DE102007020345A1

DE102007020345A1 - Antriebseinrichtung mit einem zweistufigen, reversierenden Antrieb

Info

Publication number: DE102007020345A1
Application number: DE102007020345A
Authority: DE
Inventors: Max Bachmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2008-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einem zweistufigen, reversierenden Antrieb (2) und einem drehrichtungskonstanten Abtrieb (3). Es wird vorgeschlagen, dass Getriebemittel (7, 8, 9) zur Konstanthaltung der Abtriebsdrehzahl vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einem zweistufigen, reversierenden Antrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 – bekannt durch die DE 198 42 473 A1 .
Die durch die DE 198 42 473 A1 bekannte Antriebseinrichtung betrifft ein Getriebe zur Gleichrichtung einer Drehbewegung zwischen einem reversierendem Antrieb und einem drehrichtungskonstanten Abtrieb. Als Antrieb ist ein Elektromotor vorgesehen, welcher mit unterschiedlichen Drehzahlen in entgegengesetzten Drehrichtungen läuft und über ein Planetengetriebe auf eine Abtriebswelle treibt. Die Planetenräder sind über Freiläufe auf einem Planetenbolzen gelagert, der von einem umlaufenden oder feststehenden Getriebegehäuse aufgenommen wird, welches über einen weiteren Freilauf gegenüber einem Motorgehäuse gelagert ist. Die Wirkung des Planetengetriebes in Verbindung mit den beiden Freiläufen ist eine Gleichrichtung des reversierenden Antriebes, d. h. die Abtriebswelle läuft trotz unterschiedlicher Antriebsdrehrichtungen stets in derselben Drehrichtung. Eine Übersetzung zwischen der antreibenden Motorwelle und der Abtriebswelle ist nicht vorgesehen, d. h. bei höherer Motordrehzahl (Antriebsdrehzahl) läuft auch die Abtriebswelle mit erhöhter Drehzahl. Derartige Antriebseinrichtungen werden zum Antrieb von Schienenfahrzeugen eingesetzt, wobei die Abtriebswelle einen Lüfter zur Belüftung des Elektromotors antreibt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind Getriebemittel vorgesehen, welche die Abtriebsdrehzahl konstant halten, und zwar bei unterschiedlichen Antriebsdreh zahlen und unterschiedlichen Drehrichtungen des Antriebes. Eine konstante Abtriebsdrehzahl ist insbesondere beim Antrieb eines nachgeschalteten Verbrauchers, z. B. eines Lüfters von Vorteil, weil dieser stets im optimierten Betriebspunkt betrieben werden kann. Dadurch lassen sich beispielsweise Geräuschreduzierungen erreichen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Getriebemittel einerseits als ein erster Freilauf zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb und andererseits als Übersetzungsgetriebe und zweiter Freilauf zwischen Antrieb und Abtrieb ausgebildet. Dabei bewirkt der erste Freilauf eine Übersetzung von 1:1 in der ersten Antriebsstufe, während der zweite Freilauf in Verbindung mit dem Übersetzungsgetriebe eine Drehrichtungsumkehr und eine Übersetzung zwischen Antriebs- und Abtriebsdrehzahl bewirkt. Somit läuft der Abtrieb bei beiden Antriebsstufen mit konstanter Drehzahl und konstanter Drehrichtung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Übersetzungsgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet, welches eine koaxiale Bauweise erlaubt.
Vorteilhafterweise weist der Antrieb eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle und der Abtrieb eine in der Hohlwelle angeordnete Abtriebswelle auf, welche von der Hohlwelle direkt über den ersten Freilauf angetrieben wird. Damit wird eine erste Übersetzung von 1:1 erreicht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Übersetzungsgetriebe und der zweite Freilauf zwischen Hohlwelle und Abtriebswelle angeordnet. Die Drehzahl der Hohlwelle wird somit einerseits reversiert und andererseits untersetzt, sodass bei der zweiten Antriebsstufe (mit betragsmäßig höherer Antriebsdrehzahl) eine Untersetzung stattfindet.
Vorteilhaft ist das Übersetzungsgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet, wobei die Planetenräder von der Hohlwelle und der Freilauf von dem Hohlrad angetrieben werden. Bei festgehaltenem Steg (Planetenträger) ergibt sich eine Standübersetzung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Antrieb als Elektromotor ausgebildet und weist einen Stator sowie einen Rotor auf, welcher die Hohlwelle in sich aufnimmt, sodass die Hohl- oder Antriebswelle mit der Drehzahl des Rotors umläuft.
Die Antriebseinrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass ein Seitentausch in Bezug auf den Elektromotor möglich ist, d. h. das Planetengetriebe und der zweite Freilauf können entweder links oder rechts von dem antreibenden Elektromotor angeordnet sein. Dies ist insbesondere bei Schienenfahrzeugen mit selbst belüfteten Elektromotoren von Vorteil.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, insbesondere mit einem Elektromotor als Antrieb beträgt das Übersetzungsverhältnis in der ersten Antriebsstufe i = 1, d. h. es findet ein Durchtrieb vom Antrieb über den ersten Freilauf auf den Abtrieb statt. Bei der zweiten Antriebsstufe, bei welcher die Antriebsdrehzahl das Dreifache der ersten Stufe betragen kann, ist das Übersetzungsverhältnis entsprechend dem Verhältnis der Antriebsdrehzahlen gewählt, also beispielsweise i = –3, sodass der Abtrieb in beiden Stufen mit konstanter Drehzahl und Drehrichtung läuft.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Antreibseinrichtung mit Planetengetriebe und Abtrieb auf der rechten Seite und
2 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Antreibseinrichtung mit Planetengetriebe auf der linken und Abtrieb auf der rechten Seite.
1 zeigt eine Antriebseinrichtung 1, welche einen als Elektromotor 2 ausgebildeten Antrieb und eine als Abtriebswelle 3 ausgebildeten Abtrieb aufweist. Der Elektromotor 2 umfasst einen Stator 4 und einen Rotor 5, welcher eine Hohlwelle 6 in sich aufnimmt, d. h. drehfest mit der Hohlwelle 6 verbunden ist. Die Hohlwelle 6 ist somit Antriebswelle. Innerhalb der Hohlwelle 6 ist koaxial die Abriebswelle 3 angeordnet und über einen ersten Freilauf 7 mit der Hohlwelle 6 verbunden. Durch diese Anordnung ergibt sich ein Durchtrieb vom Rotor 5 auf die Abtriebswelle 3. Andererseits treibt die Hohlwelle 6 über ein als Planetengetriebe 8 ausgebildetes Übersetzungsgetriebe und einen zweiten Freilauf 9 auf die Abtriebswelle 3. Das Planetengetriebe 8 weist Planetenräder 10, einen festgehaltenen Planetenträger bzw. Steg 11 sowie ein Hohlrad 12 auf, welches den zweiten Freilauf 9 antreibt, der seinerseits die Abtriebswelle 3 mitnimmt. Durch das Planetengetriebe 8 erfolgen einerseits eine Drehrichtungsumkehr und andererseits eine Untersetzung gegenüber der Drehrichtung und Drehzahl des Rotors 5. Die Hohlwelle 6 bildet innerhalb des Planetengetriebes 8 die antreibende Sonnenwelle.
Die Antriebseinrichtung 1 arbeitet wie folgt. Der Elektromotor 2 ist in zwei Drehzahlstufen betreibbar, und zwar in einer ersten niedrigen Stufe mit einer positiven Drehrichtung und in einer zweiten höheren Drehzahlstufe mit einer negativen, d. h. entgegengesetzten Drehrichtung. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Drehzahl der ersten Stufe 1000 UpM und in der zweiten Stufe –3000 UpM. Die positive Drehrichtung des Rotors 5 ist durch einen Drehpfeil P und die negative Drehrichtung durch einen Drehpfeil N angedeutet. Bei positiver Drehrichtung und einer Antriebsdrehzahl von 1000 UpM wird die Abtriebswelle 3 vom Freilauf 7 mitgenommen, d. h. es findet ein Durchtrieb vom Rotor 5 auf die Abtriebswelle 3 statt – das Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb beträgt also i = 1. Die Drehrichtung der Abtriebs welle 3 entspricht dem Drehpfeil P, was durch einen Drehpfeil A an der Abtriebswelle 3 angedeutet ist. Der Elektromotor 2 kann in der zweiten Drehzahlstufe mit einer Drehzahl von –3000 UpM betrieben werden, d. h. in entgegengesetzter Drehrichtung, was durch den Drehpfeil N angedeutet ist. In diesem Falle treibt die Hohlwelle 6 als Sonnenwelle in das Planetengetriebe 8, wo eine Drehrichtungsumkehr stattfindet, über das Hohlrad 12 auf den zweiten Freilauf 9, welcher die Abtriebswelle 3 in Drehrichtung des Pfeils A mitnimmt. Die Antriebsdrehzahl von –3000 UpM wird also durch das Planetengetriebe 8 und den Freilauf 9 untersetzt und reversiert. An der Abtriebswelle 3 liegt somit bei beiden Drehzahlstufen 1000 und –3000 UpM jeweils dieselbe Drehzahl von 1000 UpM in derselben Drehrichtung entsprechend dem Pfeil A an. Die Abtriebswelle 3 kann – was nicht dargestellt ist – z. B. mit einem Lüfter zur Belüftung des Elektromotors 2 verbunden sein. Der Lüfter läuft dann stets mit derselben Drehzahl und kann für diesen Betriebspunkt optimiert, z. B. geräuschoptimiert werden.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Antriebseinheit 101, welche sich von der Antriebseinrichtung 1 dadurch unterscheidet, dass die Getriebeelemente seitenverkehrt angeordnet sind. Gleiche Teile sind zum leichteren Verständnis mit gleichen, jeweils um 100 erhöhten Bezugszahlen versehen. Das Planetengetriebe 108 befindet sich somit in der Zeichnung auf der linken Seite des Rotors 105, während sich der erste Freilauf 107 auf der rechten Seite (in der Zeichnung) des Rotors 105 befindet. Die An- und Abtriebsverhältnisse der Antriebseinrichtung 101 entsprechen der oben beschriebenen Funktionsweise, d. h. Drehrichtung und Drehzahl der Abtriebswelle 103 sind für beide Antriebsstufen des Elektromotors 102 konstant.

1; 101: Antriebseinrichtung
2; 102: Elektromotor
3; 103: Abtriebswelle
4; 104: Stator
5; 105: Rotor
6; 106: Hohlwelle
7; 107: erster Freilauf
8; 108: Planetengetriebe
9; 109: zweiter Freilauf
10; 110: Planetenrad
11; 111: Planetenträger (Steg)
12; 112: Hohlrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19842473 A1 [0001, 0002]

Claims

Antriebseinrichtung mit einem zweistufigen, reversierenden Antrieb (2) und einem drehrichtungskonstanten Abtrieb (3), dadurch gekennzeichnet, dass Getriebemittel (7, 8, 9) zur Konstanthaltung der Abtriebsdrehzahl vorgesehen sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebemittel als ein erster Freilauf (7, 107) zwischen Antrieb (5, 105) und Abtrieb (3, 103) sowie als Übersetzungsgetriebe (8, 108) und zweiter Freilauf (9, 109) zwischen Antrieb (5, 105) und Abtrieb (3, 103) ausgebildet sind, wobei der erste Freilauf (7, 107) in der ersten Antriebsstufe und der zweite Freilauf (9, 109) mit dem Übersetzungsgetriebe (8, 108) in der zweiten Antriebsstufe abtriebswirksam ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe als Planetengetriebe (8, 108) ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine als Hohlwelle (6, 106) ausgebildete Antriebswelle und der Abtrieb eine in der Hohlwelle (6, 106) angeordnete Abtriebswelle (3, 103) aufweist und dass der erste Freilauf (7, 107) zwischen der Hohlwelle (6, 106) und der Abtriebswelle (3, 103) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (8, 108) und der zweite Freilauf (9, 109) im Kraftfluss zwischen der Hohlwelle (6, 106) und der Abtriebswelle (3, 103) angeordnet sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (8, 108) koaxial zur Hohlwelle (6, 106) angeordnet und als Standgetriebe ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (8, 108) Planetenräder (10, 110), einen stehenden Planetenträger (11, 111) sowie ein Hohlrad (12, 112) aufweist und dass die Hohlwelle (6, 106) über die Planetenräder (10, 110), das Hohlrad (12, 112) und den zweiten Freilauf (9, 109) auf die Abtriebswelle (3, 103) treibt.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als Elektromotor (2, 102) mit einem Stator (4, 104) und einem Rotor (5, 105) ausgebildet und dass die Hohlwelle (6, 106) mit dem Rotor (5, 105) verbunden ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (8, 108) und der zweite Freilauf (9, 109) alternativ auf der rechten oder der linken Seite des Rotors (5, 105) positionierbar sind.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Antrieb (2, 102) und Abtrieb (3, 103) in der ersten Antriebsstufe eine Übersetzung von i₁ = 1 und in der zweiten Antriebsstufe eine Übersetzung von i₂ ≤ –1 vorliegt, vorzugsweise von i₂ = –3.