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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für Anwendungen mit geringer Drehzahl und hohem Drehmoment.
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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Antriebssystem, welche insbesondere zum Antrieb einer Rollenpresse, zum Antrieb einer Kugelmühle oder Zuckermühle oder auch zum Antrieb eines Schiffspropellers oder als sonstiger Kraftantrieb zum Einsatz kommt. Eine solche Antriebseinheit stellt für das anzutreibende Aggregat, welches mit einer relativ langsam laufenden Welle der Antriebseinheit, die mit einer geringen Drehzahl von 5 U/min bis 450 U/min rotiert, gekoppelt ist, eine Antriebsleistung zwischen 1 MW und 20 MW, insbesondere zwischen 2 MW und 8 MW, bereit. Die Erfindung kann auch eine Antriebseinheit einer Windkraftanlage betreffen, die an einer relativ langsam laufenden Rotorwelle eine Antriebsleistung in der Größenordnung von mindestens 1 MW bereitstellt, die in elektrische Leistung umzuwandeln ist.
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Antriebseinheiten für Antriebssysteme mit solchen Antriebsleistungen benötigen viel Bauraum, sind schwer und teuer. Es besteht Bedarf an einer Antriebseinheit, welche relativ kostengünstig, leicht und kompakt ist.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Antriebseinheit zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit nach Anspruch 1 gelöst.
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Die Antriebseinheit weist folgendes auf: Eine zentrale Welle. Ein zentrales Zahnrad, das mit der zentralen Welle derart gekoppelt ist, dass das zentrale Zahnrad mit einer Drehzahl der zentralen Welle rotiert. Mindestens zwei dezentrale Zahnräder, die über den Umfang des zentralen Zahnrads verteilt sind und mit dem zentralen Zahnrad jeweils unter Bereitstellung einer Übersetzung derart in Eingriff stehen, dass die Drehzahl des zentralen Zahnrads kleiner ist als die Drehzahl der dezentralen Zahnräder. Mindestens zwei elektrische Maschinen, die eine Eckpunktdrehzahl von mindestens 4.000 U/min aufweisen, wobei jedes dezentrale Zahnrad jeweils mit einer einzigen elektrischen Maschine oder mit zwei elektrischen Maschinen unter Zwischenschaltung mindestens einer Übersetzungsstufe derart gekoppelt ist, dass die Drehzahl der dezentralen Zahnräder kleiner ist als die Drehzahl der elektrischen Maschinen.
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Die erfindungsgemäße Antriebseinheit verfügt über die zentrale Welle, das zentrale Zahnrad, die mindestens zwei dezentralen Zahnräder sowie die mindestens zwei elektrischen Maschinen, wobei zwischen jede elektrische Maschine und das jeweilige dezentrale Zahnrad mindestens eine Übersetzungsstufe gekoppelt ist.
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In der Antriebseinheit sind die dezentralen Zahnräder, die Übersetzungsstufen sowie die elektrischen Maschinen identisch. Dann, wenn in einem Antriebssystem mehrere Antriebseinheiten vorhanden sind, sind sämtliche Antriebseinheiten identisch aufgebaut.
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Die elektrischen Maschinen der Antriebseinheit weisen eine Eckpunktdrehzahl von mindestens 4.000 U/min auf. Vorzugsweise stellen die elektrischen Maschinen eine Basisleistung von mindestens 200 kW, insbesondere zwischen 200 kW und 800 kW, bereit. Diese Leistungen sind rein exemplarischer Natur.
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Dann, wenn ein Antriebssystem mehrere Antriebseinheiten aufweist, wird einerseits eine Modularisierung des Antriebssystems in die Antriebseinheiten und andererseits eine Modularisierung der Antriebseinheiten hinsichtlich der elektrischen Maschinen und Übersetzungsstufen vorgeschlagen. So ist es möglich, auf relativ kompakte, leichte und kostengünstige Standardkomponenten beim Aufbau eines Antriebssystems zuzugreifen, welches an einer langsam laufenden Welle, die mit einer geringen Drehzahl von 5 U/min bis 450 U/min rotiert, ein hohes Drehmoment bei einer Antriebsleistung von mindestens 1 MW bereitzustellen.
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Nach einer Weiterbildung ist die zentrale Welle der Antriebseinheit und damit auch das zentrale Zahnrad mit einer Drehzahl zwischen 5 U/min und 450 U/min, insbesondere zwischen 15 U/min und 150 U/min oder auch zwischen 20 U/min und 100 U/min, betreibbar. Die Übersetzung zwischen den dezentralen Zahnrädern und dem zentralen Zahnrad der Antriebseinheit und die Übersetzung der Übersetzungsstufen zwischen den dezentralen Zahnrädern und den elektrischen Maschinen der Antriebseinheit sind derart ausgelegt, dass die Drehzahl der dezentralen Zahnräder, die in Eingriff mit dem zentralen Zahnrad stehen, zwischen 100 U/min und 1.500 U/min, insbesondere zwischen 150 U/min und 1.200 U/min oder auch zwischen 200 U/min und 300 U/min, beträgt. Dies ist bevorzugt, um auf Standardkomponenten zuzugreifen und so eine leicht und kompakt bauende Antriebseinheit bei geringen Kosten bereitzustellen.
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Vorzugsweise ist jedes dezentrale Zahnrad der Antriebseinheit jeweils mit einer einzigen elektrischen Maschine gekoppelt, wobei die dezentralen Zahnräder über den Umfang des zentralen Zahnrads der Antriebseinheit derart verteilt und mit ihrer jeweiligen elektrischen Maschine der Antriebseinheit über die jeweilige mindestens eine Übersetzungsstufe derart gekoppelt sind, dass in Umfangsrichtung des zentralen Zahnrads gesehen die jeweilige elektrische Maschine und die jeweilige mindestens eine Übersetzungsstufe des jeweiligen dezentralen Zahnrads wechselweise entweder an einer ersten axialen Seite des zentralen Zahnrads oder auf einer gegenüberliegenden zweiten axialen Seite des zentralen Zahnrads angeordnet sind. Dies ist zur Gewährleistung einer möglichst kompakten Bauform der Antriebseinheit und damit eines Antriebssystems bevorzugt. Eine am Umfang des zentralen Zahnrads gleichmäßige Verteilung der dezentralen Zahnräder gewährleistet eine vorteilhafte Querkraftfreiheit an einer Lagerung des zentralen Zahnrads.
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Vorzugsweise weist die Antriebseinheit ein Gehäuse auf, in welchem die zentrale Welle und die dezentralen Zahnräder tragenden Wellen drehbar gelagert sind. Vorzugsweise ist die oder jede zwischen jedes dezentrale Zahnrad und die jeweilige elektrische Maschine geschaltete Übersetzungsstufe an dem Gehäuse der Antriebseinheit über einen Flansch befestigt, wobei die jeweilige elektrische Maschine an ihrer Übersetzungsstufe über einen Flansch befestigt ist. So kann auf separate Fundamente für die elektrischen Maschinen verzichtet werden. Das Drehmoment einer elektrischen Maschine wird am Gehäuse der Antriebseinheit aufgenommen. Dies dient der Bereitstellung einer kleinen, leichten und kostengünstigen Antriebseinheit.
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Nach einer ersten Variante der Erfindung sind die elektrischen Maschinen der Antriebseinheit Antriebsmotoren, welche die dezentralen Zahnräder der Antriebseinheit antreiben, wobei die zentrale Welle der Antriebseinheit eine Abtriebswelle ist, an die als anzutreibendes Aggregat vorzugsweise ein Schiffspropeller oder eine Rollenpresse oder eine Umformpresse oder eine Kugelmühle oder eine Zuckermühle koppelbar ist.
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Nach einer zweiten Variante der Erfindung sind die elektrischen Maschinen der Antriebseinheit Generatoren, welche über die dezentralen Zahnräder der Antriebseinheit antreibbar sind, wobei die zentrale Welle der Antriebseinheit eine Antriebswelle ist, an die als Antriebsaggregat vorzugsweise ein Rotor einer Windkraftanlage koppelbar ist. Auf einem Schiff können die elektrischen Maschinen der Antriebseinheit als Generatoren genutzt werden.
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Ein Antriebssystem kann mehrere derart parallel geschalteten Antriebseinheiten aufweisen, dass jede der Wellen der parallel geschalteten Antriebseinheiten für sich an einzutreibendes Aggregat koppelbar ist. Vorzugsweise weist ein Antriebssystem mehrere derart in Serie geschalteten Antriebseinheiten auf, dass die zentralen Wellen in Serie miteinander gekoppelt sind, wobei an eine dieser Wellen an einzutreibendes Aggregat koppelbar ist. So können Drehmomente an der zentralen Welle bereitgestellt werden, die mit konventionellen Antriebssystemen nicht oder nur mit großem Aufwand dargestellt werden können.
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Abhängig von der konkreten Anwendung des Antriebssystems können die Antriebseinheiten desselben parallel oder vorzugsweise in Serie geschaltet sein.
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Ein Antriebssystem mit parallel geschalteten Antriebseinheiten dient insbesondere dem Antreiben einer Rollenpresse. Ein Antriebssystem mit in Serie gekoppelten Antriebseinheiten dient insbesondere dem Antreiben einer Kugelmühle oder Zuckermühle mit großer Leistung. Auch bei einem Antriebssystem einer Windkraftanlage kommen vorzugsweise in Serie gekoppelte Antriebseinheiten zum Einsatz. Auf einem Schiff können sowohl in Serie gekoppelte als auch parallel geschaltete Antriebseinheiten zum Einsatz kommen.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit für ein Antriebssystems;
- 2 ein Detail der 1;
- 3 einen Schnitt durch ein zentrales Zahnrad und dezentrale Zahnräder einer Antriebseinheit;
- 4 einen Schnitt analog zu 3 durch zwei parallel geschaltete Antriebseinheiten;
- 5 eine Seitenansicht von zwei in Serie geschalteten Antriebseinheiten;
- 6 einen Ausschnitt aus einer weiteren Antriebseinheit in Seitenansicht.
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Die Erfindung betrifft ein Antriebseinheit für ein Antriebssystem mit einer relativ langsam laufenden zentralen Welle, an die ein anzutreibendes Aggregat oder ein Antriebsaggregat gekoppelt ist. Insbesondere beträgt die Drehzahl der langsam laufenden zentralen Welle des Antriebssystems zwischen 5 U/min und 450 U/min, insbesondere zwischen 15 U/min und 150 U/min oder zwischen 20 U/min und 100 U/min. An einer solchen langsam laufenden zentralen Welle soll eine Antriebsleistung von mindestens 1 MW, insbesondere eine Antriebsleistung zwischen 1 MW und 20 MW oder zwischen 2 MW und 8 MW, bereitgestellt werden.
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Eine derartige Antriebseinheit stellt eine Kraftantriebseinheit bereit, welche insbesondere dem Antreiben einer Rollenpresse, Umformpresse, Kugelmühle oder Zuckermühle dienen kann. Die Antriebseinheit kann auch als Schiffsantriebeinheit genutzt werden, um einen Schiffspropeller anzutreiben. Auch kann die Antriebseinheit eine Antriebseinheit einer Windkraftanlage sein.
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1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 11. Dann, wenn ein Antriebssystem 10 mehrere Antriebseinheiten 11 aufweist, sind alle Antriebseinheiten 11 vorzugsweise identisch aufgebaut.
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Die Antriebseinheit 11 verfügt über eine zentrale Welle 12, an die ein Aggregat koppelbar ist.
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Dann, wenn es sich bei dem an die zentrale Welle 12 gekoppelten Aggregat um ein anzutreibendes Aggregat wie einen Schiffspropeller oder eine Rollenpresse oder eine Umformpresse oder eine Kugelmühle oder eine Zuckermühle oder dergleichen handelt, ist die zentrale Welle 12 eine Abtriebswelle. Dann, wenn es sich bei dem an die zentrale Welle 12 gekoppelten Aggregat um einen Rotor einer Windkraftanlage oder dergleichen handelt, ist die zentrale Welle 12 eine Antriebswelle. Bei einer Anwendung auf einem Schiff kann eine Schiffswelle, die an die zentrale Welle 12 gekoppelt ist, sowohl Antriebswelle als auch Abtriebswelle sein.
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Die Antriebseinheit 11 verfügt weiterhin über ein zentrales Zahnrad 13. Das zentrale Zahnrad 13 ist mit der zentralen Welle 12 gekoppelt, nämlich direkt bzw. unmittelbar ohne Zwischenschaltung einer Übersetzungsstufe. Demnach entspricht die Drehzahl des zentralen Zahnrads 13 der Drehzahl der zentralen Welle 12.
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Die Antriebseinheit 11 verfügt weiterhin über mindestens zwei, vorzugsweise mindestens vier oder mindestens fünf, dezentrale Zahnräder 14, wobei in 1 zwei zentrale Zahnräder 14 sichtbar sind. Die dezentralen Zahnräder 14 sind über den Umgang des zentralen Zahnrads 13 verteilt, stehen alle mit dem zentralen Zahnrad 13 in Eingriff unter Bereitstellung einer solchen Übersetzung ein, dass die Drehzahl des zentralen Zahnrads 13 kleiner als die Drehzahl der dezentralen Zahnräder 14 ist und der geforderten Drehzahl des mit dem Antriebssystem zu koppelnden Aggregats entspricht.
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Die in 1 gezeigte Antriebseinheit 11 verfügt weiterhin über mindestens zwei, vorzugsweise mindestens vier oder mindestens fünf, elektrische Maschinen 15, die eine Eckpunktdrehzahl von mindestens 4.000 U/min aufweisen.
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Dann, wenn es sich bei dem an die zentrale Welle 12 gekoppelten Aggregat um ein anzutreibendes Aggregat wie eine Rollenpresse oder eine Umformpresse oder eine Kugelmühle oder eine Zuckermühle oder einen Schiffspropeller oder dergleichen handelt, sind die elektrische Maschinen 15 Antriebsmotoren.
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Dann, wenn es sich bei dem an die zentrale Welle 12 gekoppelten Aggregat um einen Rotor einer Windkraftanlage oder dergleichen handelt, sind die elektrische Maschinen 15 Generatoren. Bei Schiffsanwendungen können die elektrischen Maschinen 15 auch als Generatoren genutzt werden.
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Jedes dezentrale Zahnrad 14 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen mit jeweils einer einzigen elektrischen Maschine 15 unter Zwischenschaltung mindestens einer Übersetzungsstufe 17, 18 derart gekoppelt, dass die Drehzahl der dezentralen Zahnräder 16 kleiner ist als die Drehzahl der elektrischen Maschinen 15. Jedes dezentrale Zahnrad 14 kann auch mit zwei elektrischen Maschinen 15 gekoppelt sein. Die oder jede Übersetzungsstufe 17, 18, die zwischen das jeweilige dezentrale Zahnrad 14 und die jeweilige elektrischen Maschine 15 geschaltet ist, bildet ein Reduziergetriebe 16.
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In 1 sind vier elektrische Maschinen 15 gezeigt, wobei jede dieser vier elektrischen Maschinen 15 mit jeweils einem dezentralen Zahnrad 14 gekoppelt ist, welches in Eingriff mit dem zentralen Zahnrad 13 steht. 1 kann entnommen werden, dass die dezentralen Zahnräder 14 und die mit den dezentralen Zahnrädern 14 gekoppelten elektrischen Maschinen 15 und Übersetzungsstufen 17, 18 derart über den Umfang des zentralen Zahnrads 13 der Antriebseinheit 11 verteilt sind, das in Umfangsrichtung des zentralen Zahnrads 13 gesehen die jeweilige elektrische Maschine 15 und die oder jede Übersetzungsstufe 17, 18 des jeweiligen dezentralen Zahnrads 14 wechselweise entweder auf einer ersten axialen Seite des zentralen Zahnrads 13 oder auf einer gegenüberliegenden zweiten axialen Seite des zentralen Zahnrads 13 angeordnet ist.
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So sind die elektrischen Maschinen 15 und die Übersetzungsstufen 17, 18, die mit den in 1 sichtbaren dezentralen Zahnrädern 14 zusammenwirken, an einer ersten axialen Seite des dezentralen Zahnrads 13 angeordnet. Die elektrischen Maschinen 15 und die Übersetzungsstufen 17, 18, die mit den in 1 nicht sichtbaren dezentralen Zahnrädern 14 gekoppelt sind, sind hingegen auf der gegenüberliegenden zweiten axialen Seite des zentralen Zahnrads 13 der in 1 gezeigten Antriebseinheit 11 angeordnet.
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Ein derartiges wechselweises Versetzen der elektrischen Maschinen 15 zusammen mit der oder jeder Übersetzungsstufe 17, 18 für die einzelnen dezentralen Zahnräder 14 ist bevorzugt, um eine möglichst kompakte Bauform zu gewährleisten und über den Umfang des zentralen Zahnrads 13 möglichst viele dezentrale Zahnräder 14 mit entsprechenden elektrischen Maschinen 15 und jeweiliger Übersetzungsstufe 17, 18 anzuordnen. Es ist jedoch auch möglich, dass sämtliche elektrische Maschinen 15 mit ihren Übersetzungsstufen 17, 18 auf derselben axialen Seite des zentralen Zahnrads 13 angeordnet sind.
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Wenn das Antriebssystem 10 mehrere Antriebseinheiten 11 aufweist, sind alle Antriebseinheiten 11 identisch. In jeder Antriebseinheit 11 sind die dezentralen Zahnräder 14, die elektrischen Maschinen 15 und die oder jede Übersetzungsstufe 17, 18, welche die Reduziergetriebe 16 ausbilden, identisch.
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2 zeigt ein Detail der Antriebseinheit 11 im Bereich eines dezentralen Zahnrads 14, mit welchem unter Zwischenschaltung der Übersetzungsstufen 17, 18 eine elektrische Maschine 15 gekoppelt ist. In 2 sind zwei Übersetzungsstufen 17, 18 vorhanden, die beide als Planetenstufen ausgebildet sind. So treibt die elektrische Maschine 15 ein Sonnenrad 19 einer ersten Übersetzungsstufe 17 an, wobei das Sonnenrad 19 mit Planetenrädern 20 der ersten Übersetzungsstufe 17 und die Planetenräder 20 mit einem feststehenden Hohlrad 21 der ersten Übersetzungsstufe 17 in Eingriff stehen. Das jeweilige Planetenrad 20 ist auf einem Planetenträger 22 der ersten Übersetzungsstufe 17 gelagert.
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Die zweite Übersetzungsstufe 18 verfügt über ein Sonnenrad 23, welches mit dem Planetenträger 22 der ersten Übersetzungsstufe 17 gekoppelt ist und welches mit Planetenrädern 24 der zweiten Übersetzungsstufe 18 in Eingriff steht, wobei die Planetenräder 24 der zweiten Übersetzungsstufe 18 mit einem feststehenden Hohlrad 25 der zweiten Übersetzungsstufe 18 in Eingriff stehen. Das jeweilige Planetenrad 24 der zweiten Übersetzungsstufe 18 ist auf einem Planetenträger 26 der zweiten Übersetzungsstufe 18 gelagert, wobei der Planetenträger 26 der zweiten Übersetzungsstufe 18 mit einer Welle 27 gekoppelt ist, auf welcher das dezentrale Zahnrad 14 angeordnet ist.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der in 2 gezeigte Aufbau der Übersetzungsstufen 17, 18 exemplarischer Natur ist.
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Als Übersetzungsstufen können auch Stirnradstufen genutzt werden.
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Wie bereits ausgeführt, beträgt die Eckpunktdrehzahl der jeweiligen elektrischen Maschine 15 mindestens 4.000 U/min.
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Die jeweilige elektrische Maschine 15 ist unter Zwischenschaltung mindestens einer Übersetzungsstufe 17, 18 an das jeweilige dezentrale Zahnrad 14 gekoppelt. Die dezentralen Zahnräder 14 stehen unter Bereitstellung einer Übersetzung mit dem zentralen Zahnrad 13 in Eingriff, welches mit derselben Drehzahl rotiert wie die zentrale Welle 12, wobei die Drehzahl des zentralen Zahnrads 13 kleiner ist als die Drehzahl der dezentralen Zahnräder 14.
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Die Drehzahl der zentralen Welle 12 der jeweiligen Antriebseinheit 11 liegt dabei vorzugsweise zwischen 5 U/min und 450 U/min, insbesondere zwischen 15 U/min und 150 U/min oder zwischen 20 U/min und 100 U/min. Die Übersetzung zwischen den dezentralen Zahnrädern 14 und dem zentralen Zahnrad 13 der jeweiligen Antriebseinheit 11 sowie die oder jede Übersetzungsstufe 17, 18 zwischen dem jeweiligen dezentralen Zahnrad 14 und der jeweiligen elektrischen Maschine 15 sind derart ausgelegt, dass die dezentralen Zahnräder 14, die in Eingriff mit dem zentralen Zahnrad 13 stehen, mit einer Drehzahl betreibbar sind, die zwischen 100 U/min und 1.500 U/min, insbesondere zwischen 150 U/min und 1.200 U/min oder zwischen 200 U/min und 300 U/min beträgt.
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Jede elektrische Maschine 15 der in 1 gezeigten Antriebseinheit 11 ist identisch ausgeführt, weist also eine identische Eckpunktdrehzahl von mindestens 4.000 U/min auf, vorzugsweise unter Bereitstellung einer identischen Antriebsleistung in einer Größenordnung zwischen 100 kW und 800 kW, insbesondere in einer Größenordnung zwischen 250 kW und 800 kW oder in einer Größenordnung zwischen 300 kW und 500 kW.
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1 zeigt weiterhin, dass die jeweilige Antriebseinheit 11 ein Gehäuse 28 aufweist. Die zentrale Welle 12 ist in dem Gehäuse 28 drehbar gelagert. Das zentrale Zahnrad 13 rotiert zusammen mit der zentralen Welle 12 und ist demnach zusammen mit der zentralen Welle 12 im Gehäuse 28 drehbar gelagert.
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Ebenso sind die Wellen 27, die mit den dezentralen Zahnrädern 14 gekoppelt sind, im Gehäuse 28 der Antriebseinheit 11 drehbar gelagert, sodass demnach die dezentralen Zahnräder 14 zusammen mit ihren entsprechenden Wellen 27 im Gehäuse 28 der Antriebseinheit 11 drehbar gelagert sind.
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1 zeigt Lager 29 zur Lagerung der zentralen Welle 12 und damit zur Lagerung des zentralen Zahnrads 13 im Gehäuse 28 sowie Lager 30 zur Lagerung der Wellen 27 und damit der dezentralen Zahnräder 14 im Gehäuse 28.
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Die oder jede zwischen das jeweilige dezentrale Zahnrad 14 und die jeweilige elektrische Maschine 15 geschaltete Übersetzungsstufe 17, 18 greift an dem Gehäuse 28 der jeweiligen Antriebseinheit 11 an. Die jeweilige elektrische Maschine 15 greift der jeweiligen ersten Übersetzungsstufe 17 bzw. der einzigen Übersetzungsstufe an. Die elektrischen Maschinen 15 sind demnach nicht an separaten Fundamenten aufgenommen, vielmehr greifen die elektrischen Maschinen 15 und über die jeweiligen Übersetzungsstufen 17, 18 an dem Gehäuse 28 der jeweiligen Antriebseinheit 11 an.
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3 zeigt einen Querschnitt durch einer Antriebseinheit 11 mit einer zentralen Welle 12, einem zentralen Zahnrad 13 und mehreren mit dem zentralen Zahnrad 13 in Eingriff stehenden dezentralen Zahnrädern 14, wobei wiederum jedes dezentrale Zahnrad 14 unter Zwischenschaltung mindestens einer Übersetzungsstufe 17, 18 mit einer einzigen elektrischen Maschine 15 gekoppelt ist bzw. in Wirkverbindung steht. In 3 sind sechs dezentrale Zahnräder 14 und demnach sechs elektrische Maschinen 15 mit entsprechenden Übersetzungsstufen 17, 18 vorhanden, wobei in 3 die dezentralen Zahnräder 14 über den Umfang des zentralen Zahnrads 13 gleichförmig verteilt sind, also jeweils mit identischen Winkelabständen zwischen benachbarten dezentralen Zahnrädern 14.
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Eine Gerade, die sich durch Mittelpunkte von diametral am zentralen Zahnrad 13 gegenüberliegenden dezentralen Zahnrädern 14 erstreckt, schneidet dabei den Mittelpunkt des zentralen Zahnrads 13 und den Mittelpunkt der zentralen Welle 12.
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Das Gehäuse 28 einer Antriebseinheit 11 ist vorzugsweise vertikal geteilt. Um zu Montage- und Wartungsarbeiten der einzelnen Komponenten der Antriebseinheit 11 zu ermöglichen, hat das Gehäuse 28 axiale oder seitliche Öffnungen, die es erlauben, alle Bauteile in das Gehäuse 28 zu stecken.
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Das zentrale Zahnrad 13 mit der Welle 12 kann als erstes das Gehäuse 28 gelegt werden, bevor dasselbe mit einem Deckel geschlossen wird. Dabei sind, bezogen auf eine Trennfuge des Gehäuses 28, die dezentralen Zahnräder 14 mit ihren elektrischen Maschinen 15 und Übersetzungsstufen 17, 18 symmetrisch verteilt. Die dezentralen Zahnräder 14 werden durch entsprechend gestaltete Deckel in das Gehäuse 28 eingesetzt.
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4 zeigt eine Vorderansicht eines Antriebssystems 10 mit zwei Antriebseinheiten 11, wobei jede der beiden gezeigten Antriebseinheiten 11 jeweils eine zentrale Welle 12, jeweils ein zentrales Zahnrad 13 sowie mehrere dezentrale Zahnräder 14 mit elektrischen Maschinen 15 und Übersetzungsstufen 17, 18 aufweist. In 4 sind dabei die beiden Antriebseinheiten 11 parallel geschaltet, und zwar derart, dass jede der beiden zentralen Wellen 12 der parallel geschalteten Antriebseinheiten 11 an ein anzutreibendes Aggregat koppelbar ist, insbesondere an eine Rollenpresse oder Umformpresse.
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Dabei sind in 4 zur Gewährleistung eines möglichst geringen Abstands bzw. Versatzes zwischen den beiden parallel geschalteten zentralen Wellen 12 die dezentralen Zahnräder 14 mit ihren Reduziergetrieben 16 und elektrischen Maschinen 15 nicht gleichförmig über den Umgang des jeweiligen zentralen Zahnrads 13 verteilt, sondern ungleichförmig.
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5 zeigt eine Seitenansicht eines Antriebssystems 10 ebenfalls mit zwei Antriebseinheiten 11, die jedoch im Unterschied zu 4 nicht parallel, sondern vielmehr in Serie geschaltet sind. In Serie geschaltete Antriebseinheiten 11 können auch als in Reihe geschaltet bezeichnet werden. Die beiden in Serie geschalteten zentralen Wellen 12 können über eine schaltbare Kupplung oder eine feste Kupplung miteinander verbunden sein. Die beiden Antriebseinheiten 11 sind dabei in 5 derart in Serie geschaltet, dass die beiden zentralen Wellen 12 der beiden in Serie geschalteten Antriebseinheiten 11 in Serie miteinander gekoppelt sind, wobei an eine dieser beiden Wellen 12 ein anzutreibendes Aggregat koppelbar ist, insbesondere eine Kugelmühle oder Zuckermühle oder anderes anzutreibendes Aggregat.
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6 zeigt einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausprägung einer Antriebseinheit 11 eines weiteren Antriebssystems 10, wobei die Antriebseinheit 11 der 6 eine Weiterbildung der Antriebseinheit 11 der 1 ist, nämlich dergestalt, dass in 6 zusätzlich zu den Übersetzungsstufen 17, 18 eine weitere Übersetzungsstufe 31 vorhanden ist, um die Drehzahl, mit welcher das jeweilige dezentrale Zahnrad 14 angetrieben wird, weiter zu reduzieren und so letztendlich auch die Drehzahl der zentralen Welle 12 weiter zu reduzieren, wobei die Ausgestaltung der 6 insbesondere dann zum Einsatz kommt, wenn die Drehzahl der zentralen Welle 12 kleiner als 20 U/min ist, insbesondere in der Größenordnung zwischen 5 U/min und 10 U/min liegt.
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Die erfindungsgemäße Antriebseinheit 11 weist eine zentrale Welle 12 und ein zusammen mit der zentralen Welle 12 rotierendes zentrales Zahnrad 13 auf. Über den Umfang des zentralen Zahnrads 13 verteilt stehen mindestens zwei, vorzugsweise mindestens vier oder mindestens fünf, dezentrale Zahnräder 14 mit dem zentrale Zahnrad 13 in Eingriff. Jedes dezentrale Zahnrad 14 ist mit einer einzigen elektrischen Maschine 15 oder mit zwei elektrischen Maschinen 15 gekoppelt, und zwar unter Zwischenschaltung jeweils mindestens einer Übersetzungsstufe 17, 18. Die Drehzahl der dezentralen Zahnräder 14 ist kleiner als die Drehzahl der elektrischen Maschinen 15.
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Das zentrale Zahnrad 13 und die dezentralen Zahnräder 14 sind jeweils außenverzahnt. Die dezentralen Zahnräder 14 kämmen mit ihren Außenverzahnungen in die Außenverzahnung des zentralen Zahnrads 13. In der Übersetzung zwischen dem zentralen Zahnrad 13 und den dezentralen Zahnrädern 14 wird kein innenverzahntes Hohlrad benötigt. Die Außenverzahnungen der außenverzahnten Zahnräder 13, 14 sind gut zugänglich und in gehärteter Bauweise kostengünstiger herstellbar als innenverzahnte Hohlräder. Es ist jedoch auch grundsätzlich möglich, in der Übersetzung zwischen dem zentralen Zahnrad 13 und den dezentralen Zahnrädern 14 ein innenverzahntes Hohlrad zu nutzen. Dies ist jedoch nicht bevorzugt.
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Für das bevorzugte wechselweise axiale Versetzen der elektrischen Maschinen 15 zusammen mit der oder jeder Übersetzungsstufe 17, 18 für die einzelnen dezentralen Zahnräder 14 an unterschiedlichen axialen Seiten des zentralen Zahnrads 13 sind die Außenverzahnungen des zentralen Zahnrads 13 und der dezentralen Zahnrädern 14 von Bedeutung.
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Die elektrischen Maschinen 15 weisen eine Eckpunktdrehzahl von mindestens 4.000 U/min auf. Die Übersetzungen einerseits zwischen den dezentralen Zahnrädern 14 und dem zentralen Zahnrad 13 sowie andererseits zwischen den dezentralen Zahnrädern 13 und den elektrischen Maschinen 15 sind so ausgelegt, dass bei der obigen Drehzahl der elektrischen Maschinen 15 und bei einer Drehzahl der zentralen Welle 12 zwischen 5 U/min und 450 U/min die Drehzahl der dezentralen Zahnräder 14 zwischen 100 U/min und 1.500 U/min liegt. Die elektrischen Maschinen 15 stellen bei einer Eckpunktdrehzahl von mindestens 4.000 U/min eine Leistung von jeweils zwischen 100 kW und 800 kW bereit. Auf diese Art und Weise kann ein kompaktes, leichtes und kostengünstiges Antriebssystem bereitgestellt werden, welches zum Antrieb eines anzutreibenden Aggregats eine Leistung von mehr als 1 MW, insbesondere eine Leistung zwischen 2 MW und 8 MW, bereitgestellt.
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Die erfindungsgemäße Antriebseinheit 1110 zeichnet sich durch eine hohe Modularisierung bei Verwendung gleicher Baugruppen aus, also gleicher elektrischer Maschinen 15 und gleicher Übersetzungsstufen 17, 18. Hiermit lassen sich aus der Massenfertigung bekannte Komponenten bei niedrigen Kosten einsetzen. Teilleistungen mehrerer elektrischer Maschinen sind am zentralen Zahnrad 13 der jeweiligen Antriebseinheit 11 summierbar.
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Die erfindungsgemäße Antriebseinheit 11 nutzt eine Leistungssummierung ohne vorherige Leistungsverzweigung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebssystem
- 11
- Antriebseinheit
- 12
- zentrale Welle
- 13
- zentrales Zahnrad
- 14
- dezentrales Zahnrad
- 15
- elektrische Maschine
- 16
- Reduziergetriebe
- 17
- Übersetzungsstufe
- 18
- Übersetzungsstufe
- 19
- Sonnenrad
- 20
- Planetenrad
- 21
- Hohlrad
- 22
- Planetenträger
- 23
- Sonnenrad
- 24
- Planetenrad
- 25
- Hohlrad
- 26
- Planetenträger
- 27
- Welle
- 28
- Gehäuse
- 29
- Lager
- 30
- Lager
- 31
- Übersetzungsstufe
