DE2943944A1 - Vorrichtung zum unabhaengigen drehen eines aggregates um zwei senkrecht zueinanderstehende achsen - Google Patents

Vorrichtung zum unabhaengigen drehen eines aggregates um zwei senkrecht zueinanderstehende achsen

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DE2943944A1 DE19792943944 DE2943944A DE2943944A1 DE 2943944 A1 DE2943944 A1 DE 2943944A1 DE 19792943944 DE19792943944 DE 19792943944 DE 2943944 A DE2943944 A DE 2943944A DE 2943944 A1 DE2943944 A1 DE 2943944A1
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Description

CARL NORTH 21 7. IQ Maschinen- und X*hnre«f«t>ri,«
_3.
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. Bei dieser Anlage ist es auch erforderlich, die Kollektoren ständig sowohl um die vertikale Achse
als auch - unabhängig davon - um die horizontale Achse drehend nachzustellen. Vorteilhafter
ist jedoch eine wenigstens angenähert in Richtung zur Sonne hin gerichtete Anordnung einer ersten Achse, da dann die Kollektoren nur um eine zweite, senkrecht dazu angeordnete Achse drehend nachgestellt werden müssen, während ein Nachstellen der ersten Achse nur von Zeit zu Zeit erfolgen muß.
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Dieses Nachstellen der ersten Achse kann mit einem Schwenken der Kollektoren um eine dritte Achse erfolgen, die sowohl zur ersten als auch zur zweiten Achse senkrecht steht.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kompakte Vorrichtung zu schaffen, die in beliebiger Neigung auf einem festen Ständer angeordnet sein kann und mit der die Kollektoren um zwei senkrecht zueinander liegende Achsen gedreht werden können. Dabei bestehen dem Anwendungsfall entsprechend die Forderungen nach sehr kleinen Drehzahlen
— 2 — 1
an den Achsen (n< 3 · 10 min ) und nach hoher Verdrehsteifigkeit. Bei manchen Anlagen wird auch Selbsthemmung nahe an den Drehachsen gefordert.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung, die die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweist. Insbesondere 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 2 führt zu einer kostengünstigen Fertigung. Die Vereinheitlichung kann noch weitergeführt werden mit dem Merkmal des Anspruchs 3* das auch in preislicher Hinsicht Vorzüge bietet. Die Montage und eine evtl. erforderlich werdende Demontage werden mit einer Ausführung nach Anspruch k wesentlich
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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 noch verbessert. Mit diesem Merkmal wird gleichzeitig die Forderung nach Selbsthemmung erfüllt. Für eine völlige Spielfreiheit ist eine Ausgestaltung nach Anspruch 7 unerläßlich. Das Zahnspiel in den Planetengetrieben kann auch mit dem Merkmal des Anspruchs 8 beseitigt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von fünf Figuren näher
beschrieben. Es zeigen
Figur 1 eine räumliche Darstellung der Anordnung der Vorrichtung mit den zu drehenden Aggregaten in einem Ausführungsbeispiel;
Figur 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung in der Ebene der Drehachsen;
Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Figur 2; Figur k einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Figur 2; Figur 5 einen Längsschnitt durch eine Einschubeinheit.
Das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. ihre Anordnung ist in Figur 1 dargestellt, wo die Vorrichtung stark vereinfacht als aus geometrischen Elementen zusammengesetztes Teil gezeichnet und mit 1 bezeichnet ist. Sie ist auf einer feststehenden senkrechten Säule 2 angeordnet. Ein auswechsel-
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barer Adapter 3 zwischen der Säule 2 und der Vorrichtung ermöglicht eine den örtlichen Verhältnissen angepaßte Neigung der Vorrichtung. Die Vorrichtung weist eine erste Antriebseinrichtung k auf, die starr auf dem Adapter 3 befestigt ist. In ihr ist eine im wesentlichen horizontale Welle 5 drehbar und dafür antreibbar gelagert, an deren freiem Ende eine zweite Antriebseinrichtung 6 angebracht ist. In dieser ist eine Welle 7 (Elevationsachse 7') drehbar und dafür antreibbar gelagert, an deren Enden die aus mehreren Elementen zusammengesetzten Kollektoren 8, 9 angeordnet sind. Mit dem Adapter 3 ist es möglich, die beiden Wellen 5» 7 bzw. ihre Achsen 51, 7* in einer Ebene anzuordnen, die von der Azimutachse 10 zumindest angenähert senkrecht durchdrungen wird. Auf diese Weise ist über längere Zeit nur ein ständiges Nachführen der Kollektoren durch Drehen um die Elevationsachse 7' erforderlich, während eine geänderte Einstellung der Azimutachse nur in längeren Zeitabständen durch Drehen der Kollektoren um die Achse 5' erforderlich ist.
Die Vorrichtung 1 ist in den Figuren 2, 3 und k in drei Schnitten dargestellt. Auf dem Adapter 3« der mit der Säule 2 fest verbunden ist, ist ein Gehäuse 11 aufgeschraubt. Zur Erleichterung der Montage ist das Gehäuse unterteilt in zwei Gehäusehälften 12, 13· In ihm ist in Wälzlagern l4, 15 die Welle 5 gelagert, die an einem freien, das Gehäuse 11 abgedichtet durchdringenden Ende l6 einen Flansch 17 trägt. Der Flansch
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-7- -.294394«
kann aufgeschrumpft oder auf andere geeignete Weise drehfest und nicht verschiebbar aufgebracht sein. An dem Flansch 17 ist ein Gehäuse 21 angeschraubt, das in zwei Gehäusehälften 22, unterteilt ist. In ihm ist in Wälzlagern 24, 23 die Welle 7 gelagert, deren Enden 26, 27 das Gehäuse 21 abgedichtet durchdringen. Sie nehmen Plansche 28, 29 auf, an denen die Kollektoren 8, 9 befestigt sind. Die Flansche 28, 29 können baugleich mit dem Flansch 17 sein.
Aus Zweckmäßigkeitsgründen sind die beiden Gehäuse 11, 21 baugleich ausgeführtr was für die Funktion der Erfindung aber keine Voraussetzung ist. Die Achsen 5* » 7' der in ihnen gelagerten Wellen liegen in den Ebenen 4l, 42 (punktierte Flächen in Figur 2 und 3) der Teilfugen zwischen den Gehäusehälften 12, 13 bzw. 22, 23.
Zum Drehen der zweiten Antriebseinrichtung 6 um die Achse 5' ist die erste Antriebseinrichtung 4 mit einem Elektromotor 31 ausgestattet, der über ein in Figur 2 nur in seinen Umrissen dargestelltes mehrstufiges Planetengetriebe 32 und ein Stirnritzel 33 auf ein auf der Welle 5 drehfest angebrachtes Stirnrad 34 wirkt. Eine Drehung des Stirnritzels 33 bewirkt so eine Drehung der zweiten Antriebseinrichtung 6 um die Achse 5'· Stirnritzel 33 und Stirnrad 34 bilden zusammen eine Stirnradstufe 35. Auf den Ε-Motor 31, das Planetengetriebe 32 und das Stirnritzel 33 wird später noch näher eingegangen.
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Zum Drehen der Kollektoren 8, 9 um die Achse 71 ist die zweite Antriebseinrichtung 6 ebenfalls mit einem Elektromotor ausgestattet, der mit jS bezeichnet ist. Er wirkt über ein in Figur k nur in seinen Umrissen dargestelltes mehrstufiges Planetengetriebe 37 und ein Stirnritzel 38 auf ein auf der Welle 7 drehfest angebrachtes Stirnrad 39· Stirnritzel 38 und Stirnrad 39 bilden zusammen eine Stirnradstufe Ίθ. Eine Drehung des Stirnritzrls 38 bewirkt so eine Drehung der Welle 7 und damit der Ko.ll r.i'teron ß, ? v.m die Achse 7'.
.'.itcii dip '!"itU1" n'"bt ^ ^u f ifcei) F.l°ue t eii.^e triebe 32» 37 sind bauf 1 pt. nh rv ■?." c / ■"' !'i t , ' C.3 f'i.'JT r1 ί.". F *λϊγ?" t icp der" Rt ".('■' 11 dun <ϊ sbcr "'"•''!ρ. 1.' r l'c.M1'? V"t "i.if f it, ;|r,'r \.r:t . H'cmi ^i i · D^^Uzr}'! der b ρ i - ürv U r\.l l.nrx 5 ""ri 7 '* r». ♦; .τ τ rclil''1' ich ρ fjn soll, i'^mi Ίϊϊβ durch T'ii t ? j'c el'i <r'J J ' '1C f'b"!? "t"ji:ift r?cr" 5 t ifiiinrtstv' ';n 3? ur 4 '10 rr — itviiht vcri'fii. Τ·ρ Ι'?! γ,'μτ o"ch !;'öpLich, pti civpr Λτι tr i obseinr i. ei! t i'.tin 7.'-ri ? γΙι.οϊλ Hpj T?-IIo<". or u;id dem Plane t nigotri <?b r» eine zusätzliche 5M.tnr".dstufe '1G pnzuordnen. Diese Ausführung ist in Fig'vr 1^ d?.r reiit-ell t, din don Aut'bmi der P.lrniet«»i\ge triebe 32, 37 zeijjt. Au/." '"in im wesentli'hnn al3 hohler Rotationskörper ausgebildeten Gehäuse 51 ist nii einer Stirnseite ein Zwischengohfius«? 50 ntigcbrnclit, das mit einem Deckel "2 verschlossen ist. Auf dicsom i.^t der E-I!otoi 3I bzv.T. 36 zentriert und befestigt. Seine Abtriebswelle 53 durchdringt den Deckel und trägt dna Ritzel h~i der Stirnrndstufe 't6 . Die Abtriebswelle Ί9 der Stirnradstufe nimmt sowohl dns Stirnrad Ί8 nls auch das Sonnenrad 55 einer ersten Planetenstufe ^k auf. {Wenn die zu-
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satzliche Stirnradstufe nicht benötigt wird, wird das Gehäuse 51 unmittelbar mit dem Deckel 52 verschlossen (Figur k) und die Abtriebswelle 53 des Ε-Motors trägt das Sonnenrad 55·) Zur ersten Planetenstufe 3k gehören noch Planetenräder 56 und ein Planetenträger 57· Dieser ist mit dem Sonnenrad 59 einer zweiten Planetenstufe 58 mit Planetenrädern 60 und einem Planetenträger 6l verbunden. Beide Planetenstufen 5k, 58 haben einen gemeinsamen festen Zahnkranz 62. Der Planetenträger 6l ist mit dem Sonnenrad 63 einer dritten Planetenstufe Sk verbunden. Das Sonnenrad 63 kämmt mit einem Planetenrad 65· das mit einem festen Zahnkranz 66 und einem umlaufenden Zahnkranz 67 in Eingriff steht. Der Planetenträger der dritten Planetenstufe 6k ist mit 68 bezeichnet. In die Verzahnung des Zahnkranzes 67 ist das mit gleicher Zähnezahl verzahnte Ende 69 einer Welle 70 gesteckt, auf der das Stirnritzel 33 bzw. 38 drehfest aufgebracht ist, z.B. durch Aufschrumpfen. Ritzel und Welle können auch einstückig ausgeführt sein und über eine Stirnverzahnungskupplung mit dem verzahnten Teil 69 verbunden sein. Die Welle 70 ist mit Wälzlagern 71, 72 im Gehäuse 51 gelagert.
Das Gehäuse 51 bildet zusammen mit dem Motor 31 bzw. 36, den eingebauten Planetengetrieben 32 bzw. 37 und dem Stirnritzel 33 bzw. 38 sowie ggf. der zusätzlichen Stirnradstufe k6 eine komplett montierbare und als Ganzes in das Gehäuse 11, 21 einbaubare Einschubeinheit k"} bzw. kk. Die äußere Mantelfläche 79 des Gehäuses 51 liegt exzentrisch zu den inneren
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Zentrier- und Lagerbohrungen. Dadurch ist es möglich, durch einfaches Verdrehen der Einschubeinheiten die Stirnradpaare 35t '»0 spielfrei einzustellen.
Wenn die Antriebseinheit selbsthemmend sein soll, kann die dritte Planetenstufe 6't als sogenanntes Wolfrom-Getriebe gestaltet sein. Die Zahnkränze 66 und 67 haben dann Zähnezahlen, die nur um einen oder zwei Zähne voneinander abweichen. Auf diese Weise ist in der dritten Stufe 6k die mit dem Übersetzungsverhältnis in Wechselwirkung stehende Selbsthemmungsgrenze gerade erreicht. 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 Wellen 5» 7 eine nahezu völlige Beseitigung des Umkehrspieles dadurch erreicht, daß die Stirnradpaare 35t ^O spielfrei einstellbar sind und daß die Planetenstufe mit Selbsthemmung im Kraftfluß jeweils nahe an der betreffenden Abtriebswelle 5 bzw. 7 liegt, so daß dahinterliegende Flankenspiele ohne Auswirkung bleiben. Diese Flankenspiele haben - bedingt durch die Bauart des Getriebes und die hohe Übersetzung - ohnehin nur geringen Einfluß auf die Drehwinkel der Abtriebswellen.
Wenn man die Verzahnung <äer Planetentriebe leicht konisch ausführt, kann durch axiales Einstellen der Räder völlige Spielfreiheit erreicht werden» Alle Maßnahmen, die Verzahnungen spielfrei einzustellen, wären jedoch unvollkommen, wenn nicht auch die Lager lk, 15 an der Welle 5 und die Lager 24, 25 an
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der Welle 7 spielfrei eingestellt wurden. Diese Lager sind deshalb als Kegelrollenlager ausgeführt. Die Mittel zum spielfreien Einstellen der Lager, z.B. Paßringe, sind bekannt und deshalb nicht gezeichnet.
Für die schneilaufenden Planetengetriebe ist eine Ölfüllung vorgesehen. An den Vellendurchtritten im Gehäuse 51 bzw. am Deckel 52 sind hierfür Dichtringe 73, 7** vorgesehen. Die zum Öleinfüllen und -ablassen sowie ggf. zur Ölstandskontrolle erforderlichen Einrichtungen sind bekannt und deshalb nicht gezeichnet. Für die langsam laufenden Stirnradpaare 351 ^O ist in den Gehäusen 11, 21 eine Fettschmierung vorgesehen. Gegen den Austritt von Fett und gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit sind entsprechende Dichtungen vorgesehen, die mit 75 an der Welle 5 bzw. mit 77, 78 an der Welle 7 bezeichnet sind.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das beschriebene Ausführungsbeispiel. So ist es z.B. möglich, die Funktion der Achsen 5' und 7' zu vertauschen, und es sind auch andere Anwendungsfälle denkbar. Die Schutzansprüche sollen deshalb alle unter ihren Wortlaut fallenden Vorrichtungen zum unabhängigen Drehen eines Aggregates um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen mit umfassen.
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Claims (8)

  1. ta*«r3r 2503 LfVwo 433.00
    «trat· IS PL 496
    T*Mofi (Mil) 3M11
    ANSPRUCHE
    Vorrichtung zum unabhängigen Drehen eines Aggregates um zwei senkrecht zueinanderstehende Achsen, insbesondere zum Nachführen von Sonnenkollektoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (5) einer im wesentlichen aus einem Gehäuse (ll), einem Ε-Motor (3l)> einem mehrstufigen Planetengetriebe (32) und einer Stirnradstufe (35) bestehenden feststehenden ersten Antriebseinrichtung (4) an einem freien Ende das Gehäuse (21) einer im wesentlichen aus dem Gehäuse (21), einem E-Motor (36), einem mehrstufigen Planetengetriebe (37) und einer Stirnradstufe (40) bestehenden drehbaren zweiten Antriebseinrichtung (6) trägt, deren senkrecht zur Abtriebswelle (5) der ersten Antriebseinrichtung (4) gerichtete Abtriebswelle (7) an ihren freien Enden die zu drehenden Aggregate (8,9) trägt.
  2. 2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebseinrichtungen (4,6) baugleich ausgeführt sind und evtl. erforderliche unterschiedliche Übersetzungen durch unterschiedliche Stirnradstufen (35,4O) ermöglicht werden.
  3. 3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebseinrichtungen (4,6) baugleich ausgeführt sind und evtl. erforderliche unterschiedliche Über-
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    Setzungen durch eine zusätzliche Stirnradstufe (46) zwischen E-Motor und mehrstufigem Planetengetriebe bei einer der beiden Antriebseinrichtungen (4 ,6 ) ermöglicht werden.
  4. 4) Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (31, 3&), das mehrstufige Planetengetriebe (32,37) und das treibende Rad (33,38) der jeweiligen Stirnradstufe (35,40) sowie die ggf. vorhandene zusätzliche Stirnradstufe (46) als Einschubeinheit (43, 44) vormontierbar sind.
  5. 5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschubeinheiten (43,44) exzentrisch im jeweiligen Gehäuse ( 11, 21) aufgenommen sind.
  6. 6) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 t dadurch gekennzeichnet . daß die letzte Stufe des Planetengetriebes ( 32, 37) ein selbsthemmendes sogenanntes VoIfrom-Getriebe ist.
  7. 7) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet . daß die Lagerung der Welle (5) im Gehäuse (ll) bzw. der Welle (7) im Gehäuse (21) mit spielfrei eingestellten Lagern, z.B. Kegelrollenlagern, erfolgt.
  8. 8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Planetengetriebe ( 32, 37) Zahn« räder mit konischen Zähnen aufweisen, die in axialer Richtung spielfrei einstellbar sind.
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DE2943944A 1979-10-31 1979-10-31 Antriebsvorrichtung zum unabhängigen Drehen eines Sonnenkollektors um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen Expired DE2943944C2 (de)

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