-
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem insbesondere für Anwendungen mit hoher Drehzahl. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems.
-
Aus der Praxis bekannte Antriebssysteme, die insbesondere mit Strömungsmaschinen wie Turbinen und Verdichtern zusammenwirken, und die Antriebsleistungen von mehr als 1 MW, insbesondere Antriebsleistungen zwischen 1 MW und 10 MW, übertragen, benötigen viel Bauraum, sind schwer und teuer. Dies gilt sowohl für Antriebssysteme, die von einer Turbine bereitgestellte Leistung in Richtung auf einen Generator übertragen, als auch für Antriebssysteme, die ausgehend von einer elektrischen Maschine Antriebsleistung in Richtung auf einen Verdichter oder in Richtung auf eine Zentrifugalpumpe übertragen. Es besteht daher Bedarf an einem Antriebssystem, welches auch bei Übertragung von Antriebsleistungen von mehr als 1 MW relativ wenig Bauraum benötigt, ein relativ geringes Gewicht aufweist und kostengünstig ist.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem nach Anspruch 1 gelöst.
-
Das Antriebssystem weist mindestens eine Antriebseinheit auf.
-
Die mindestens eine Antriebseinheit des Antriebssystems weist jeweils folgendes auf: Eine zentrale Welle. Ein zentrales Zahnrad, das mit der zentralen Welle derart verbunden ist, dass das zentrale Zahnrad mit der Drehzahl der zentralen Welle rotiert. Mindestens zwei und maximal vier, also zwei oder drei oder vier, dezentrale Zahnräder, die über den Umfang des zentralen Zahnrads verteilt sind und mit dem zentralen Zahnrad derart in Eingriff stehen, dass die Drehzahl des zentralen Zahnrads mindestens dem 0,5-fachen der Drehzahl der dezentralen Zahnräder entspricht. Mehrere, nämlich mindestens zwei und maximal acht, elektrische Maschinen, die mit einer Drehzahl von mindestens 4.000 U/min betreibbar sind, wobei jedes dezentrale Zahnrad jeweils mit einer einzigen elektrischen Maschine oder mit zwei elektrischen Maschinen direkt und übersetzungslos gekoppelt ist.
-
Das Antriebssystem verfügt je Antriebseinheit über die zentrale Welle, das mit der zentralen Welle rotierende zentrale Zahnrad, die dezentralen Zahnräder sowie die elektrischen Maschinen, die direkt und übersetzungslos mit den dezentralen Zahnrädern gekoppelt sind.
-
Die dezentralen Zahnräder der jeweiligen Antriebseinheit stehen mit dem zentralen Zahnrad der jeweiligen Antriebseinheit derart in Eingriff, sodass die Drehzahl des zentralen Zahnrads mindestens dem 0,5-fachen der Drehzahl der dezentralen Zahnräder entspricht, die mit derselben Drehzahl rotieren wie die elektrischen Maschinen der jeweiligen Antriebseinheit. Die elektrischen Maschinen der jeweiligen Antriebseinheit rotieren dabei mit einer Drehzahl von mindestens 4.000 U/min, woraus folgt, dass Drehzahl der zentralen Welle bei mindestens 2.000 U/min liegt. Ein Antriebssystem bzw. eine Antriebseinheit, dessen bzw. deren zentrale Welle mit einer Drehzahl von mindestens 2.000 U/min dreht, ist ein Antriebssystem bzw. eine Antriebseinheit für Anwendungen mit hoher Drehzahl. Das erfindungsgemäße Antriebssystem kann auf marktübliche und kostengünstige elektrische Maschinen zurückgreifen und kann daher mit relativ geringen Kosten umgesetzt werden. Ferner baut ein derartiges Antriebssystem relativ leicht und benötigt wenig Bauraum.
-
Die erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin begründet, dass konventionelle Antriebslösungen wesentlich langsamer laufende elektrische Maschinen verwenden, die für dieselbe Leistung wesentlich höhere Drehmomente benötigen. Verwendet man schneller laufende elektrischen Maschinen, die wie erfindungsgemäß vorgeschlagen mit einer Drehzahl von mindestens 4.000 U/min rotieren, so entstehen deutlich kleinere Bauteile.
-
Nachdem die Drehzahl von Turbinen oder Verdichtern ohnehin hoch ist, werden auch Übersetzungsgetriebe kleiner und leichter, weil sie mit den geringen Drehmomenten schnell laufender elektrischer Maschinen arbeiten.
-
Schnelllaufende elektrische Maschinen sind in Sonderkonstruktion bekannt und können getriebelos mit Turbinen oder Verdichtern gekoppelt werden. Solche elektrischen Maschinen bringen jedoch erhebliche rotordynamische Herausforderungen mit sich, erfordern eine aufwändige Lagerungstechnik und sind äußerst kostspielig.
-
Es wird einerseits eine Modularisierung des Antriebssystems in Antriebseinheiten und andererseits eine Modularisierung der Antriebseinheiten in die mehreren elektrischen Maschinen und dezentralen Zahnräder vorgeschlagen. So ist es möglich, auf relativ kompakte, leichte und kostengünstige Standardkomponenten beim Aufbau eines Antriebssystems zuzugreifen, welches eine Antriebsleistung von mindestens 1 MW bereitstellt. Anstelle einer Sonderkonstruktion werden gängige Serienteile kleiner Teilleistungen zu einer der Antriebsaufgabe entsprechenden Gesamtleistung zusammengefasst.
-
Die mindestens eine Antriebseinheit umfasst ferner zugehörige Lager für die zentrale Welle und die dezentralen Wellen. Ferner umfasst die mindestens eine Antriebseinheit ein insbesondere ölführendes Gehäuse.
-
Wenn das Antriebssystem mehrere Antriebseinheiten aufweist, sind alle Antriebseinheiten untereinander identisch. Innerhalb einer Antriebseinheit sind die dezentralen Zahnräder, Lager und insbesondere auch die elektrischen Maschinen identisch.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung stehen die dezentralen Zahnrädern der jeweiligen Antriebseinheit mit dem zentralen Zahnrad der jeweiligen Antriebseinheit derart in Eingriff, dass die Drehzahl des zentralen Zahnrads zwischen dem 0,5-fachen und 4,0-fachen, bevorzugt zwischen dem 0,8-fachen und 3,0-fachen, besonders bevorzugt mehr als dem 1 ,0-fachen und maximal dem 2,5-fachen, der Drehzahl der dezentralen Zahnräder entspricht.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass auch Kombinationen dieser obigen Teilbereiche miterfasst sind, derart, dass die Drehzahl des zentralen Zahnrads der jeweiligen Antriebseinheit insbesondere zwischen dem 0,5-fachen und 3,0-fachen, zwischen dem 0,5-fachen und 2,5-fachen, zwischen dem 0,8-fachen und 4,0-fachen, zwischen dem 0,8-fachen und 2,5-fachen, mehr als dem 1 ,0-fachen und maximal dem 4,0-fachen, mehr als dem 1 ,0-fachen und maximal dem 3,0-fachen, zwischen dem 2,5-fachen und dem 4,0-fachen oder auch zwischen dem 3,0-fachen und dem 4,0-fachen der Drehzahl der dezentralen Zahnräder der jeweiligen Antriebseinheit entspricht.
-
Dann, wenn das zentrale Zahnrad der jeweiligen Antriebseinheit schneller als die dezentralen Zahnräder und damit die elektrischen Maschinen der jeweiligen Antriebseinheit dreht, stellt das Antriebssystem bzw. die jeweilige Antriebseinheit, bei welchem bzw. bei welcher die elektrischen Maschinen als Elektromotoren Antriebsleistung in Richtung auf zum Beispiel einen Verdichter übertragen, eine Übersetzung ins Schnellere bereit. Insbesondere für diesen Anwendungsfall kann besonders kostengünstig bei besonders geringem Gewicht und besonders geringem Bauraum ein Antriebssystem zum Antreiben eines Verdichters ausgehend von mehreren insbesondere identischen elektrischen Maschinen bereitgestellt werden.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Antriebssystem mehrere in Reihe geschaltete Antriebseinheiten auf, wobei die zentralen Wellen der Antriebseinheiten gekoppelt sind. Ist mehr Antriebsleistung zu übertragen, als eine einzige Antriebseinheit übertragen kann, so umfasst das Antriebssystem mehrere in Reihe geschaltete Antriebseinheiten. Durch diese Modularität des Antriebssystems sowie durch die Modularität der Antriebseinheiten können Bauraum, Kosten und Gewicht im Vergleich zu konventionellen Antriebssystemen eingespart werden.
-
Vorzugsweise sind die elektrischen Maschinen der jeweiligen Antriebseinheit Antriebsmotoren, welche die dezentralen Zahnräder antreiben, wobei die zentrale Welle der jeweiligen Antriebseinheit eine Abtriebswelle ist, an die als anzutreibendes Aggregat vorzugsweise ein Verdichter oder eine Zentrifugalpumpe koppelbar ist.
-
Alternativ sind die elektrischen Maschinen der jeweiligen Antriebseinheit Generatoren, welche über die dezentralen Zahnräder antreibbar sind, wobei die zentrale Welle der jeweiligen Antriebseinheit eine Antriebswelle ist, an die als Antriebsaggregat vorzugsweise eine Turbine koppelbar ist.
-
Besonders bevorzugt kommt die Erfindung dann zum Einsatz, wenn die elektrischen Maschinen als Antriebsaggregate dienen, um ein mit der zentralen Welle gekoppeltes, anzutreibendes Aggregat, zum Beispiel einen Verdichter oder eine Zentrifugalpumpe, anzutreiben. In diesem Fall ist eine Übersetzung zwischen den dezentralen Zahnrädern und dem zentralen Zahnrad so ausgelegt, sodass dann ausgehend von den elektrischen Maschinen gesehen eine Übersetzung ins Schnellere erfolgt, sodass also das zentrale Zahnrad der jeweiligen Antriebseinheit mit höherer Drehzahl rotiert als die elektrischen Maschinen der jeweiligen Antriebseinheit. So kann bei elektrischen Maschinen, die mit einer Drehzahl von mindestens 4.000 U/min betrieben werden, an der zentralen Welle und damit an dem anzutreibenden Aggregat eine Drehzahl von zum Beispiel 16.000 U/min bereitgestellt werden.
-
Die elektrischen Maschinen der jeweiligen Antriebseinheit sind vorzugsweise Synchronmaschinen mit einem Frequenzumrichter.
-
Das Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems ist in Anspruch 10 definiert. Über eine Anpassung der Frequenz der Frequenzumrichter können Ausgangsdrehzahlen der elektrischen Maschinen bei Nennbedingungen einfach in einer Bandbreite von 4.000 bis 9.000 U/min variiert werden. Da unterschiedliche Ausgangsdrehzahlen der elektrischen Maschinen zur Verfügung stehen, kann ein immer gleiches Antriebssystem für eine große Bandbreite an Anwendungen mit identischer Ausführung des Antriebssystems verwendet werden. Da projektspezifische Anpassungen Kosten erzeugen, die mit jedem weiteren Projekt wieder neu entstehen, entsteht hier ein weiteres Einsparpotential.
-
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 eine Seitenansicht einer Antriebseinheit eines Antriebssystems;
- 2 eine perspektivische Ansicht der Antriebseinheit 1 mit teilweise demontierten elektrischen Maschinen;
- 3 ein Detail der Antriebseinheit der 1, 2 im Bereich der Befestigung einer der elektrischen Maschinen;
- 4 eine gegenüber 1 und 90° gedrehte Ansicht der Antriebseinheit;
- 5 ein Detail der Antriebseinheit der 1, 2 im Bereich eines dezentralen Zahnrads und von zwei elektrischen Maschinen;
- 6 eine perspektivische Ansicht eines Antriebssystems mit drei in Reihe gekoppelten Antriebseinheiten; und
- 7 eine Seitenansicht des Antriebssystems der 6.
-
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit mindestens einer Antriebseinheit. Das Antriebssystem kann mehrere identische Antriebseinheiten aufweisen.
-
Das erfindungsgemäße Antriebssystem kommt vorzugsweise in Verbindung mit Strömungsmaschinen zum Einsatz, und zwar um entweder ausgehend von, als Antriebsmotoren ausgebildeten elektrischen Maschinen motorische Antriebsleistung in Richtung auf einen Verdichter zu übertragen, oder um ausgehend von einer Turbine mechanische Antriebsleistung in Richtung auf, als Generatoren ausgebildete elektrische Maschinen zu übertragen.
-
Die zu übertragende Antriebsleistung beträgt dabei mehr als 1 MW, bevorzugt zwischen 1 MW und 10 MW, vorzugsweise zwischen 2,5 MW und 10 MW.
-
1 bis 4 zeigen schematisiert unterschiedliche Ansichten und Details eines Antriebssystems 10 mit einer Antriebseinheit 11.
-
Die Antriebseinheit 11 verfügt über eine zentrale Welle 12. Die zentrale Welle 12 ist in einem Gehäuse 13 der Antriebseinheit 11 drehbar gelagert. Gemäß 1, 2 ist das Gehäuse 13 in zwei Gehäusehälften 14, 15 geteilt.
-
Die Antriebseinheit 11 verfügt weiterhin über ein zentrales Zahnrad 16 (siehe 5), welches mit der zentralen Welle 12 verbunden ist und zusammen mit der zentralen Welle 12 rotiert. Das zentrale Zahnrad 16 ist mit der zentralen Welle 12 direkt und übersetzungslos verbunden.
-
Die Antriebseinheit 11 verfügt ferner über mindestens zwei und maximal vier, also zwei, drei oder vier, dezentrale Zahnräder 17, die über den Umfang des zentralen Zahnrads 16 vorzugsweise gleichförmig verteilt sind mit dem zentralen Zahnrad 16 in Eingriff stehen, derart, dass die Drehzahl des zentralen Zahnrads 16 mindestens dem 0,5-fachen der Drehzahl der dezentralen Zahnräder 17 entspricht. Vier dezentrale Zahnräder 17, die über den Umfang des zentralen Zahnrads 16 gleichförmig verteilt sind, sind bevorzugt.
-
Vorzugsweise stehen die dezentralen Zahnräder 17 mit dem zentralen Zahnrad 16 derart in Eingriff, dass die Drehzahl des zentralen Zahnrads 16 mindestens dem 0,8-fachen, besonders bevorzugt mehr als das1,0-fache, der Drehzahl der dezentralen Zahnräder 17 entspricht.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die dezentralen Zahnrädern 17 der Antriebseinheit 11 mit dem zentralen Zahnrad 16 der Antriebseinheit 11 derart in Eingriff stehen, dass die Drehzahl des zentralen Zahnrads 16 zwischen dem 0,5-fachen und 4,0-fachen, bevorzugt zwischen dem 0,8-fachen und 3,0-fachen, besonders bevorzugt mehr als dem 1,0-fachen und maximal dem 2,5-fachen, der Drehzahl der dezentralen Zahnräder 17 entspricht.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass auch Kombinationen dieser obigen Teilbereiche miterfasst sind, derart, dass die Drehzahl des zentralen Zahnrads 16 der jeweiligen Antriebseinheit 11 insbesondere zwischen dem 0,5-fachen und 3,0-fachen, zwischen dem 0,5-fachen und 2,5-fachen, zwischen dem 0,8-fachen und 4,0-fachen, zwischen dem 0,8-fachen und 2,5-fachen, mehr als dem 1,0-fachen und maximal dem 4,0-fachen, mehr als dem 1,0-fachen und maximal dem 3,0-fachen, zwischen dem 2,5-fachen und dem 4,0-fachen oder auch zwischen dem 3,0-fachen und dem 4,0-fachen der Drehzahl der dezentralen Zahnräder 17 der jeweiligen Antriebseinheit 11 entspricht.
-
Die dezentralen Zahnrädern 17 der Antriebseinheit 11 stehen mit dem zentralen Zahnrad 16 direkt oder unmittelbar in Eingriff. Die dezentralen Zahnrädern 17 der Antriebseinheit 11 kämmen also ohne Zwischenschaltung weiterer Zahnräder in das zentrale Zahnrad 16 der Antriebseinheit 11.
-
Die Antriebseinheit 11 verfügt weiterhin über mehrere, nämlich mindestens zwei und maximal acht, elektrische Maschinen 18. Jedes dezentrale Zahnrad 17 ist mit einer einzigen elektrischen Maschine 18 oder, wie im Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 gezeigt, mit zwei elektrischen Maschinen 18 direkt und übersetzungslos gekoppelt. Die Drehzahl der elektrischen Maschinen 18 entspricht der Drehzahl der dezentralen Zahnräder 17.
-
5 zeigt ein Detail der Antriebseinheit 11 im Bereich eines dezentralen Zahnrads 17, welches mit zwei elektrischen Maschinen 18 direkt und übersetzungslos gekoppelt ist. Das dezentrale Zahnrad 17, welches in 5 gezeigt ist, ist mit einer Welle 19 verbunden, die an beiden Enden direkt und übersetzungslos mit einer jeweiligen elektrischen Maschine 18 gekoppelt ist. Diese Welle 19 ist im Gehäuse 13 drehbar gelagert, und zwar über Lager 20.
-
Die elektrischen Maschinen 18 der Antriebseinheit 11 rotieren dabei mit einer Drehzahl von mindestens 4.000 U/min. Die Drehzahl der zentralen Welle 12 der jeweiligen Antriebseinheit 11 beträgt mindestens 2.000 U/min. Ein Antriebssystem 10 bzw. eine Antriebseinheit 11, dessen bzw. deren zentrale Welle 12 mit einer Drehzahl von mindestens 2.000 U/min dreht, ist ein Antriebssystem 10 bzw. eine Antriebseinheit 11 für Anwendungen mit hoher Drehzahl.
-
Dann, wenn die elektrischen Maschinen 18 eine Drehzahl von 4.000 U/min aufweisen und eine Übersetzung zwischen den dezentralen Zahnrädern 17 und dem zentralen Zahnrad 16 4,0 beträgt, beträgt dann die Drehzahl der zentralen Welle 12 16.000 U/min. Bei einer Übersetzung von 4,0 entspricht die Drehzahl des zentralen Zahnrads 16 und damit der zentralen 12 Welle dem 4,0-fachen der Drehzahl der dezentralen Zahnräder 17 und damit der der elektrischen Maschinen 18. Bei höheren Drehzahlen der elektrischen Maschinen 18 können selbstverständlich höhere Drehzahlen an der zentralen Welle 16 realisiert werden.
-
Vorzugsweise ist eine Welle einer jeweiligen elektrischen Maschine 18 der jeweiligen Antriebseinheit 11 direkt mit dem jeweiligen dezentralen Zahnrad 17, nämlich mit der das jeweilige dezentrale Zahnrad 17 tragenden Welle 19 gekoppelt, wobei die jeweilige elektrische Maschine am Gehäuse 13 der jeweiligen Antriebseinheit 11 befestigt ist.
-
Jede Antriebseinheit 11 hat vorzugweise zwei Zentrallager für die zentrale Welle 12, die zumindest Radiallager und gegebenenfalls ein Axiallager umfassen.
-
Wie bereits ausgeführt ist jede Welle 19, die mit einem dezentralen Zahnrad 17 verbunden ist, im Gehäuse 13 über die Lager 20 drehbar gelagert. Die Lager 20 umfassen zumindest Radiallager und gegebenenfalls auch Axiallager.
-
Die elektrischen Maschinen 18 sind vorzugsweise über Steckverzahnungen an diese Welle 19 angekoppelt.
-
Gemäß 3 sind die elektrischen Maschinen 18 über Büchsen 21 mit dem Gehäuse 13 der Antriebseinheit 11 verbunden. Die elektrischen Maschinen 18 können leicht montiert und demontiert werden, nämlich in horizontaler Richtung.
-
Die elektrischen Maschinen 18 können Leistungen von insbesondere bis zu 500 kW bereitstellen bzw. aufnehmen. Vorzugsweise beträgt die Leistung jeder der elektrischen Maschinen 18 zwischen 100 kW und 500 kW, insbesondere zwischen 100 kW und 350 kW oder zwischen 350 kW und 500 kW. Die elektrischen Maschinen 18 können auch Leistungen von mehr als 500 kW aufweisen.
-
Beträgt die Leistungen einer elektrischen Maschine z.B. 300 kW, so die Gesamtleistung der in 1 bis 4 gezeigten Antriebseinheit 11, die über acht identische elektrische Maschinen 18 verfügt, 2,4 MW.
-
Wird mehr Leistung benötigt, so kann ein Antriebssystem 10 aus mehreren in Reihe geschalteten Antriebseinheiten 11 bereitgestellt werden. Verfügt jede Antriebseinheit über 2,4 MW, so kann durch vier in Reihe geschaltete Antriebseinheiten eine Leistung von 9,6 MW bereitgestellt werden.
-
6 und 7 zeigen ein Antriebssystem 10 mit drei in Reihe geschalteten Antriebseinheiten 11. Gemäß 7 sind die zentralen Wellen 12 der geschalteten Antriebseinheiten 11 über Kupplungen 22 aneinander gekuppelt.
-
Die Kupplungen 22 können schaltbare Kupplungen 22 oder auch feste, nicht schaltbare Kupplungen 22 sein. Die Kupplungen 22 können von einer Kupplungsverschalung mit Ölablauföffnungen umgeben sein.
-
In 6 und 7 ist unter jedem Gehäuse 13 der jeweiligen Antriebseinheit 11 ein bzw. deren Aufnahmebock 23 und eine Schmierölversorgung und/oder Kühlölversorgung angeordnet. Die Zentrallager der jeweiligen Antriebseinheit 11 sind über den jeweiligen Aufnahmebock 23 abgestützt.
-
Wie bereits ausgeführt, ist das Gehäuse 13 der jeweiligen Antriebseinheit 11 geteilt, und zwar vorzugsweise vertikal. Auch eine horizontale Trennung wäre möglich.
-
Die dezentralen Zahnräder 17 sind vorzugsweise gleichförmig verteilt am Umfang des zentralen Zahnrads 16 angeordnet. Eine Gerade durch die Drehachsen oder Mittelpunkte von zwei sich diametral am zentralen Zahnrad 16 gegenüberliegenden dezentralen Zahnrädern 17 schneidet die Drehachse oder den Mittepunkt des zentralen Zahnrads 16. Die Drehachsen der dezentralen Zahnräder 17 oder der elektrischen Maschinen 18 verlaufen orthogonal zu einer Trennebne des Gehäuses 13. Bei vier dezentralen Zahnräder 17 sind die Drehachsen oder Mittelpunkte derselben in zwei parallelen Ebenen angeordnet. In jeder dieser beiden Ebenen sind die Drehachsen oder Mittelpunkte von zwei dezentralen Zahnrädern 17 positioniert. Diese Symmetrie ist besonders bevorzugt und Lagerbelastungen so gering wie möglich zu halten.
-
In einer ersten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrischen Maschinen 18 der Antriebseinheit 11 Antriebsmotoren sind, welche die dezentralen Zahnräder 17 übersetzungslos antreiben. In diesem Fall treiben dann die dezentralen Zahnräder 17 das zentrale Zahnrad 16 und die zentrale Welle12 an, wobei dann an die zentrale Welle 12 ein anzutreibendes Aggregat gekoppelt ist, vorzugsweise ein Verdichter oder eine Zentrifugalpumpe.
-
In einer zweiten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei den elektrischen Maschinen 18 der jeweiligen Antriebseinheit 11 um Generatoren handelt, welche über die dezentralen Zahnräder 17 angetrieben werden. In diesem Fall ist dann an die zentrale Welle 12 ein Antriebsaggregat gekoppelt, welches die zentrale Welle 12, über die zentrale Welle 12 das zentrale Zahnrad 16, über das zentrale Zahnrad 16 die mit dem zentralen Zahnrad 16 in Eingriff stehenden dezentralen Zahnräder 17 und so letztendlich als Generatoren dienenden elektrischen Maschinen 18 antreibt. Als Antriebsaggregat ist dann vorzugsweise eine Turbine an die zentrale Welle 12 gekoppelt.
-
Das Antriebssystem 10 zeichnet sich durch eine hohe Modularität aus. Abhängig von der benötigten Leistung umfasst das Antriebssystem 10 eine oder mehrere Antriebseinheiten 11. Bei mehreren Antriebseinheiten 11 sind diese untereinander identisch aufgebaut. Jede Antriebseinheit 11 verfügt über die zentrale Welle 12, das zentrale Zahnrad 16 sowie über zwischen zwei und vier dezentrale Zahnräder 17, die mit dem zentralen Zahnrad 16 in Eingriff stehen und direkt und übersetzungslos mit jeweils einem oder jeweils zwei elektrischen Maschinen 18 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 18 einer Antriebseinheit 11 sind dabei vorzugsweise identisch. Die dezentralen Zahnräder 17 sind identisch und vorzugsweise gleichförmig verteilt am Umfang des zentralen Zahnrads 16 angeordnet. Unter Zugriff auf einfache, standardisierte Komponenten kann so bei hoher Leistung des Antriebssystems 10 ein kostengünstiges, leichtbauendes und wenig Bauraum beanspruchendes Antriebssystem bereitgestellt werden. Das Drehmoment an der zentralen Welle 12 ist maximal so groß wie die Summe der Momente, die von den einzelnen elektrischen Maschinen 18 bereitgestellt werden, dividiert durch die Übersetzung zwischen den dezentralen Zahnrädern 17 und dem zentralen Zahnrade 16.
-
Die elektrischen Maschinen 18 der jeweiligen Antriebseinheit 11 sind vorzugsweise als Synchronmaschinen mit Frequenzumrichter ausgeführt. Über eine Anpassung der Frequenz der Frequenzumrichter können Ausgangsdrehzahlen der elektrischen Maschinen 18 bei Nennbedingungen einfach in einer Bandbreite von 4.000 bis 9.000 U/min variiert werden. Außerdem ist das Anfahren der jeweiligen Antriebseinheit 11 mit dem gekoppelten Aggregat mit Hilfe eines Frequenzumrichters deutlich einfacher und stellt keine außergewöhnliche Belastung eines Stromnetzes dar. Da durch den Frequenzumrichter unterschiedliche Ausgangsdrehzahlen der elektrischen Maschinen 18 zur Verfügung stehen, kann ein immer gleiches Antriebssystem für eine große Bandbreite an Anwendungen mit identischer Ausführung des Antriebssystems verwendet werden. Da projektspezifische Anpassungen Kosten erzeugen, die mit jedem weiteren Projekt wieder neu entstehen, entsteht hier ein weiteres Einsparpotential. Vorzugsweise werden die elektrischen Maschinen 18 in einem sogenannten Eckpunkt derselben betrieben. Auch ein Betrieb der die elektrischen Maschinen 18 unterhalb und oberhalb des Eckpunkts ist möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Antriebssystem
- 11
- Antriebseinheit
- 12
- zentrale Welle
- 13
- Gehäuse
- 14
- Gehäuseoberteil
- 15
- Gehäuseunterteil
- 16
- zentrales Zahnrad
- 17
- dezentrales Zahnrad
- 18
- elektrische Maschine
- 19
- Welle
- 20
- Lager
- 21
- Büchse
- 22
- Kupplung
- 23
- Aufnahmebock
