DE102004012022B4

DE102004012022B4 - Getriebemotor

Info

Publication number: DE102004012022B4
Application number: DE200410012022
Authority: DE
Inventors: Hartwig Dr. Schwieger; Klaus Backeberg
Original assignee: CEDIMA DIAMANTWERKZEUG MASCH; CEDIMA DIAMANTWERKZEUG- und MASCHINENHANDELSGESELLSCHAFT MBH; Ferdinand Koller & Sohn & Co KG GmbH; Ferdinand Koller & Sohn & GmbH
Current assignee: CEDIMA DIAMANTWERKZEUG- UND MASCHINENBAUGESELL, DE; FERDINAND KOLLER & SOHN GMBH & CO KG, DE
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: DE102004012022A1

Abstract

Getriebemotor, insbesondere zum Antrieb von Diamantsägemaschinen, mit einem Asynchron-Hochfrequenzmotor, an dessen Antriebswelle ein Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe koaxial angekoppelt ist, dessen Abtriebswelle koaxial zum Asynchron-Hochfrequenzmotor angeordnet ist, wobei das Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe ein Sonnenrad mit Außenverzahnung aufweist, dessen Sonnenradwelle mit der Antriebswelle des Asynchron-Hochfrequenzmotors formschlüssig drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenradwelle (21) mit mehreren mit Außenverzahnungen (22') versehenen undauf in einem fest angeordneten Planetenradträger (24) angeordneten Planetenradachsen (26) gelagerten Planetenrädern (22) kämmt, welche mit einem innenverzahnten (Innenverzahnung 28') Hohlrad (28) formschlüssig verbunden sind, welches über eine weitere Innenverzahnung (28'') mit einer eine Außenverzahnung (30') aufweisenden Hohlradscheibe (30) formschlüssig verbunden ist, die eine Hohlradscheibenwelle (32) aufweist, die in einem Gehäuse (18) des Planetenradgetriebes (6) gelagert ist und die Abtriebswelle des Planetenradgetriebes (6) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Getriebemotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ( US 5813488 A ).
Es sind elektrische Antriebseinrichtungen in Form von Getriebemotoren bekannt, bei denen ein Stirnradgetriebe an die Motorwelle eines Elektromotors angekoppelt ist. Nachteilig ist bei diesen Getriebemotoren die kurze Lebensdauer durch die relativ hohe radiale Belastung des Motorwellenlagers. Nachteilig ist ferner die recht lange Bauweise der Getriebemotoreinheit bei mehrstufigen Getrieben mit größerem Übersetzungsverhältnis.
Es sind auch Getriebemotoren bekannt, die ein Planetenradgetriebe verwenden, die aber den Nachteil haben, dass die Eingangsdrehzahl des Planetenradgetriebes 6000 – 8000 U/min nicht überschreiten darf.
Es ist bekannt, dass sich die Leistungsdichte von elektrischen Asynchron-Motoren durch den Betrieb mit einem Frequenzumrichter und eine Abstimmung auf höhere Frequenzen deutlich erhöhen lässt.

Durch die US 5,813,488 A ist ein elektrischer Einzelradantrieb für ein Arbeitsfahrzeug bekannt mit einem Asynchron-Motor, dessen Ausgangswelle ein die Drehzahl untersetzendes Planetengetriebe und ein diesem nachgeordnetes Fahrzeugrad antreibt. Zwischen Asynchron-Motor und Planetengetriebe befindet sich ein Planetengetriebe als Übertragungsgetriebe, welches zwischen zwei Drehzahlübertragungsstufen umschaltbar ist. Dieser bekannte Einzelradantrieb soll in der Lage sein, bei Verwendung handelsüblicher kostengünstig herstellbarer Asynchronmotoren einen großen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeuges zu realisieren, wobei der Auslegungspunkt des Asynchronmotors mit dem Hauptarbeitsbereich des Fahrzeugs korrespondieren soll und dennoch relativ hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten ermöglichen soll.

Die DE 198 40 417 A1 offenbart ein Orbitalgetriebe mit Sonnenrad mit Außenverzahnung, dessen Sonnenradwelle mit der Antriebswelle eines Asynchronmotors drehfest verbunden ist. Die Sonnenradwelle ist mit mehreren mit Außenverzahnungen versehenen und auf in einem fest angeordneten Planetenradträger angeordneten Planetenradachsen gelagerten Planetenrädern formschlüssig verbunden. Die Planetenräder sind wiederum mit einem innenverzahnten Hohlrad formschlüssig verbunden, welches mit einem Hohlradträger formschlüssig verbunden ist, der eine Hohlradträgerwelle aufweist, die in einem Gehäuse des Planetenradgetriebes gelagert ist und die Abtriebswelle des Planetenradgetriebes bildet.

Die DE 197 52 003 C2 betrifft eine Seilwinde mit flüssigkeitsgekühltem Elektromotor und umfasst eine Seiltrommel, einen in der Seiltrommel angeordneten Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer, ein im Wesentlichen koaxial zu dem Asynchronmotor angeordnetes Planetengetriebe, eine Haltebremse, einen Frequenzumformer zum Ansteuern bzw. Betreiben des Asynchronmotors und eine zwangsgeführte Flüssigkeitsfremdkühlung zum Kühlen des Asynchronmotors. Die Welle des Rotors des Asynchronmotors ist als Hohlwelle ausgebildet, die von dem flüssigen Kühlmedium durchströmt wird.

Durch die DE 44 44 537 C2 ist ein Planetengetriebe für den Hochtemperatureinsatz bekannt. Das Planetengetriebe ist gedacht zur Bewegung von Substraten auf Planetenbahnen in Vakuumbeschichtungsanlagen und besteht aus einem, mit der Drehzahl n₁ rotierenden Gehäuse, einer mit der Drehzahl n₂ angetriebenen Zentralwelle, auf der ein Stirnrad befestigt ist, ferner aus um die Zentralwelle angeordneten Planetenwellen mit Ritzeln, die mit dem Stirnrad kämmen sowie einer Bedampfungs- und Strahlungsschutzkappe. Das Gehäuse und die Zentralwelle sind wassergekühlt, wobei das kältere Ende jeder der Planetenwellen mit dem Außenring jeweils eines der Radiallager verbunden ist. Die Planetenwellen werden in einem deutlichen Abstand davon zusätzlich radial innen durch eine Stützscheibe und radial außen durch jeweils zwei weitere Radiallager gestützt, wobei die Innenringe der Radiallager der Planetenwellen mit dem Gehäuse verbunden sind und die Stützscheibe mit der Drehzahl des zentralen Stirnrades umläuft, dessen Teilkreisdurchmessen aufweist sowie die Zentralwelle abschließt.

Bei sämtlichen bekannten Getriebemotoren treten Probleme bei hohen Drehzahlen durch die auftretenden Drehschwingungen auf, die die Lager sehr stark belasten, wodurch die Lebensdauer der Getriebemotoren verringert wird. Mit den bekannten Getriebemotoren ist nun eine begrenzte Abtriebsleistung erreichbar. Außerdem weisen sie noch ein relativ hohes Gewicht und lange Bauweise auf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen Getriebemotor zu schaffen, der bei geringem Gewicht und kurzer Bauweise eine große Abtriebsleistung aufweist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung schlägt vor, einen Asynchron-Hochfrequenzmotor mit einem Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe zu kombinieren, indem an die Antriebswelle des Asynchron-Hochfrequenzmotors das Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe koaxial angekoppelt wird mit koaxialer Anordnung der Abtriebswelle des Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebes zum Motor. Der Asynchron-Motor ist vorzugsweise wassergekühlt und für einen höherfrequenten Betrieb optimiert, wodurch eine hohe Leistungsdichte verbunden mit einer hohen Drehzahl erreicht wird. Das Hochgeschwindigkeits- Planetenradgetriebe ist für hohe Eingangsdrehzahlen von beispielsweise 20.000 Umdrehungen/min ausgelegt. Ohne Hochgeschwindigkeitsauslegung beträgt die maximal zulässige Eingangsdrehzahl eines Planetenradgetriebes etwa 6.000 bis 8.000 U/min. Die hohe Motordrehzahl wird durch das Planetenradgetriebe auf die gewünschte Arbeitsdrehzahl, beispielsweise 2.000 U/min, insbesondere für Wand- und Seilsägemaschinen heruntergesetzt, wobei große Abtriebsmomente erzielt werden. Beim erfindungsgemäßen Getriebemotor tritt keine radiale Belastung am Ende der Motor-Antriebswelle auf, so dass das durch hohe Drehzahlen und Temperaturen belastete Antriebswellenlager entlastet wird, wodurch die Lebensdauer des Motors erheblich verlängert wird. Das Planetenradgetriebe baut gegenüber Stirnradgetrieben sehr kurz und kann hohe Stoßbelastungen aufnehmen. Es wird ein großes Übersetzungsverhältnis von bspw. 1:10 mit nur einer sehr kurz bauenden Getriebestufe erreicht. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Bauform eine Einheit geschaffen, die mit einer Abtriebsdrehzahl von ca. 1.500 U/min bis 3.000 U/min wie ein einfacher 50 Hz Standardmotor einsetzbar ist, aber gegenüber einem Standardmotor mit dieser Drehzahl eine 3 bis 4fach höhere Leistungsdichte erreicht.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, die eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebemotors teilweise im Schnitt zeigt, näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt einen Getriebemotor 2 aus einem wassergekühlten Asynchron-Hochfrequenzmotor 4 und einem Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe 6. Der wassergekühlte Asynchron-Hochfrequenzmotor, der beispielsweise ein 2-poliger Motor ist, ist an sich bekannt und sein Aufbau soll nicht im Einzelnen beschrieben werden; lediglich die wesentlichen Bauteile sind in der Zeichnung dargestellt, nämlich ein Stator 8, eine Wicklung 10, ein Rotor 12, ein Motor-Kühlwassermantel 14 im Motorgehäuse 13 für die erwähnte Wasserkühlung und eine Antriebswelle 15. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet ein Lager der Antriebswelle.
Das Planetenradgetriebe 6 weist einen einfachen in einem Gehäuse 18 angeordneten Planetenradsatz auf, bestehend aus einem Sonnenrad 20, mit Sonnenradwelle 21, mehreren, vorzugsweise drei, Planetenrädern 22, von denen nur eins dargestellt ist, einen Planetenradträger 24 mit drei Planetenradachsen 26, von denen nur eine dem Planetenrad 22 zugeordnete Welle dargestellt ist, und ein Hohlrad 28, eine Hohlradscheibe 30 und eine Hohlradscheibenwelle 32.
Die Planetenräder 22 sind mittels Lager 34 auf den Planetenradachsen 26 gelagert. Die Hohlradscheibenwelle 32 ist in einem im Gehäuse 18 angeordneten Lager 35 gelagert.
Das Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe 6 ist vorzugsweise ebenfalls wassergekühlt und weist hierzu einen Getriebe-Kühlwassermantel 36 im Planetenradträger 24 auf.
Das außenverzahnte (Verzahnung 20') Sonnenrad 20 ist über die drei außenverzahnten (Verzahnung 22') Planetenräder 22 mit dem innenverzahnten (Verzahnung 28') Hohlrad 28 formschlüssig verbunden.
Das Hohlrad 28 weist eine weitere Innenverzahnung 28" auf, die mit einer Außenverzahnung 30' der Hohlradscheibe 30 kämmt.
Das Sonnenrad 20 ist über die Sonnenradwelle 21 mittels einer Steckverbindung 38 drehfest mit der Antriebswelle 15 des Motors 4 verbunden und wird mit einer hohen Drehzahl von beispielsweise 18.000 U/min angetrieben, die vom Motor 4 geliefert wird, der hierzu mit Drehstrom eine Frequenz von bspw. 300 Hz gespeist wird. Zur Erhöhung der Netzfrequenz von 50 Hz auf bspw. 300 Hz werden sogenannte an sich bekannte Frequenzumformer (nicht dargestellt) eingesetzt.
Die Steckverbindung 38 besteht aus einer Innenlängsverzahnung 15' einer axialen Aufnahme 40, bspw. einer Bohrung, der Antriebswelle 15 des Motors 4 und einer dazu komplementären Außenlängsverzahnung 21' der Sonnenradwelle 21 oder umgekehrt aus einer Außenlängsverzahnung der Antriebswelle 15 des Motors 4 und einer dazu komplementären Innenlängsverzahnung einer axialen Aufnahme, bspw. einer Bohrung, der Sonnenradwelle 21.
Die ineinander greifenden Längsverzahnungen 21' und 15' der Steckverbindung 38 zwischen der Sonnenradwelle 21 des Sonnenrades 20 und der Antriebswelle 15 des Motors 4 und/oder die ineinander greifenden Verzahnungen 20' und 22' des Sonnenrades 20 und der Planetenräder 22 und/oder die ineinander greifenden Verzahnungen 22' und 28' der Planetenräder 22 und des Hohlrades 28 und/oder die ineinander greifenden Verzahnungen 28'' und 30' des Hohlrades 28 und der Hohlradscheibe 30 sind so ausgebildet, dass sie radiale Relativbewegungen zwischen der Sonnenradwelle und der Antriebswelle und/oder zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern und/oder zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad und/oder zwischen dem Hohlrad und der Hohlradscheibe zulassen, so dass damit lose formschlüssige Verbindungen zwischen dem Sonnenrad und der Antriebswelle des Motors und/oder dem Sonnenrad und den Planetenrädern und/oder zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad und/oder zwischen dem Hohlrad und der Hohlradscheibe bestehen. Diese losen formschlüssigen Verbindungen sorgen für eine Kompensation der bei den hohen Drehzahlen auftretenden Schwingungen und damit für einen optimalen Hochgeschwindigkeitsbetrieb des erfindungsgemäßen Getriebemotors.
Der Planetenradträger 24 ist fest angeordnet und mit dem Gehäuse 18 verbunden, so dass der Abtrieb über das Hohlrad 28, die Hohlradscheibe 30 und die die Abtriebswelle bildende Hohlradscheibenwelle 32 erfolgt.
Das Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe 6 ist so ausgelegt, dass eine große Übersetzung ins Langsame von bspw. 20.000 U/min auf bspw. 2.000 U/min erreicht wird. Hierzu ist bspw. das Verhältnis Zähnezahl Sonnenrad zu Zähnezahl Hohlrad gleich 1:10 zu wählen.
Die Abtriebswelle 32 weist eine Außenlängsverzahnung auf und kann z. B. zum Antreiben einer Seilsägevorrichtung in eine entsprechend komplementär ausgebildete Aufnahme eines Antriebsrades der Seilsägevorrichtung (nicht dargestellt) eingesetzt werden.
Das Bezugszeichen 42 bezeichnet einen Transportgriff des Getriebemotors.

Claims

Getriebemotor, insbesondere zum Antrieb von Diamantsägemaschinen, mit einem Asynchron-Hochfrequenzmotor, an dessen Antriebswelle ein Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe koaxial angekoppelt ist, dessen Abtriebswelle koaxial zum Asynchron-Hochfrequenzmotor angeordnet ist, wobei das Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe ein Sonnenrad mit Außenverzahnung aufweist, dessen Sonnenradwelle mit der Antriebswelle des Asynchron-Hochfrequenzmotors formschlüssig drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenradwelle (21) mit mehreren mit Außenverzahnungen (22') versehenen undauf in einem fest angeordneten Planetenradträger (24) angeordneten Planetenradachsen (26) gelagerten Planetenrädern (22) kämmt, welche mit einem innenverzahnten (Innenverzahnung 28') Hohlrad (28) formschlüssig verbunden sind, welches über eine weitere Innenverzahnung (28'') mit einer eine Außenverzahnung (30') aufweisenden Hohlradscheibe (30) formschlüssig verbunden ist, die eine Hohlradscheibenwelle (32) aufweist, die in einem Gehäuse (18) des Planetenradgetriebes (6) gelagert ist und die Abtriebswelle des Planetenradgetriebes (6) bildet.
Getriebemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Sonnenradwelle (21) und der Antriebswelle (15) des Motors (4) und/oder zwischen dem Sonnenrad (20) und den Planetenrädern (22) und/oder zwischen den Planetenrädern (22) und dem Hohlrad (28) und/oder zwischen dem Hohlrad (28) und der Hohlradscheibe (30) eine lose formschlüssige Verbindung ist, die radiale Relativbewegungen zwischen den jeweiligen formschlüssig verbundenen Elementen zulässt.
Getriebemotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung zwischen der Sonnenradwelle (21) und der Antriebswelle (15) des Motors (4) eine an der Sonnenradwelle und der Antriebswelle ausgebildete zueinander komplementäre Längsverzahnungen (21', 15') aufweisende Steckverbindung (38) ist.
Getriebemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (32) des Planetenradgetriebes (6) eine Längsverzahnung (32') aufweist, die zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit einem Antriebsrad einer Seilsägevorrichtung in eine entsprechende komplementär ausgebildete axiale Aufnahme des Antriebsrades einführbar ist.
Getriebemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Asynchron-Hochfrequenzmotor (4) wassergekühlt ausgebildet ist.
Getriebemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe (6) wassergekühlt ausgebildet ist.
Getriebemotor nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Asynchron-Hochfrequenzmotor (4) ein 2-poliger Motor ist.
Getriebemotor nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Asynchron-Hochfrequenzmotor (4) mit Drehstrom einer Frequenz von 200 Hz bis 500 Hz betrieben wird.
Getriebemotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Motordrehzahl zwischen 15.000 und 25.000 U/min beträgt.
Getriebemotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebe (6) ein Übersetzungsverhältnis von 1:10 hat, so dass die Motordrehzahl an der Abtriebswelle (32) auf 1/10 reduziert wird.
Getriebemotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorgehäuse (13) ein Kühlwassermantel (14) ausgebildet ist.
Getriebemotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Planetenradträger (24) des Hochgeschwindigkeits-Planetenradgetriebes (6) ein Kühlwassermantel (36) ausgebildet ist.