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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung umfassend ein Überlagerungsgetriebe mit einem Planetengetriebe, eine Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes, die mit einer Hauptantriebsmaschine verbunden werden kann, zumindest zwei Nebenantriebe, die über je eine Triebverbindung mit dem Planetengetriebe verbunden sind, und eine Abtriebswelle des Überlagerungsgetriebes, welche mit einer Arbeitsmaschine verbunden werden kann, wobei das Planetengetriebe ein Hohlrad, ein Sonnenrad, einen Planetenträger und mehrere Planetenrädern aufweist und das Sonnenrad mit der Abtriebswelle verbunden ist, und wobei die Triebverbindungen mit konstanter Übersetzung von den Nebenantrieben über jeweils ein Nebenantriebsrad und je ein gestuftes Zwischenrad auf den Planetenträger oder auf das Hohlrad erfolgen.
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Bei einem Überlagerungsgetriebe werden allgemein mindestens zwei Wellen des Planetengetriebe durch voneinander unabhängige Antriebe so angetrieben, dass die Drehzahlen an einer weiteren Welle, der Abtriebswelle, addiert oder subtrahiert werden. Ist einer der Antriebe regelbar, dann kann so eine stufenlose Drehzahlregelung für die Abtriebswelle erreicht werden. Im vorliegenden Fall werden zwei Wellen angetrieben, wobei eine Welle von der Hauptantriebsmaschine angetrieben wird und eine Welle von den zwei drehzahl-regelbaren Nebenantrieben angetrieben wird. An der dritten Welle der Abtriebswelle ist eine Arbeitsmaschine angeschlossen.
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Aus dem Stand der Technik sind Antriebsvorrichtungen mit einem Überlagerungsgetriebe bekannt, bei dem eine Hauptantriebsmaschine über ein Planetengetriebes und mit Hilfe von zwei regelbaren Nebenantrieben eine Arbeitsmaschine antreibt, die über die Abtriebswelle mit der Sonne verbunden ist. Zum Beispiel in der
WO2018/019612 A1 . Die Nebenantriebe sind hier über ein gestuftes Zwischenrad mit dem Planetengetriebe verbunden. Weiterhin ist eine zusätzliche Triebverbindung zwischen Nebenantrieben und Eingangswelle offenbart, die über eine schaltbare Kupplung getrennt oder verbunden werden kann.
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Durch eine solche Antriebsvorrichtung kann die Drehzahl an der Abtriebswelle in einem recht großen Drehzahlbereich stufenlos eingestellt werden und das bei konstant laufender Hauptantriebsmaschine. Des Weiteren ist es möglich, die Hauptantriebsmaschine lastfrei anzuschleppen, indem der Nebenantrieb beim Hochlaufen jeweils die Drehzahl der Hauptantriebsmaschine einprägt. Erst wenn die Hauptantriebsmaschine in der Nähe der Nenndrehzahl ist und damit ein hohes Drehmoment aufbringen kann, wird die Last langsam beschleunigt, indem die Kompensation der Drehzahl durch den Nebenantrieb reduziert wird.
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Genutzt werden solche Antriebsvorrichtungen insbesondere zum Antreiben von Pumpen, Verdichtern oder Kompressoren mit großer Leistung, wie sie zum Beispiel in der Öl- und Gasindustrie oder in thermischen Kraftwerken verwendet werden. Dabei treten je nach Anwendung und Einzelfall sehr unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf die Ausführung der Antriebsvorrichtung auf. Beispielsweise gibt es Varianten, die eine zusätzliche Triebverbindung zwischen den Nebenantrieben und der Eingangswelle erfordern, etwa zum Hochfahren des Hauptantriebes. In diesem Fall muss bisher eine zusätzliche Triebverbindung geschaffen werden, die zusätzlichen Platz und dadurch eine stark veränderte Konstruktion erfordert.
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Da solche Antriebsvorrichtungen generell nur in relativ kleiner Stückzahl gefragt sind, bedeutet die gleichzeitige Variantenvielfalt eine erhebliche Kostenbelastung durch die bisher notwendige Einzelkonstruktion und Einzelfertigung, was ein großer Nachteil ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine neue konstruktive Lösung für die Antriebsvorrichtung zu finden, so dass verschiedene Ausführungen kostengünstiger bereitgestellt werden können.
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Die Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung, die die Vorrichtung noch zusätzlich verbessern, finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung wird dabei so ausgeführt, dass zumindest eines der gestuften Zwischenräder mit einer Hohlwelle als Träger für die Verzahnungsbereiche ausgeführt ist.
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Durch die Verwendung eines gestuften Stirnrades mit Hohlwelle wird erstmalig eine Ausführung geschaffen, die die Möglichkeit bietet, ohne konstruktive Veränderung eine zusätzliche Triebverbindung zwischen Nebenantrieb und Eingangswelle mit schaltbarer Kupplung vorzusehen. Somit können verschiedenste Anforderungen mit einer Bauart der Antriebsvorrichtung erfüllt werden, was enorme Einsparvorteile bei der Konstruktion und Fertigung, sowie im Service bietet.
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In einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung sind zwei gestufte Zwischenräder, insbesondere alle gestuften Zwischenräder mit einer Hohlwelle als Träger für die Verzahnungsbereiche ausgeführt. Das ermöglicht die Einplanung mehrerer zusätzlicher Triebverbindungen, insbesondere von jedem Nebenantrieb zur Eingangswelle ohne konstruktive Veränderung der Grundvariante. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die nötige Antriebsleistung zum Beispiel zum Anschleppen des Hauptantriebs von mehreren, insbesondere von allen Nebenantrieben aufgebracht werden kann.
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Unter einem gestuften Zwischenrad wird in diesem Zusammenhang ein Stirnrad mit zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Verzahnungsbereichen verstanden, die sich jeweils über den Umfang erstrecken und die jeweils mit verschiedenen weiteren Stirnrädern in Eingriff gebracht werden können. Dieses Zwischenrad kann einstückig ausgebildet sein. Alternativ kann das Zwischenrad als Verzahnungsbereiche auch ein oder zwei Stirnräder aufweisen, die auf einer gemeinsamen kurzen Welle angeordnet sind. Diese Stirnräder sind in dem Fall auf der kurzen Welle aufgeschrumpft oder drehfest auf ihr befestigt.
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Die zwei Verzahnungsbereiche des gestuften Zwischenrades weisen bevorzugt verschiedene Durchmesser und damit verschiedene Zähnezahlen auf. Besonders bevorzugt hat der erste Verzahnungsbereich, der mit dem Nebenantriebsrad in Eingriff ist einen größeren Durchmesser und eine höhere Zähnezahl als der zweite Verzahnungsbereich. Dadurch wird eine hohe Flexibilität in der Einstellung der gewünschten Unter-/Übersetzungen erreicht. Beispielsweise kann in der ersten Stirnradpaarung zwischen Nebenantriebsrad und Zwischenrad eine Drehzahlerhöhung und in der zweiten Stirnradpaarung zwischen Zwischenrad und Hohlrad oder Planetenträger eine Drehzahlreduzierung erzielt werden.
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Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Hauptantriebsmaschine, mit der die Antriebsvorrichtung verbunden werden kann, nur drehzahlkonstant betreibbar ist und die Nebenantriebe hingegen drehzahlgeregelt betreibbar sind. Besonders bei großen Antriebsleistungen ermöglicht das eine kostengünstigere Umsetzung. Ein Großteil der Antriebsleistung kann von der konstant betriebenen Hauptantriebsmaschine aufgebracht werden. Diese benötigt keinen Frequenzumformer, was Investitionskosten spart. Bevorzugt wird die Hauptantriebsmaschine als Mittelspannungsmotor ausgeführt, also mit einer Spannung von mehr als 1 kV. Die Drehzahlregelung erfolgt über die Nebenantriebe, die eine geringere Leistung benötigen und die bevorzugt als Niederspannungsmotoren mit einer Spannung von weniger als 1 kV ausgeführt sind. Somit fallen die dafür benötigten Frequenzumformer kleiner und kostengünstiger aus.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung umfasst die Antriebsvorrichtung eine zusätzliche Stirnradstufe, die mit der Abtriebswelle des Überlagerungsgetriebes derart verbunden ist, dass über diese Stirnradstufe die Arbeitsmaschine mit einem Achsversatz zwischen Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes und einer Eingangswelle der Arbeitsmaschine verbunden werden kann. So kann insbesondere im Retrofit-Fall ein vorgegebener Achsversatz und/oder eine weitere Drehzahlveränderung erreicht werden. Ebenso kann erfindungsgemäß eine solche zusätzliche Stirnradstufe an der Eingangswelle des Übersetzungsgetriebes vorgesehen sein.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn die Nebenantriebe auf der gleichen Seite des Überlagerungsgetriebes angeordnet sind wie die Eingangswelle zur Anbindung der Hauptantriebsmaschine. Dadurch lassen sich die elektrische Anbindung und die Zugänglichkeit für die Wartung vereinfachen.
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Ein besonderer Vorteil wird erreicht, wenn zumindest eine zusätzliche Triebverbindung, bevorzugt je Nebenantrieb eine zusätzliche Triebverbindung mit konstanter Übersetzung zwischen den Nebenantrieben und der Eingangswelle vorgesehen wird. Wobei diese zusätzlichen Triebverbindungen über eine Schaltkupplung, bevorzugt über je eine Schaltkupplung getrennt oder verbunden werden können. Die jeweilige Schaltkupplung sitzt auf je einer Kupplungswelle, welche konzentrisch in der jeweiligen Hohlwelle der gestuften Zwischenräder angeordnet ist und welche ein Verbindungsritzel trägt, über das die zusätzliche Triebverbindung erfolgt. Die Schaltkupplung kann die Kupplungswelle mit der Hohlwelle des gestuften Zwischenrades kuppeln oder trennen. Diese Ausführungsvariante kann basierend auf der Grundausführung vorgesehen werden, ohne dass wesentliche konstruktive oder fertigungstechnische Änderung an der Grundvariante vorgenommen werden müssen. Das bietet einen erheblichen Kostenvorteil, da somit die teuren Teile des Planetengetriebes und des Getriebegehäuses unverändert für verschiedene Ausführungsformen verwendet werden können.
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Die zusätzlichen Triebverbindungen mit Schaltkupplung bieten mehrere Vorteile, unter anderem dass die Hauptantriebsmaschine mit Hilfe der Nebenantriebe gestartet und auf Nenndrehzahl gebracht werden kann, dass ein Notbetrieb bei ausgefallenem Hauptantrieb möglich ist und dass ein Abbremsen des Hauptantriebs bei Störung über die Nebenantriebe erfolgen kann.
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In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist die Eingangswelle mit dem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden und trägt ein weiteres Stirnrad. Die jeweilige zusätzliche Triebverbindung erfolgt bei geschalteter Schaltkupplung über das Nebenantriebsrad, das gestufte Zwischenrad und von dort über das Verbindungsritzel auf das Stirnrad auf der Eingangswelle. Das ist eine sehr platzsparende Ausführung für die zusätzliche Triebverbindung. Werden mehrere zusätzliche Triebverbindungen vorgesehen, insbesondere von allen Nebenantrieben auf die Eingangswelle, so kämmen mehrere Verbindungsräder mit dem einen Stirnrad auf der Eingangswelle.
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Eine andere bevorzugte erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung weist dagegen eine Eingangswelle auf, die mit dem Planetenträger verbunden ist. Die jeweilige zusätzliche Triebverbindung bei geschalteter Schaltkupplung erfolgt dabei wiederum über das Nebenantriebsrad, das gestufte Zwischenrad und das Verbindungsritzel, dann allerdings von dort über auf den Planetenträger auf die Eingangswelle. Der Vorteil dabei ist, dass kein zusätzliches Stirnrad auf der Eingangswelle benötigt wird. So stehen verschiedene Ausführungen zur Verfügung, um unterschiedliche Anforderungen der Arbeitsmaschine und der Antriebe insbesondere bezüglich Übersetzung und Drehzahlregelbereich zu erfüllen.
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Eine vorteilhafte Lagerung der Kupplungswelle erfolgt insbesondere über zwei Lagerstellen, welche die Kupplungswelle direkt im Getriebegehäuse des Überlagerungsgetriebes lagern. Unter direkt im Getriebegehäuse wird in diesem Zusammenhang auch verstanden, wenn die Lagerung mit Hilfe einer Lagerbuchse oder ähnlichem im Gehäuse aufgenommen wird.
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Eine besonders platzsparende Ausführung für die Lagerung in der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist so gestaltet, dass die Kupplungswelle mit einer Lagerstelle direkt im Getriebegehäuse und mit einer zweiten Lagerstelle in der Hohlwelle des gestuften Zwischenrades gelagert ist, wobei die Hohlwelle mit zwei Lagerstellen im Getriebegehäuse gelagert ist.
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Die Schaltkupplungen können erfindungsgemäß als Lamellenkupplung oder als hydrodynamische Kupplung oder als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgeführt sein. Je nachdem welche Anforderungen an den Kupplungsvorgang beim Verbinden der zusätzlichen Triebverbindung gestellt werden, können die genannten Kupplungen ausgewählt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Überlagerungsgetriebe von einem Getriebegehäuse umschlossen ist und die Schaltkupplungen außerhalb dieses Getriebegehäuses angeordnet sind. Dadurch kann das Getriebegehäuse und das Innenleben des Überlagerungsgetriebes unabhängig von der Ausführung der Schaltkupplungen gestaltet werden, so dass eine Ausführung für verschiedene Schaltkupplungsvarianten verwendet werden kann. Zudem sind die Schaltkupplungen besser für die Wartung zugänglich.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der Planetenträger so gestaltet, dass er eine Großradverzahnung aufweist, die in Triebverbindung mit den Nebenantrieben steht oder in Triebverbindung mit den Nebenantrieben geschaltet werden kann. Die Großradverzahnung kann mit dem Zwischenrad oder mit dem Verbindungsritzel kämmen. Die Großradverzahnung kann beispielsweise als Zahnkranz ausgeführt sein, der an den Grundkörper des Planetenträges angeschraubt oder befestigt ist. Bevorzugt ist der Zahnkranz mit der Großradverzahnung auf der Abtriebsseite des Grundkörpers des Planetenträgers angeschraubt oder befestigt.
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Weiterhin ist es insbesondere von Vorteil, wenn das Getriebegehäuse derart modular aufgebaut ist, dass ein Getriebegehäuse-Hauptteil vorhanden ist, welcher die Lagerungen für das Planetengetriebe, die Zwischenräder und die Kupplungswellen trägt, und darüber hinaus für jeden Nebenantrieb ein separates Nebenantriebsgehäuse, welches die Lagerung des jeweiligen Nebenantriebs und der Nebenantriebswelle trägt. Das Getriebegehäuse-Hauptteil und die Nebenantriebsgehäuse sind über Trennfugen verbunden. So kann ein Nebenantrieb mit seinem Nebenantriebsgehäuse einfach demontiert werden. Weiterhin ist für unterschiedliche Ausführungen des Nebenantriebs keine Modifikation am Getriebegehäuse-Hauptteil notwendig, was wiederum den Vorteil bietet, dass mehrere Ausführungsvarianten basierend auf derselben Grundausführung ausgeführt werden können.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1a erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit zwei Nebenantrieben in schematischer Draufsicht
- 1b weitere erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit schaltbarer Kupplung
- 2a noch eine weitere erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit schaltbarer Kupplung und modularem Getriebegehäuse
- 2b Frontansicht auf Abtriebswelle für die Antriebsvorrichtung nach 2a
- 3 Beispiel für Lagerung der Hohlwelle
- 4a Beispiele für Lagerung der Kupplungswelle
- 4b weiteres Beispiele für Lagerung der Kupplungswelle
Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche beziehungsweise analoge Bauteile oder Komponenten.
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In 1a ist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung gezeigt, die über die Abtriebswelle 5 an die Arbeitsmaschine 2 angebunden ist. Die Arbeitsmaschine 2 kann beispielsweise eine Pumpe, ein Kompressor, ein Ventilator oder ein Gebläse sein. Es kann auch ein Förderbandantrieb oder eine Mühle oder eine ähnliche Maschine sein. Insbesondere ist es eine Arbeitsmaschine 2 mit großer Leistung, bei der es besonders wichtig ist, einen Antrieb mit hohem Wirkungsgrad zu haben. Aufgrund der Größe des Antriebs ist es dann auch entscheidend, dass der benötigte Bauraum für die Antriebsvorrichtung nicht zu groß wird. Die Anbindung kann über eine Membrankupplung oder eine Zahnkupplung erfolgen. Auf der Eingangsseite ist die Antriebsvorrichtung über die Eingangswelle 4 mit der Hauptantriebsmaschine 1 verbunden. Sowohl an der Eingangswelle 4 als auch an der Abtriebswelle 5 kann optional eine zusätzliche Stirnradstufe vorgesehen sein, um eine weitere Drehzahländerung und einen Achsversatz zu ermöglichen. So kann die Antriebsvorrichtung optimal an verschiedene Randbedingungen angepasst werden, insbesondere bei Retrofit-Anwendungen.
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Das in der Antriebsvorrichtung vorhandene Überlagerungsgetriebe 12 weist ein Gehäuse 8 auf und umfasst ein Planetengetriebe 6. Die Abtriebswelle 5 ist mit dem Sonnenrad 6.2 verbunden. Und im dargestellten Fall ist die Eingangswelle 4 mit dem Hohlrad 6.1 verbunden.
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Zusätzlich sind in der gezeigten Ausführung zwei Nebenantriebe 3.1, 3.2 vorgesehen, die jeweils über eine Triebverbindung an den Planetenträger 7 angeschlossen sind. Dass diese jeweils über eine separate Triebverbindung angebunden sind, hat den Vorteil, dass die nötigen Getriebestufen und Komponenten dann kleiner dimensioniert werden können, als wenn beide Nebenantriebe 3.1,3.2 über eine gemeinsame Getriebestufe angebunden sind. Die jeweilige Triebverbindung erfolgt über je ein Nebenantriebsrad 9.1,9.2, welches auf der Nebenantriebswelle 13.1,13.2 sitzt, und über je ein gestuftes Zwischenrad 10.1,10.2 mit jeweils zwei Verzahnungsbereichen, wovon einer in die Außenverzahnung am Planetenträger 7, der als Großrad ausgebildet oder mit einem Großrad verbunden ist, eingreift. Der Planetenträger 7 trägt andererseits die Planetenräder 6.3. Somit ist die Triebverbindung zwischen den Nebenantrieben 3.1,3.2 und dem Planetengetriebe 6 hergestellt.
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Die gestuften Zwischenräder 10.1,10.2 sind erfindungsgemäß mit einer Hohlwelle, die die Verzahnungsbereiche trägt, ausgeführt. Durch die Hohlwellen ist je eine Kupplungswelle 11.1,11.2 geführt, die das erste bzw. zweite Verbindungsritzel 14.1,14.2 tragen. Die Verbindungsritzel 14.1,14.2 stehen im Eingriff mit dem Stirnrad 17 auf der Eingangswelle. Weiterhin ist je eine Schaltkupplung 16.1,16.2 vorgesehen, die die Kupplungswelle 11.1 bzw. 11.2 mit der Hohlwelle des ersten bzw. zweiten Zwischenrades 10.1 bzw. 10.2 verbinden kann. Dadurch können die Nebenantriebe 3.1,3.2 direkt auf die Eingangswelle 4 einwirken und beispielsweise die Hauptantriebsmaschine anschleppen und auf Nenndrehzahl bringen. Oder sie können im geringen Drehzahl- und Lastbereich die Antriebsvorrichtung allein antreiben. Das kann bei bestimmten Betriebszuständen oder im Notfall durch die Schaltung der Schaltkupplungen erfolgen. Wenn diese Triebverbindung nicht oder nicht mehr benötigt wird, können die Schaltkupplungen 16.1,16.2 die Verbindung trennen.
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In einer bevorzugten Variante, die hier dargestellt ist, befinden sich die Schaltkupplungen 16.1,16.2 außerhalb des Getriebegehäuses 8 und jeweils in einem eigenen Kupplungsgehäuse 15.1,15.2, welche an das Getriebegehäuse 8 angebunden sind. Dadurch sind sie für Wartungsarbeiten sehr gut zugänglich.
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Ein besonderer Vorteil der hier beschriebenen Gestaltung der Triebverbindungen mit Zwischenrädern 10.1,10.2, die eine Hohlwelle aufweisen, ist, dass die Antriebsvorrichtung ohne wesentliche konstruktive oder fertigungsrelevante Änderungen auch ohne Kupplung ausgeführt werden können.
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1b zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführung ohne Kupplungen für eine zusätzliche Triebverbindung zwischen Nebenantrieben und Eingangswelle. Auch hier sind wieder die Zwischenräder 10.1,10.2 vorhanden, die eine Hohlwelle aufweisen, welche die Verzahnungsbereiche trägt. Allerdings dienen diese ausschließlich zur Triebverbindung zwischen Nebenantrieben 3.1,3.2 und dem Planetenträger 7 des Planetengetriebes 6. Die Kupplungswellen mit den Verbindungsritzeln, die Schaltkupplungen, sowie das Stirnrad auf der Eingangswelle werden hier nicht benötigt und entfallen deshalb.
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So kann basierend auf der gleichen Antriebsvorrichtung mit nur sehr geringen Änderungen sowohl eine Variante mit Schaltkupplungen (1a) als auch eine Variante ohne Schaltkupplungen (1b) bereitgestellt werden. Dabei sind keine konstruktiven oder fertigungstechnischen Änderungen nötig. Durch die neuartige, besonders vorteilhafte und platzsparende Ausführung der Triebverbindungen zwischen den Nebenantrieben 3.1.,3.2 und der Eingangswelle 4, sowie der außenliegenden Schaltkupplungen, ist gewährleistet, dass auch die Variante ohne diese Triebverbindungen ein kostengünstiges Produkt ohne unnötigen Platzbedarf darstellt.
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Für die Lagerung der Abtriebswelle 5 gibt es verschiedene vorteilhafte Möglichkeiten. Unter anderem kann die Abtriebswelle 5 komplett fremdgelagert also außerhalb und unabhängig vom Getriebegehäuse 8 gelagert sein. Dabei ist die Welle der Arbeitsmaschine 2 in dieser gelagert und über eine Zahnkupplung oder Membrankupplung ist diese mit dem Sonnenrad 6.2 verbunden. Das Sonnenrad 6.2 kann sich hier gut zentrieren. In einer anderen Ausführung ist die Abtriebswelle 5 mit einem Lager im Getriebegehäuse 8 oder in einem Lagergehäuse, das mit dem Getriebegehäuse 8 verbunden ist, gelagert und mit einem zweiten Lager außerhalb und unabhängig vom Getriebegehäuse 8 gelagert. Diese Variante ist besonders für Anwendungen mit weniger als 10.000 Umdrehungen pro Minute vorteilhaft. Für höhere Drehzahlen ist eine weitere Variante bevorzugt, bei der die Abtriebswelle 5 zweifach im Getriebegehäuse 8 gelagert ist. Auch hierbei können eine oder beide Lagerstellen in einem Lagergehäuse platziert sein, welche mit dem Getriebegehäuse 8 verbunden sind. Der Vorteil der zweifachen Lagerung im oder am Getriebegehäuse 8 ist, dass Schwingungen der Abtriebswelle 5, die bei diesen Betriebsbedingungen auftreten können, sich nicht negativ auf die Antriebsvorrichtung auswirken.
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Bei der weiteren erfindungsgemäßen Ausführung in 2a ist die Eingangswelle 4 mit dem Planetenträger 7a verbunden. Die Nebenantriebe 3.1,3.2 sind über die Nebenantriebsräder 9.1,9.2 und die Zwischenräder 10.1,10.2 mit dem Hohlrad 6.1a des Planetengetriebes 6a verbunden. Auch im diesem Ausführungsbeispiel sind zusätzliche zu- oder abschaltbare Triebverbindungen mit konstantem Übersetzungsverhältnis zwischen den Nebenantrieben 3.1,3.2 und der Eingangswelle 4 vorhanden, wobei diese hier indirekt ausgeführt sind. Die Kraftübertragung erfolgt hierbei über die Kupplungswellen 11.1,11.2 und die Verbindungsritzel 14.1a,14.2a auf das Großrad des Planetenträgers 7a und über diesen auf die Eingangswelle 4. Die Zwischenräder 10.1,10.2 sind wiederum mit einer Hohlwelle ausgeführt. Die Schaltkupplungen 16.1,16.2 wirken zwischen der Hohlwelle der Zwischenräder und der Kupplungswelle 11.,11.2 und können die zusätzlichen Triebverbindungen zu- oder abschalten.
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Eine weitere Besonderheit der dargestellten Ausführung ist die Gestaltung des Getriebegehäuses. Der Getriebegehäuse-Hauptteil 8a ist als sogenanntes Tunnelgehäuses ausgeführt. Er beinhaltet den Hauptteil der Antriebsvorrichtung und darin befindet sich das Planetengetriebe 6a inklusive dessen Lagerung, sowie die Kupplungswellen 11.1,11.2 und die Zwischenräder 10.1,10.2 ebenfalls mit deren Lagerung. Die Nebenantriebswellen 13.1,13.2 und die Nebenantriebsräder 9.1,9.2 sind dagegen jeweils in einem Nebenantriebsgehäuse 8b,8c untergebracht und gelagert. Über geeignete Flanschverbindungen mit Positionierung sind die Nebenantriebsgehäuse 8b,8c mit dem Getriebegehäuse-Hauptteil 8a verbunden. Zu Wartungs- oder Reparaturzwecken können die Nebenantriebsgehäuse 8b,8c entlang der Trennfugen 19.1,19.2 gelöst und abgenommen werden. Das bietet eine hohe Servicefreundlichkeit, da so beispielsweise die Nebenantriebe getauscht werden können, ohne dass die eigentliche Antriebsvorrichtung also der Getriebegehäuse-Hauptteil 8a demontiert werden muss. 2b zeigt eine beispielhafte Gehäusegestaltung in Ansicht von der Abtriebswelle 5 her. Zu erkennen sind neben den Trennfugen 19.1,19.2 zwischen Getriebegehäuse-Hauptteil 8a und den Nebenantriebsgehäusen 8b,8c auch die Kupplungsgehäuse 15.1,15.2.
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Diese besondere Gehäusegestaltung lässt sich auch unabhängig von der hier dargestellten Ausführung der Antriebsvorrichtung bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungen, zum Beispiel wie in 1a oder 1b gezeigt, vorteilhaft anwenden.
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Generell können die Schaltkupplungen 16.1,16.2 als Lamellenkupplungen wie in den 1a, 1b, 2a dargestellt ausgeführt werden. Alternativ können sie durch hydrodynamische Kupplungen oder hydrodynamische Drehmomentwandler ersetzt werden.
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Erfindungsgemäß kann die Antriebsvorrichtung auch mit mehr als zwei, insbesondere mit drei Nebenantrieben ausgeführt werden.
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3 stellt eine beispielhafte Lagerung der gestuften Zwischenräder 10.1,10.2 dar. Gut zu erkennen sind die beiden Verzahnungsbereich 10a, 10b, wobei hier die bevorzugte Ausführung dargestellt ist, bei der die Verzahnungsbereiche 10a, 10b unterschiedlichen Durchmesser und damit unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Insbesondere ist der Verzahnungsbereich 10a, der mit dem Nebenantriebsrad in Eingriff steht mit größerem Durchmesser und höherer Zähnezahl ausgeführt als der Verzahnungsbereich 10b, der mit dem Großrad des Planetenträgers oder dem Hohlrad des Planetengetriebes in Eingriff steht. So ergibt sich zunächst eine Untersetzung zwischen Nebenantrieb und Zwischenrad und dann eine Übersetzung zwischen Zwischenrad und Planetenträger oder Hohlrad.
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Die Verzahnungsbereiche 10a, 10b werden von der Hohlwelle 10c getragen. Im dargestellten Beispiel ist das gestufte Zwischenrad 10.1 einstückig ausgebildet. Alternativ können einer oder beide Verzahnungsbereiche separat gefertigt und dann drehfest mit der Hohlwelle 10c verbunden werden.
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Bevorzugt sind die gestuften Zwischenräder 10.1,10.2 wie hier gezeigt über eine Kegelrollenlagerung 20a,21a im Getriebegehäuse 8 (oder 8a) gelagert. Insbesondere kann die Kegelrollenlagerung axial einstellbar montiert werden, indem auf einer Seite eine Einstellscheibe 28 verwendet wird, mit der die axiale Einspannung bei der Montage eingestellt werden kann. Des Weiteren kann eine Feder 27 vorgesehen werden, die eine vorgebbare Vorspannung auf die äußere Lagerschale aufbringt. Der Lagerdeckel 26 schließt das Lager ab und hält Feder 27 und Einstellscheibe 28 in Position. Besonders wird darauf hingewiesen, dass die Lagerung der gestuften Zwischenräder 10.1,10.2 auch ohne montierte Kupplungswellen funktionsfähig ist.
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4a und 4b zeigen Ausführungsbeispiele für die Lagerung der Kupplungswellen 11.1, 11.2. In 4a ist eine indirekte Lagerung der Kupplungswelle 11.1 dargestellt. Während das gestufte Zwischenrad 10.1 wie zuvor beschrieben über die Lager 20,21 im Getriebegehäuse 8 (oder 8a) gelagert ist, ist die Kupplungswelle 11.1 nur auf einer Seite mit dem Lager 23 im Getriebegehäuse 8 (oder 8a) gelagert. Auf der anderen Seite ist sie über das Lager 22 in der Hohlwelle 10c des gestuften Zwischenrades 10.1 gelagert. Diese Anordnung wird Welle-in-Welle Lagerung genannt. Die Kupplungswelle 11.1 trägt das Verbindungsritzel 14.1, über welches die zusätzliche Triebverbindung zur Eingangswelle hergestellt werden kann.
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4b zeigt dagegen eine Ausführung, bei der auch die Kupplungswelle 10.1 auf beiden Seiten über die Lager 23,25 direkt im Getriebegehäuse 8 (oder 8a) gelagert ist. Das Getriebegehäuse 8 wird in beiden Fällen auf der einen Seite mit einem Lagerdeckel 24 abgeschlossen. Auf der anderen Seite ist die Schaltkupplung 16.1 angebaut, die Kupplungswelle 11.1 und Hohlwelle 10c des gestuften Zwischenrades 10.1 verbinden kann. Die Schaltkupplung 16.1 ist in einem eigenen Kupplungsgehäuse 15.1 untergebracht, welches am Getriebegehäuse 8 außen angebracht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptantriebsmaschine
- 2
- Arbeitsmaschine
- 3.1, 3.2
- erster und zweiter Nebenantrieb
- 4
- Eingangswelle
- 5
- Abtriebswelle
- 6, 6a
- Planetengetriebe
- 6.1, 6.1a
- Hohlrad
- 6.2
- Sonnenrad
- 6.3
- Planetenräder
- 7, 7a
- Planetenträger mit Großrad
- 8
- Getriebegehäuse
- 8a
- Getriebegehäuse-Hauptteil
- 8b, 8c
- erstes und zweites Nebenantriebsgehäuse
- 9.1, 9.2
- erstes und zweites Nebenantriebsrad
- 10.1, 10.2
- erstes und zweites gestuftes Zwischenrad mit Hohlwelle
- 10a, 10b
- Verzahnungsbereiche des Zwischenrades
- 10c
- Hohlwelle des Zwischenrades
- 11.1, 11.2
- erste und zweite Kupplungswelle
- 12, 12a
- Überlagerungsgetriebe
- 13.1, 13.2
- erste und zweite Nebenantriebswelle
- 14.1, 14.1a
- erstes Verbindungsritzel
- 14.2, 14.2a
- zweites Verbindungsritzel
- 15.1, 15.2
- erstes und zweites Kupplungsgehäuse
- 16.1, 16.2
- erste und zweite Schaltkupplung
- 17
- Stirnrad auf Eingangswelle
- 18
- Lagerung des Planetenträgers
- 19.1, 19.2
- Trennfugen im Getriebegehäuse
- 20,21,20a,21a
- Lager der Hohlwelle
- 22, 23, 25
- Lager der Kupplungswelle
- 24,26
- Lagerdeckel
- 27
- Feder
- 28
- Einstellscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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