DE2930052A1

DE2930052A1 - Vorrichtung zum unabhaengigen drehen eines aggregates um zwei senkrecht zueinanderstehende achsen

Info

Publication number: DE2930052A1
Application number: DE19792930052
Authority: DE
Inventors: Johann Eichinger
Original assignee: Carl Hurth Maschinen und Zahnradfabrik GmbH and Co
Current assignee: Gleason Hurth Tooling GmbH
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1979-07-25
Publication date: 1981-02-05
Also published as: ES8202114A1; IT8049146A0; JPS5620958A; ES493735A0; IT1207125B; DE2930052C2

Description

Vorrichtung zum unabhängigen Drehen eines Aggregates
um zwei senkrecht zueinanderstehende Achsen Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung zum unabhängigen Drehen eines Aggregates um zwei senkrecht zueinanderstehende Achsen.
Bei Anlagen zur Nutzung von Solarenergie müssen die aus mehreren einzelnen Elementen zu großen tafelförmigen Aggregaten zusammengesetzten Kollektoren (Heliostaten) in ihrer Stellung ständig dem sich laufend ändernden Stand der Sonne angepaßt werden, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Bei einer bekannten Anlage sind die Kollektoren um eine horizontale Achse schwenkbar auf einem Gerüst aufgebaut, das mit mehreren Rädern auf einer in einem geschlossenen Kreis verlegten Schiene um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist. Der bauliche Aufwand für das Gerüst und die sehr exakt zu verlegende Schiene ist nur bei sehr großen Anlagen vertretbar.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kompakte Vorrichtung zu schaffen, mit der die Kollektoren sowohl um eine vertikale Achse (Azimut) als auch - unabhängig davon - um eine horizontale Achse (Elevationsachse) drehbar auf einem feste inden Gestell od. dgl. gedreht werden können. Dabei bei zehen dem Anwendungsfall entsprechend die Forderungen nach sehr kleinen Drehzahlen an den Achsen (n < 2.10 3min i), nach Selbsthemmung möglichst nahe an den Drehachsen und nach hoher Verdrehsteifigkeit.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung, die die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweist und mit den Merkmalen des Anspruchs 2 vorteilhaft weitergebildet wird.
Inabesondere mit dem mehrstufigen Planetengetriebe lassen sich auf kleinem Raum hohe Untersetzungen unterbringen. Gleichzeitig wird mit den kurzen elastischen Längen der hintereinander angeordneten Planetensätze eine gute Verdrehsteifigkeit erreicht.
Die weitgehende Vereinheitlichung von Bauteilen entsprechend Anspruch 3 führt zu einer kostengünstigen Fertigung. Die Montage und eine evtl. erforderlich werdende Demontage werden mit einer Ausführung nach Anspruch 4 wesentlich erleichtert. Mit dem Merkmal des Anspruchs 5 wird die bei solchen Anlagen erforderliche Spielfreiheit im Antrieb in Bezug auf die Verzahnung weitgehend erreicht und mit dem Merkmal des Anspruchs 6 zoch verbessert. Mit diesem Anspruch wird gleichzeitig die Forsprung nach Selbsthemmung erfüllt. Für eine völlige Spielfrei~ eit ist eine Ausgestaltung nach Anspruch 7 unerläßlich. Das ahnspiel in den Planetengetrieben kann auch mit dem Merkmal ies Anspruch 8 beseitigt werden.
)ie Erfindung wird nachstehend anhand von vier Figuren näher ,eschrieben. Es zeigen figur 1 eine räumliche Darstellung der Anordnung der Vorrichtung mit den zu drehenden Aggregaten in einem Ausführungsbelspiel; Figur 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung; Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Figur 2; Figur i einen Längsschnitt durch eine Einschubeinheit.
Das Prinzip der erfindungsgeinäßen Vorrichtung bzw. ihre Anordnung ist in Figur 1 dargestellt, wo die Vorrichtung stark vereinfacht als quaderförmiges Element gezeichnet und mit 1 bezeichnet ist. Sie ist auf einer feststehenden senkrechten Säule 2 angeordnet und um deren Achse 3 (Azimut) drehbar und dafür antreibbar. In der Vorrichtung ist eine horizontale Welle 4 (Elevationsachse) drehbar und dafür antreibbar gelagert, an deren Enden Hebel 6,6' drehfest angebracht sind. An den Hebeln ist ein durchgehender Träger 7 befestigt, an dessen freien Enden die aus mehreren Elementen zusammengesetzten Kollektoren 8, 9 angeordnet sind. Die Hebel 5, 6, der Träger 7 und die Kollektoren 8, 9 sind nicht gegeneinander beweglich.
Die Vorrichtung 1 ist in den Figuren 2 und 3 in einem Querschnitt und einem Längsschnitt dargestellt. Auf einem senkrechten Lagerzapfen 11, der mit der Säule 2 verschraubt ist, ist ein Gehäuse 12 in zwei Kegelrollenlagern 13, 14 drehbar gelagert. Zur Erleichterung der Montage ist das Gehäuse 12 unterteilt in ein Unterteil 15, ein Mittelteil 16 und ein Oberteil 17. Zum Drehen der Vorrichtung 1 um die Achse 3 bzw.
des Gehäuses 12 auf dem Lagerzapfen 11 ist eine erste Antriebs einrichtung 35 vorhanden. Sie besteht im wesentlichen aus einem Elektromotor 18, der über ein mehrstufiges Planetengetriebe 19 und ein erstes Stirnritzel 20 auf ein feststehendes, mit dem starren Lagerzapfen 11 verbundenes erstes Stirnrad 21 wirkt. Eine Drehung des ersten Stirnritzels 20 bewirkt so eine Drehung des Gehäuses 12 auf dem Lagerzapfen 11. Stirnritzel 20 und Stirnrad 21 bilden zusammen eine Stirnradstufe 22. Auf den E-Motor 18, das Planetengetriebe 19 und das Stirnritzel 20 wird später noch näher eingegangen.
Oberhalb des Lagerzapfens 11 und quer zu diesem ist die Welle 4 in zwei Kegelrollenlagern 26, 27 im Gehäuse 12 drehbar gelagert. Ihre Achse 5 liegt in der Ebene 25 (punktierte Fläche in Figur 3) der Teilfuge zwischen dem mittleren (16) und dem oberen Gehäuseteil 17. Die Welle 4 durchdringt beiderseits das Gehäuse 12. An ihren Enden sind die Hebel 6,6' drehfest aufgebracht.
Zum Drehen der Welle 4 um ihre Achse 5 ist eine zweite Antriebseinrichtung 36 vorhanden. Sie besteht im wesentlichen aus einem Elektromotor 28, der über ein mehrstufiges Planetengetriebe 29 und ein zweites Stirnritzel 30 auf ein drehfest mit der Welle verbundenes zweites Stirnrad 31 wirkt. Eine Drehung des Stirnritzels 30 bewirkt so eine Drehung der Welle 4 und damit der Hebel 6,6' und der Kollektoren 8, 9 um die Achse 5.
Die beiden mehrstufigen Planetengetriebe 19,29 sind baugleich ausgeführt, was für die Funktion der Erfindung aber keine Voraussetzung ist. Ihr Aufbau ist aus Figur 4 ersichtlich. Ein im wesentlichen als hohler Rotationskörper ausgebildetes Gehäuse 41 ist an einer Stirnseite mit einem Deckel 42 verschlossen, auf dem der Elektromotor 18 bzw. 28 zentriert und befestigt ist. Seine Abtriebswelle 43 durchdringt den Deckel und trägt das Sonnenrad 45 einer ersten Planetenstufe 44 mit Planetenrädern 46 und einem Planetenträger 47. Dieser Planetenträger ist mit dem Sonnenrad 49 einer zweiten Planetenstufe 48 mit Planetenrädern 50 und einem Planetenträger 51 verbunden.
Beide Planetenstufen 44, 48 haben einen gemeinsamen festen Zahnkranz 52.
Der Planetenträger 51 ist mit dem Sonnenrad 53 einer dritten, als Wolfram-Getriebe gestalteten Planetenstufe 54 verbunden.
Das Sonnenrad 53 kämmt mit einem Planetenrad 55, das mit einem festen Zahnkranz 56 und einem umlaufenden Zahnkranz 57 in Eingriff steht. Die Zahnkränze 56 und 57 haben Zähnezahlen, die nur um einen oder zwei Zähne voneinander abweichen. Der Planetenträger der dritten Planetenstufe 54 ist mit 58 bezeichnet.
In die Verzahnung des Zahnkranzes 57 ist das mit gleicher Zähnezahl verzahnte Ende 59 einer Welle 60 gesteckt, auf der das Stirnritzel 20 bzw. 30 drehfest aufgebracht ist1 z.B.
durch Aufschrumpfen. Ritzel und Welle können auch einstückig ausgeführt sein und über eine Stirnverzahnungskupplung mit dem verzahnten Teil 59 verbunden sein. Die Welle 60 ist mit Wälzlagern 61, 62 im Gehäuse 41 gelagert.
Das Gehäuse 41 bildet zusammen mit dem Motor 18 bzw. 28, den eingebauten Planetengetrieben 19 bzw. 29 und dem Stirnritzel 20 bzw. 30 eine komplett montierbare und als Ganzes in das Gehäuse 12 einbaubare Einschubeinheit 23 bzw. 33. Die äußere Mantelfläche 63 des Gehäuses 41 liegt exzentrisch zu den inneren Zentrier- und Lagerbohrungen. Dadurch ist es möglich, durch einfaches Verdrehen der Einschubeinheiten die Stirnradpaare 22, 32 spielfrei einzujt.llen, Die Planetengetriebe sind in ihrer Übersetzung so ausgelegt, daß in der dritten Stufe 54 die mit dem Übersetzungsverhältnis in Wechselwirkung stehende Selbsthemmungsgrenze gerade erreicht ist. Damit ist ein umgekehrter Kraftfluß vom Abtrieb zum jeweiligen Motor, wie er beispielsweise durch Windbeaufschlagung der Kollektoren 8, 9 entstehen könnte, nicht möglich. Darüber hinaus wird an den Achsen 3, 5 eine nahezu völlige Beseitigung des Umkehrspieles dadurch erreicht, daß die Stirnradpaare 22, 32 spielfrei einstellbar sind und daß die Planetenstufe mit Selbsthemmung im Kraft fluß jeweils nahe an der betreffenden Abtriebsachse 3 bzw.
5 liegt, so daß dahinterliegende Flankenspiele ohne Auswirkung bleiben. Diese Flankenspiele sind - bedingt durch die Bauart des Getriebes und die hohe Übersetzung - ohnehin sehr klein.
Wenn man die Verzahnung der Planetentriebe leicht konisch ausführt, kann durch axiales Einstellen der Räder völlige Spielfreiheit erreicht werden. Alle Maßnahmen, die Verzahnungen spielfrei einzustellen, wären unvollkommen, wenn nicht auch die Lager 13, 14 am Lagerzapfen 11 und die Lager 26, 27 an der Welle 4 spielfrei eingestellt würden. Diese Lager sind deshalb als Kegelrollenlager ausgeführt. Die Mittel zum Einstellen des Lagerspiels, z. B. Paßringe, sind bekannt und deshalb nicht gezeichnet.
Für die schnellaufenden Planetengetriebe ist eine Öl füllung vorgesehen. An den Wellendurchtritten im Gehäuse 41 sind hierfür Dichtringe 63, 64 vorgesehen. Die zum Öleinfüllen und -ablassen sowie ggf. zur ölstandskontrolle erforderlichen Sinrichtungen sind bekannt und deshalb nicht gezeichnet. Für dio langsam laufenden Stirnradpaare 22, 32 ist im Gehäuse 12 eine Fettschmierung vorgesehen. Gegen den Austritt von Fett und gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit sind entsprechende Dichtungen vorgesehen, die mit 65, 66 am Lagerzapfen 11 bzw. mit 67, 68 an der Welle 4 bezeichnet sind.

Claims

ANSPRÜCHE 1) Vorrichtung zum unabhängigen Drehen eines Aggregates um zwei senkrecht zueinanderstehende Achsen, insbesondere zum Nachführen von Sonnenkollektoren, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in einem Gehäuse (12) od. dgl. eine erste Antriebseinrichtung (35) angeordnet ist, die das Gehäuse (12) od. dgl. um eine feststehende Achse (11) drehend antreibt, und daß aa oder in dem Gehäuse (12) od. dgl. eine zweite Antriebseinrichtuiig (36) angeordnet ist, die eine senkrecht zur feststehenden Achse (11) gerichtete Welle (4 ) drehend antreibt, welche aus dem Gehäuse (12) od.dgl.

austritt und die zu drehenden Aggregate (8,9) trägt.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Antriebseinrichtungen (35,36) aus einem 28 29 Elektromotor (18,1) einem mehrstufigen Planetengetriebe (19,; und einer Stirnradstufe (22,32) besteht, deren getriebenes Rad (21,31) auf der Achse (11) bzw. auf der Welle (4 ) angeordnet sind.
3) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebseinrichtungen (35, 36) baugleich ausgeführt sind und evtl. erforderliche unterschiedliche Übersetzungen durch unterschiedliche Stirnradstufen (22, 32) ermöglicht werden.
4) Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, 28 daß der Antriebsmotor (113,1), das mehrstufige Planetengetriebe 29 (192,ß und das treibende Rad (20,30) der jeweiligen Stirnradstufe (22,32) als Einschubeinheit (23,33) vormontierbar sind.
5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschubeinheiten (23,33) exzentrisch im Gehäuse (12) od. dgl. aufgenommen sind.
6) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Stufe des Planetengetriebes 29 (19,;) ein selbsthemmendes sogenanntes Wolfram-Getriebe ist.
7) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Gehäuses (12) od. dgl.

auf der feststehenden Achse (11) und der Welle (4) im Gehäuse (12) od. dgl. mit spielfrei eingestellten Lagern, beispielsweise Kegelrollenlagern, erfolgt.
8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2,3,4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetengetriebe (19,29) Zahnräder mit konischen Zähnen aufweisen, die in axialer Richtung spielfrei einstellbar sind.