch folgende Merkmale aus:
Baukastensystem mit unterschiedlichen Motorbaugrößen und -längen; Maximaldrehmomente bis 4500 Nm;
Bemessungsdrehzahlen von 100 bis 750 Umdrehungen pro Minute; extrem geringe Drehmomentwelligkeit;
optionale Flüssigkeitskühlung inkl. Thermokapselung;
Schutz der Motorwicklung gegen thermische Überlastung durch integrierte Temperatursensoren;
standardisierte Anschlußtechnik für Leistung und Kühlung;
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung kann man den Unteransprüchen entnehmen.

In besonders vorteilhafter Weise befindet sich gemäß Patentanspruch 3 die Spindelmutter an der vorderen Stirnseite der Hohlwelle, aus der die Gewindespindel zum zu verstellenden Element hin austritt. Dann kann die gesamte Baulänge der beiden hintereinanderliegenden Torquemotoren zur Aufnahme der Gewindespindel ausgenutzt werden. Der notwendige Einbauraum wird dadurch klein gehalten.

Insbesondere ist gemäß Patentanspruch 5 vorgesehen, daß Antriebsmittel vorhanden sind, über die die Hohlwelle unabhängig von den Elektromotoren drehend antreibbar ist. Damit kann in dem an sich unwahrscheinlichen Fall, daß beide Elektromotoren ausfallen, die Hohlwelle gegebenenfalls auch per Notantrieb, z. B. per Hand gedreht werden und dadurch die Gewindespindel aus- und eingefahren werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieser Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert.
Gemäß der Zeichnung befinden sich in einem Gehäuse 10 axial hintereinander angeordnet zwei elektrische Torquemotoren 11 und 12, von denen jeder einen ortsfest im Gehäuse aufgenommenen Stator 13 mit Wicklung und einen Rotor 14 mit Permanentmagneten aufweist und in entgegengesetzte Drehrichtungen betreibbar ist. Die Wicklung eines jeden Stators ist mit einem Kühlmantel 15 zur Flüssigkeitskühlung des Stators umgeben.
Die beiden Rotoren 14 sitzen auf einer gemeinsamen Hohlwelle 16, mit der sie über Paßfedern 17 verdrehsicher verbunden sind. Die Hohlwelle 16 ist über Wälzlager 18 drehbar im Gehäuse 10 gelagert.
Zu der Antriebsvorrichtung gehört ein Gewindetrieb 25, der aus einer Gewindespindel 26, die koaxial zur Hohlwelle 16 angeordnet und in dieser axial bewegbar ist, und einer Spindelmutter 27 besteht, die von der einen Stirnseite her in die Hohlwelle 16 eingesetzt und über eine Paßfeder 28 verdrehsicher mit der Hohlwelle verbunden ist. Die Spindelmutter ist eine Flanschmutter mit einem Flansch 29, der an einer Stirnseite der Hohlwelle anliegt und die Hohlwelle radial überragt. Auf der einen Seite des Flansches 29 befindet sich eines der Wälzlager 18 für die Hohlwelle 16, auf der anderen Seite ist ein zusätzliches Wälzlager 30 angeordnet. Über diese beiden Wälzlager ist die Spindelmutter 27 axial nach entgegengesetzten Richtungen am Gehäuse 10 abgestützt. Die Spindelmutter 27 sitzt an der Stirnseite der Hohlwelle 16, an der die Gewindespindel 26 die Hohlwelle zum zu verstellenden Element, zum Beispiel zum Ruder eines Schiffes hin verläßt. Auf diese Weise kann die gesamte Baulänge der beiden hintereinanderliegenden Torquemotoren 11 und 12 zur Aufnahme der Gewindespindel 26 ausgenutzt werden. Der notwendige Einbauraum wird dadurch klein gehalten. Nur wenn der maximale Verstellweg größer als diese Baulänge ist, steht die Gewindespindel über die andere Stirnseite der Hohlwelle vor, so daß dort zusätzlicher Raum vorhanden sein muß.
Die beiden Torquemotoren 11 und 12 sind so ausgelegt, daß jeder für sich allein das zu verstellende Element bewegen kann. Je nach Auslegung der elektrischen Ansteuerung wird im Normalbetrieb das zu verstellende Element durch nur einen der beiden Torquemotoren oder durch beide Torquemotoren verstellt. Bei Ansteuerung wird von den Rotoren 14 die Hohlwelle 16 und von dieser die Spindelmutter 27 mitgedreht. Aufgrund des Schraubgelenks zwischen der Spindelmutter 27 und der Gewindespindel 26 und einer Blockierung der Gewindespindel gegen Drehung bewegt sich die Gewindespindel axial in die eine Richtung. Bei umgekehrter Drehrichtung der Rotoren 14 bewegt sich die Gewindespindel in die entgegengesetzte axiale Richtung. Bei Antrieb der Spindelmutter im Normalbetrieb durch nur einen der beiden Motoren oder bei Ausfall eines der beiden Motoren wird der Rotor 14 des nicht angesteuerten oder nicht benutzbaren Motors 11 oder 12 frei mitgedreht.
Für den sehr unwahrscheinlichen Fall, daß beide Torquemotoren 11 und 12 ausgefallen sind, ist die gezeigte Antriebsvorrichtung mit Mitteln für eine Notbetätigung ausgestattet. Und zwar sitzt, von der Spindelmutter 27 aus gesehen, jenseits der beiden Motoren 11 und 12 auf der Hohlwelle verdrehsicher ein Zahnrad 35 großen Durchmessers, daß mit einem am Gehäuse 10 drehbar gelagerten Ritzel 36 kämmt. Dieses Ritzel ist über eine nicht dargestellte Kurbel von Hand drehbar. Ritzel 36 und Zahnrad 35 bilden ein Untersetzungsgetriebe für die Notbetätigung.

Claims

1. Redundante elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere zum Antrieb eines Ruders an einem Schiff, mit einem eine Gewindespindel (26) und eine Spindelmutter (27) aufweisenden Gewindetrieb (25) und mit zwei elektrischen Drehmomentmotoren (Torquemotoren) (11, 12), die eine Hohlwelle (16) aufweisen, die hintereinander konzentrisch zu dem Gewindetrieb (25) angeordnet sind und die das eine Teil (27) des Gewindetriebs (25) gemeinsam oder einzeln in entgegengesetzte Drehrichtungen anzutreiben vermögen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektromotoren (11, 12) eine gemeinsame Hohlwelle (16) besitzen und daß das drehbare Teil (27) des Gewindetriebs (25) verdrehsicher mit der Hohlwelle (16) verbunden oder die Hohlwelle selbst ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (27) als Flanschmutter ausgebildet ist und am Flansch (29) über Axiallager (18, 30) axial abgestützt ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spindelmutter (27) an der vorderen Stirnseite der Hohlwelle (16) befindet, aus der die Gewindespindel (26) zum zu verstellenden Element hin austritt.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotoren (11, 12) flüssigkeitsgekühlt sind.

5. Antriebsvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebsmittel (35, 36) vorhanden sind, über die die Hohlwelle (16) unabhängig von den Elektromotoren (11, 12) drehend antreibbar ist.