DE102015006084A1

DE102015006084A1 - Getriebe und Antriebsanordnung mit einem Getriebe

Info

Publication number: DE102015006084A1
Application number: DE102015006084.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Boiger; Burkhard Pinnekamp
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2015-05-09
Filing date: 2015-05-09
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2035-05-10
Also published as: FR3035944A1; GB201607679D0; FR3035944B1; US20160327134A1; GB2539559A; GB2539559B; US10180178B2; DE102015006084B4

Abstract

Getriebe für eine Antriebsanordnung einer Arbeitsmaschine zum Antreiben der Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl, mit einem ersten Planetenradsatz (3), an den ein erstes Antriebsaggregat (18) koppelbar ist, mit einem zweiten Planetenradsatz (5), an den die Arbeitsmaschine (19) koppelbar ist, wobei der erste Planetenradsatz (3) und der zweite Planetenradsatz (5) jeweils Planetenräder (3a, 3b, 5a, 5b) aufweisen, die auf mindestens zwei gemeinsamen Planetenwellen (11a, 11b), die in einem Planetenträger (4) gelagert sind, angeordnet sind; wobei der Planetenträger (4) in einem Getriebegehäuse (9) drehbar gelagert und von einem zweiten Antriebsaggregat (10) antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für eine Antriebsanordnung einer Arbeitsmaschine zum Antreiben der Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung mit einem Getriebe und einer mit variabel einstellbarer Drehzahl anzutreibenden Arbeitsmaschine.
Aus der Praxis sind Anwendungen bekannt, in welchen eine Arbeitsmaschine, wie zum Beispiel ein Verdichter oder eine Pumpe, mit einer variabel einstellbaren Drehzahl betrieben werden müssen. Hierfür werden nach der Praxis entweder als Antriebsaggregate Elektromotoren mit Frequenzumrichter eingesetzt, oder es kommt ein Getriebe mit einem hydraulisch oder elektrisch angetriebenen Überlagerungszweig zum Einsatz, mit welchem eine im benötigten Bereich variable Übersetzung bereitgestellt werden kann. Beide aus der Praxis bekannten Möglichkeiten zum Antreiben einer Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl sind aufwendig und teuer, wegen der für die Antriebsaufgabe benötigten hohen Leistungen sind Mittelspannung-Frequenzumrichter notwendig.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Getriebe und eine Antriebsanordnung schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist das Getriebe einen ersten Planetenradsatz auf, an den ein erstes Antriebsaggregat koppelbar ist. Weiterhin weist das Getriebe einen zweiten Planetenradsatz auf, an den die Arbeitsmaschine koppelbar ist. Der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz weisen jeweils Planetenräder auf, die auf mindestens zwei gemeinsamen Planetenwellen, die in einem Planetenträger gelagert sind, angeordnet sind. Der Planetenträger ist in einem Getriebegehäuse drehbar gelagert und von einem zweiten Antriebsaggregat antreibbar. Das erfindungsgemäße Getriebe erlaubt es mit einfachen und kostengünstigen Mitteln eine Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl anzutreiben.
Bei der hier beschriebenen Anordnung liegen die Drehzahlen zwischen ca. 4000 und ca. 15000 U/min., während die Antriebsdrehzahlen zwischen ca. 1500 und ca. 3600 U/min. liegen.
Das Prinzip der Überlagerung mit Hilfe von Planetengetriebe verwendet bisher die Elemente Hohlrad, Planetenträger und Sonnenritzel für Antrieb bzw. Überlagerung und Abtrieb. Die bekannten Anordnungen sind hinsichtlich der technischen Grenzen von Hohlraddurchmesser leistungsbegrenzt, da große Hohlraddurchmesser zu unzulässigen Tangentialbeanspruchungen führen.
Vorzugsweise weist der erste Planetenradsatz ein Sonnenrad auf, an welches das erste Antriebsaggregat koppelbar ist, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit den auf den Planetenwellen angeordneten Planetenräder des ersten Planetenradsatzes kämmt. Alternativ ist das erste Antriebsaggregat an ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes koppelbar, welches in die auf den Planetenwellen angeordneten Planetenräder des ersten Planetenradsatzes kämmt. Der zweite Planetenradsatz weist auch ein Sonnenrad auf, an welches die Arbeitsmaschine koppelbar ist, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit den auf den Planetenwellen angeordneten Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes kämmt. Eine derartige Ausgestaltung des Getriebes ist einfach und erlaubt den Antrieb einer Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl. Hierbei wird das Drehmoment in der Überlagerung (zweites Antriebsaggregat) nur die Differenz von An- und Abtriebsmoment aufgebracht werden muss.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist in Anspruch 5 definiert. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung verfügt über ein erfindungsgemäßes Getriebe, ein an den ersten Planetenradsatz des Getriebes gekoppeltes erstes Antriebsaggregat, eine an den zweiten Planetenradsatz des Getriebes gekoppelte Arbeits maschine, ein an den Planetenträger des Getriebes gekoppeltes zweites Antriebsaggregat, dessen Drehzahl einer von der Drehzahl des ersten Antriebsaggregat abhängigen Drehzahl überlagerbar ist, wobei das erste Antriebsaggregat und/oder das zweite Antriebsaggregat mit variabel einstellbarer Drehzahl antreibbar sind. Eine solche Antriebsanordnung, die die beiden Antriebsaggregate, das Getriebe und die Arbeitsmaschine umfasst, erlaubt es mit einfachen und kostengünstigen Mitteln, die Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl anzutreiben. Für das zweite Antriebsaggregat kann ein Niederspannungsmotor mit Umrichter verwendet werden, der nur einen Bruchteil der Leistung des ersten Antriebes aufweist.
Vorzugsweise ist bzw. wird das erste Antriebsaggregat mit konstanter Drehzahl und das zweite Antriebsaggregat mit variabler Drehzahl antreibbar bzw. angetrieben. Diese Ausführung ist zum Antreiben einer Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl besonders bevorzugt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Getriebes bzw. einer entsprechenden Antriebsanordnung;
2: ein Blockschaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Getriebes bzw. einer entsprechenden Antriebsanordnung;
3: ein Blockschaltbild eines dritten erfindungsgemäßen Getriebes bzw. einer entsprechenden Antriebsanordnung; und
4: ein Blockschaltbild eines weiteren erfindungsgemäßen Getriebes bzw. einer entsprechenden Antriebsanordnung.
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für eine Antriebsanordnung einer Arbeitsmaschine zum Antreiben der Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung einer mit variabel einstellbarer Drehzahl anzutreibenden Arbeitsmaschine.
1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Getriebes bzw. einer Antriebsanordnung für eine Arbeitsmaschine zum Antreiben der Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl.
Das Getriebe der 1 verfügt über einen ersten Planetenradsatz 3, wobei an den ersten Planetenradsatz 3 eine Welle 1 des Getriebes direkt gekoppelt ist. An die Welle 1, die an den ersten Planetenradsatz 3 gekoppelt ist, ist ein erstes Antriebsaggregat 18 direkt koppelbar, insbesondere über einen Wellenflansch 1a dieser Welle 1.
Ferner verfügt das Getriebe 1 der 1 über einen zweiten Planetenradsatz 5. Der zweite Planetenradsatz 5 ist direkt an eine weitere Welle 7 des Getriebes 1 gekoppelt, wobei an diese Welle 7, insbesondere an einen Wellenflansch 7a der Welle 7, die mit variabel einstellbarer Drehzahl anzutreibende Arbeitsmaschine 19 direkt koppelbar ist.
Der erste Planetenradsatz 3 und der zweite Planetenradsatz 5 verfügen jeweils über Planetenräder 3a, 3b bzw. 5a, 5b, die auf mindestens zwei gemeinsamen Planetenwellen 11a, 11b angeordnet sind. So sind in 1 zwei Planetenwellen 11a, 11b gezeigt, wobei auf der Planetenwelle 11a die Planetenräder 3a und 5a der Planetenradsätze 3, 5 und auf der Planetenwelle 11b die Planetenräder 3b, 5b der Planetenradsätze 3, 5 angeordnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass auch mehr als zwei derartige Planetenwellen 11a, 11b mit an denselben angeordneten Planetenrädern vorhanden sein können, so zum Beispiel drei oder vier Planetenwellen mit entsprechenden Planetenrädern.
Die Planetenwellen 11a, 11b sind in einem Planetenträger 4 drehbar gelagert. Der Planetenträger 4 ist nicht gehäusefest angebunden, vielmehr ist erfindungsgemäß der Planetenträger 4 in einem Getriebegehäuse 9 drehbar gelagert, wobei 1 Wälzlager 8a, 8b zeigt, über die der Planetenträger 4 im Planetengehäuse 9 drehbar gelagert ist. Der Planetenträger 4 ist über ein zweites Antriebsaggregat 10 antreibbar.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das erste Antriebsaggregat 18, welches über den Wellenflansch 1a direkt an der Welle 1 des Getriebes angreift, über die Welle 1 direkt an ein Sonnenrad 2 des ersten Planetenradsatzes 3 koppelbar, wobei dieses erste Antriebsaggregat 18 über das Sonnenrad 2 in die auf den Planetenwellen 11a, 11b angeordneten Planetenräder 3a, 3b des ersten Planetenradsatzes 3 eintreibt.
Hierdurch werden die Planetenwellen 11a, 11b und damit auch die Planetenräder 5a, 5b des zweiten Planetenradsatzes 5 angetrieben, wobei der zweite Planetenradsatz 5 ein Sonnenrad 6 aufweist, welches über die Planetenräder 5a, 5b des zweiten Planetenradsatzes 5 angetrieben wird. Dieses Sonnenrad 6 des zweiten Planetenradsatzes 5 ist mit der Welle 7 und über die Welle 7 mit der Arbeitsmaschine 19 gekoppelt, die mit variabel einstellbarer Drehzahl anzutreiben ist.
In 1 kämmen die Planetenräder 3a, 3b des ersten Planetenradsatzes 3 in das Sonnenrad 2 des ersten Planetenradsatzes 3, wohingegen die Planetenräder 5a, 5b des zweiten Planetenradsatzes 5 in das Sonnenrad 6 des zweiten Planetenradsatzes 5 kämmen. Bei einer Antriebsanordnung, bei welcher das in 1 gezeigte Getriebe zum Einsatz kommt, greift demnach das erste Antriebsaggregat 18 an der Welle 1 an, das zweite Antriebsaggregat 10 greift am Planetenträger 4 an, die mit variabel einstellbarer Drehzahl anzutreibende Arbeitsmaschine 19 greift an der Welle 7 an.
Beim ersten Antriebsaggregat 18, welches an der Welle 1 angreift, handelt es sich vorzugsweise um ein mit konstanter Drehzahl anzutreibendes Antriebsaggregat. Beim zweiten Antriebsaggregat 10, welches am Planetenträger 4 angreift, handelt es sich vorzugsweise um ein mit variabler Drehzahl anzutreibendes Antriebsaggregat. Ein Teil der Leistung zum Antreiben der Arbeitsmaschine 19 wird demnach von dem am Flansch 1a und damit an der Welle 1 angreifenden, ersten Antriebsaggregat 18 bereitgestellt, welches vorzugsweise mit konstanter Drehzahl betrieben wird. Dieses erste Antriebsaggregat 18 treibt in 1 über das Sonnenrad 2 des ersten Planetenradsatzes 3 in die Planetenräder 3a, 3b ein, und damit in die Planetenwellen 11a, 11b, mit welchen die Planetenräder 3a, 3b drehfest verbunden sind. Ebenfalls sind die Planetenräder 5a, 5b des zweiten Planetenradsatzes 5 mit den Planetenwellen 11a, 11b drehfest verbunden, die ihrerseits in das Sonnenrad 6 des zweiten Planetenradsatzes 5 eintreiben, um letztendlich den vom ersten Antriebsaggregat 18 bereitgestellten Teil der Antriebsleistung der mit variabler Drehzahl anzutreibenden Arbeitsmaschine 19 bereitzustellen.
Wie bereits ausgeführt, sind die Planetenwellen 11a, 11b im Planetenträger 4 gelagert. Der Planetenträger 4 ist dabei im Getriebegehäuse 9 über Wälzlager 8a, 8b drehbar gelagert und somit antreibbar. Der Antrieb des Planetenträgers 4 erfolgt über das zweite Antriebsaggregat 10, dessen Drehzahl bzw. Antriebsleistung der Drehzahl bzw. Antriebsleistung des an der Welle 1 angreifenden ersten Antriebsaggregats 18 überlagert wird. Wie bereits ausgeführt, wird das erste Antriebsaggregat 18, welches an der Welle 1 angreift, vorzugsweise mit fester bzw. konstanter Drehzahl angetrieben, wohingegen das zweite Antriebsaggregat 10, welches am Planetenträger 4 angreift, vorzugsweise mit variabler Drehzahl angetrieben wird.
Bei beiden Antriebsaggregaten 18, 10 handelt es sich vorzugsweise um Elektromotoren.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das zweite Antriebsaggregat 10 als Hohlwellenmotor ausgeführt, der direkt an den Planetenträger 4 angebaut ist.
Zwischen das zweite Antriebsaggregat 10 und den Planetenträger 4 kann auch eine Übersetzungsstufe geschaltet sein.
So zeigt 2 eine Abwandlung des Getriebes bzw. der Antriebsanordnung der 1, in welcher das zweite Antriebsaggregat 10 über eine Kegelradstufe 12 an den Planetenträger 4 des Getriebes 1 gekoppelt ist, wobei die Kegelradstufe 12 ein Kegelrad 14 und eine Kegelritzelwelle 13 umfasst.
3 zeigt eine weitere Abwandlung des Getriebes bzw. der Antriebsanordnung, in welcher das zweite Antriebsaggregat 10 über eine Stirnradstufe mit Stirnrad 17 und Ritzelwelle 16 an den Planetenträger 4 des Getriebes gekoppelt ist, um denselben anzutreiben.
Wie bereits ausgeführt, ist die Drehzahl des Planetenträgers 4 über das zweite Antriebsaggregat 10 variabel einstellbar, wodurch eine in einem Bereich variabel einstellbarer Abtriebsdrehzahl an der Weile 7 zum Antrieb der Arbeitsmaschine 19 erreicht wird, nämlich durch Überlagerung der Drehzahl bzw. Antriebsleistung des zweiten Antriebsaggregats 10 mit bzw. zur Drehzahl bzw. Antriebsleistung der an der Welle 1 vom ersten Antriebsaggregat 18 bereitgestellten Drehzahl bzw. Antriebsleistung. Es kann das zweite Antriebsaggregat sowohl motorisch, wie auch generatorisch oder in einer Kombination betrieben werden.
Eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Getriebes zeigt 4, wobei sich das Ausführungsbeispiel der 4 vom Ausführungsbeispiel der 1 dadurch unterscheidet, dass die an der Welle 1 von dem ersten Antriebsaggregat 18 bereitgestellte Antriebsleistung nicht über ein Sonnenrad, sondern vielmehr über ein Hohlrad 2a des ersten Planetenradsatzes 3 die Planetenräder 3a, 3b des ersten Planetenradsatzes 3 antreibt. Hinsichtlich aller übrigen Details stimmt das Ausführungsbeispiel der 4 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 überein.
Obwohl nicht gezeigt, kann beim Ausführungsbeispiel der 4 zwischen das zweite Antriebsaggregat 10 und den Planetenträger 4 in Übereinstimmung zu den Ausführungsbeispielen der 2 und 3 auch eine Übersetzungsstufe in Form einer Kegelradstufe 12 oder Stirnradstufe 15 geschaltet sein.
Die erfindungsgemäßen Getriebe sind als Überlagerungsgetriebe ausgeführt. Bei den gezeigten Getrieben handelt es sich jeweils um Differenzialgetriebe mit zwei Planetenradsätzen 3, 5, wobei das Getriebe zwischen zwei Antriebsaggregate 18, 10 und eine Arbeitsmaschine 19 geschaltet ist, um die Arbeitsmaschine 19 mit Variabel einstellbarer Drehzahl anzutreiben. Eine der Antriebsaggregate wird mit konstanter Drehzahl und das andere Antriebsaggregat mit variabler Drehzahl angetrieben. Obwohl nicht bevorzugt, ist es auch möglich, beide Antriebsaggregate mit variabel einstellbarer Drehzahl auszuführen.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen treibt das erste Antriebsaggregat 18 entweder über ein Sonnenrad 2 oder ein Hohlrad 2a in die Planetenräder 3a, 3b der ersten Planetenradstufe 3 ein. Das zweite Antriebsaggregat 10 treibt jeweils in den im Gehäuse 9 drehbar gelagerten Planetenträger 4 ein. Der Abtrieb erfolgt über den zweiten Planetenradsatz 5 des Getriebes zur Arbeitsmaschine 19 hin.
Bezugszeichenliste

1: Welle
1a: Wellenflansch
2: Sonnenrad
2a: Hohlrad
3: Planetenradsatz
3a: Planetenrad
3b: Planetenrad
4: Planetenträger
5: Planetenradsatz
5a: Planetenrad
5b: Planetenrad
6: Sonnenrad
7: Welle
7a: Wellenflansch
8a: Lager
8b: Lager
9: Getriebegehäuse
10: Antriebsaggregat
11a: Planetenwelle
11b: Planetenwelle
12: Kegelradstufe
13: Kegelritzelwelle
14: Kegelrad
15: Stirnradstufe
16: Ritzelwelle
17: Stirnrad
18: Antriebsaggregat
19: Arbeitsmaschine

Claims

Getriebe für eine Antriebsanordnung einer Arbeitsmaschine zum Antreiben der Arbeitsmaschine mit variabel einstellbarer Drehzahl, mit einem ersten Planetenradsatz (3), an den ein erstes Antriebsaggregat (18) koppelbar ist, mit einem zweiten Planetenradsatz (5), an den die Arbeitsmaschine (19) koppelbar ist, wobei der erste Planetenradsatz (3) und der zweite Planetenradsatz (5) jeweils Planetenräder (3a, 3b, 5a, 5b) aufweisen, die auf mindestens zwei gemeinsamen Planetenwellen (11a, 11b), die in einem Planetenträger (4) gelagert sind, angeordnet sind; wobei der Planetenträger (4) in einem Getriebegehäuse (9) drehbar gelagert und von einem zweiten Antriebsaggregat (10) antreibbar ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (3) ein Sonnenrad (2) aufweist, an welches das erste Antriebsaggregat (18) koppelbar ist, wobei das Sonnenrad (2) des ersten Planetenradsatzes (3) in die auf den Planetenwellen (11a, 11b) angeordneten Planetenräder (3a, 3b) des ersten Planetenradsatzes (3) kämmt.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (3) ein Hohlrad (2a) aufweist, an welches das erste Antriebsaggregat (18) koppelbar ist, wobei das Hohlrad (2a) des ersten Planetenradsatzes (3) in die auf den Planetenwellen (11a, 11b) angeordneten Planetenräder (3a, 3b) des ersten Planetenradsatzes (3) kämmt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenradsatz (5) ein Sonnenrad (6) aufweist, an welches die Arbeitsmaschine (19) koppelbar ist, wobei das Sonnenrad (6) des zweiten Planetenradsatzes (5) in die auf den Planetenwellen (11a, 11b) angeordneten Planetenräder (5a, 5b) des zweiten Planetenradsatzes (5) kämmt.
Antriebsanordnung einer mit variabel einstellbarer Drehzahl anzutreibenden Arbeitsmaschine mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem an den ersten Planetenradsatz (3) des Getriebes gekoppelten ersten Antriebsaggregat (18), mit einer an den zweiten Planetenradsatz (5) des Getriebes gekoppelten Arbeitsmaschine (19), mit einem an den Planetenträger (4) des Getriebes gekoppelten zweiten Antriebsaggregat (10), dessen Drehzahl einer von der Drehzahl des ersten Antriebsaggregat (18) abhängigen Drehzahl überlagerbar ist, wobei das erste Antriebsaggregat (18) und/oder das zweite Antriebsaggregat (10) mit variabel einstellbarer Drehzahl antreibbar sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsaggregat (18) mit konstanter Drehzahl und das zweite Antriebsaggregat (10) mit variabler Drehzahl antreibbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (10) als Hohlwellenmotor direkt an den Planetenträger (4) gekoppelt ist und denselben antreibt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (10) über eine Kegelradstufe (12) an den Planetenträger (4) gekoppelt ist und denselben antreibt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (10) über eine Stirnradstufe (15) an den Planetenträger (14) gekoppelt ist und denselben antreibt.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsaggregat (18) und das zweite Antriebsaggregat (10) Elektromotoren sind.