DE3438561A1 - Generator regulating gear - Google Patents

Generator regulating gear

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DE3438561A1 DE19843438561 DE3438561A DE3438561A1 DE 3438561 A1 DE3438561 A1 DE 3438561A1 DE 19843438561 DE19843438561 DE 19843438561 DE 3438561 A DE3438561 A DE 3438561A DE 3438561 A1 DE3438561 A1 DE 3438561A1
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Abstract

What is proposed is a generator regulating gear which is of simple design with a high level of efficiency in the control range. Moreover, it is to have a roomy constructional volume along with a long lifetime. The webbed shaft is guided through the sun wheel and forms the drive shaft for the electrical generator. The ring-gear shaft is connected to the prime mover and the planet wheels are designed as stepped planet wheels. This ensures that the drive shaft and the output shaft are coaxial and the main power flow does not have to be guided by way of an additional intermediate gear.

Description

Gene rato rstellget riebe Gene ratio adjustment gears

Die Erfindung betrifft ein Generatorstellgetriebe als Kraftübertragungssystem zwischen einer Antriebsmaschine mit veränderlicher Drehzahl und einem Elektrogenerator mit konstanter Drehzahl, bestehend aus einem dreiwelligen Umlaufgetriebe mit Sonnenrad, Hohlrad und Steg als Hauptgetriebe und einem Stufenlosen Nebengetriebe sowie einigen Vorgelegestufen oder weiteren Umlaufgetrieben zur Anpassung der Drehzahlbereiche, wobei eine Welle des dreiwelligen Umlaufgetriebes mit der Antriebsmaschine und eine andere Welle mit dem Elektrogenerator direkt oder über Vorgelegestufen verbunden ist und wobei die dritte.Welle des Umlaufgetriebes stufenlos über das Nebengetriebe antreibbar ist, welches entweder mit einer eigenen Antriebsmaschine oder mit einem stufenlosen hydrostatischen Standgetriebe verbunden ist, das außer mit der dritten Welle des Umlaufgetriebes auch mit einer der beiden anderen Wellen des Umlaufgetriebes in Verbindung steht.The invention relates to a generator control gear as a power transmission system between a variable speed prime mover and an electric generator with constant speed, consisting of a three-shaft epicyclic gear unit with sun gear, Ring gear and web as the main gear and a stepless auxiliary gear as well as some Countershaft stages or other epicyclic gears to adapt the speed ranges, one shaft of the three-shaft epicyclic gearbox with the prime mover and one the other shaft is connected to the electric generator directly or via additional stages and the third shaft of the epicyclic gearbox is continuously variable via the secondary gearbox is drivable, which either with its own drive machine or with a continuously variable hydrostatic stationary transmission is connected, except with the third The epicyclic gear shaft also connects to one of the other two epicyclic gear shafts communicates.

Die DE-OS 32 39 853 zeigt ein Generatorstellgetriebe, bei dem das Hauptgetriebe neben dem dreiwelligen Umlaufgetriebe eine Vorgelegestufe aufweist, die den Achsabstand zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle überbrückt. Über diese Vorgelegestufe fließt die gesamte vom Generatorstellgetriebe zu übertragende Leistung. Sie ist entsprechend stark dimensioniert und erhöht beträchtlich das Gesamtgewicht. In dieser Vorgelegestufe geht ca. 1 % an Wirkungsgrad verloren. Da das Hohlrad des Umlaufgetriebes zusätzlich als ein Rad dieser Vorgelegestufe außenverzahnt ist, ist eine stabile Lagerung des Hohlrades nötig, die zusätzlich Bauvolumen und Fertigungsaufwand erfordert. Das Nebengetriebe ist im wesentlichen ein stufenloses hydrostatisches Standgetriebe, das über die Vorgelegestufe des Hauptgetriebes und eine weitere Vorgelegestufe das Hohlrad und das Sonnenrad des dreiwelligen Umlaufgetriebes koppelt. Das hydrostatische Standgetriebe besteht aus einer Konstanteinheit und einer Verstelleinheit. Dabei sitzt die Konstanteinheit direkt am Sonnenrad, und die Verstelleinheit ist über die Vorgelegestufe des Nebengetriebes mit der Antriebswelle verbunden. Um größtmöglichen Wirkungsgrad in hydrostatischen Standgetrieben zu erreichen, sind bestimmte Drehzahlbereiche für das Sonnenrad erforderlich. Bei Vorgabe der konstanten Drehzahl des Elektrogenerators ist die optimale Auslegungsmöglichkeit dieses Generatorstellgetriebes weitgehend eingeschränkt.DE-OS 32 39 853 shows a generator setting gear, in which the Main gear has a countershaft stage in addition to the three-shaft epicyclic gear, which bridges the center distance between the drive shaft and the output shaft. The entire amount to be transmitted by the generator control gear flows through this countershaft stage Power. It is correspondingly large and increases the overall weight considerably. In this additional stage, about 1% of the efficiency is lost. Since the ring gear of the Epicyclic gear is also externally toothed as a gear of this countershaft stage, a stable mounting of the ring gear is necessary, which also requires construction volume and manufacturing costs requires. The secondary transmission is essentially a continuously variable hydrostatic one Stationary gearbox, which has the countershaft stage of the main gearbox and a further countershaft stage the ring gear and the sun gear of the three-shaft epicyclic gear are coupled. The hydrostatic Stationary gear unit consists of a constant unit and an adjustment unit. Included the constant unit sits directly on the sun gear, and the adjustment unit is over the countershaft stage of the auxiliary transmission is connected to the drive shaft. To the greatest possible Achieving efficiency in hydrostatic stationary gears are certain speed ranges required for the sun gear. If the constant speed of the electric generator is specified is largely the optimal design option for this generator setting gear restricted.

Aus dem Prospekt der Fa. Sulzer "CON-SPEED" ist ein Generatorstellgetriebe mit koaxialem Antrieb und Abtrieb bekannt. Es hat ein dreiwelliges Umlaufgetriebe im Hauptgetriebe und ein dreiwelliges Umlaufgetriebe, zwei Vorgelegestufen und ein hydrostatisches Standgetriebe im Nebengetriebe. Damit besteht zwar die Möglichkeit, optimale Auslegungen mit verschiedenen Übersetzungskombinationen zu erreichen, aber das Bauvolumen, der Fertigungsaufwand und die Fertigungskosten sind groß.From the Sulzer brochure "CON-SPEED" is a generator control gear known with coaxial drive and output. It has a three-shaft planetary gear in the main gear and a three-shaft epicyclic gear, two countershaft stages and one hydrostatic stationary transmission in the auxiliary transmission. With this there is the possibility to achieve optimal interpretations with different translation combinations, but the construction volume, the manufacturing effort and the manufacturing costs are large.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Generatorstellgetriebe der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß es einen koaxialen An- und Abtrieb, wenig Zahnräder und eine Konstruktion aufweist, die bei einer einfachen Fertigung und einem kleinen Bauvolumen eine hohe Lebensdauer und ein sehr hohes Wirkungsgradniveau im Regelbereich erreicht. Die Erfindung als Lösung der Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß die Stegwelle durch das Sonnen rad hindurchgeführt ist und die Antriebswelle für den Elektrogenerator bildet, daß die Hohlradwelle mit der Antriebsmaschine in Verbindung steht und die Planetenräder als Stufenplanetenräder ausgebildet sind.The invention is based on the object of a generator control gear of the type mentioned so that there is a coaxial input and output, has few gears and a construction that is easy to manufacture and a small construction volume, a long service life and a very high level of efficiency reached within the control range. The invention as a solution to the problem is characterized by this from that the web shaft is passed through the sun wheel and the drive shaft forms for the electric generator that the ring gear shaft with the prime mover in Connection is and the planetary gears are designed as stepped planetary gears.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Antriebswelle und die Abtriebswelle koaxial liegen und somit der Hauptleistungsfluß nicht über ein zusätzliches Vorgelege geführt werden muß, und daß dazu im Hauptgetriebe und im Nebengetriebe nur ein dreiwelliges Umlaufgetreibe notwendig ist. Der Durchmesser des Hohlrades ist dabei nicht größer als bei einer Ausführung mit einfachen Planetenrädern und einem kleinen Sonnenrad. Übliche Planetenräder kämmen über eine Zahnflanke mit dem Hohlrad und über die andere Zahnflanke mit dem Sonnenrad. Dabei werden die Zähne wechselnd beansprucht. Bei den Stufenplanetenrädern eines erfindungsgemäß gestalteten Umlaufgetriebes kämmt das kleine Rad mit dem Hohlrad,das große Rad mit dem Sonnenrad. Beide Planetenverzahnungen werden nur schwellend beansprucht. Eine schwellende Beanspruchung belastet ein Zahnrad aber weniger als eine wechselnde Beanspruchung. Insgesamt läßt sich nachweisen, daß das Gewicht eines erfindungsgemäß gestalteten Umlaufgetriebes mit Stufenplaneten kleiner ist als das Gewicht eines Umlaufgetriebes mit einfachen Planeten bei gleicher, großer negativer Standübersetzung.The advantages achieved with the invention are in particular: that the drive shaft and the output shaft are coaxial and thus the main power flow does not have to be performed via an additional back gear, and that in the main transmission and only a three-shaft epicyclic drive is required in the secondary gear. The diameter of the ring gear is no larger than in an embodiment with simple planetary gears and a small sun gear. Usual planetary gears mesh with a tooth flank the ring gear and via the other tooth flank with the sun gear. This is where the teeth are alternately stressed. In the stepped planetary gears one designed according to the invention The epicyclic gear meshes the small gear with the ring gear, the large gear with the sun gear. Both planetary gears are only subjected to increasing loads. A swelling strain however, loads a gearwheel less than alternating loads. Overall leaves prove that the weight of an epicyclic gear designed according to the invention with stepped planets is less than the weight of an epicyclic gear with simple Planets with the same, large negative stationary translation.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Nebengetriebe zwei- oder mehrsträngig ausgeführt. Es kann als stufenloses Nebengetriebe, beispielsweise hydrostatisches Standgetriebe, über Vorgelegestufen mit dem Hauptgetriebe verbunden sein. Im dreiwelligen Umlaufgetriebe heben sich die Verzahnungskräfte bei mehreren am Umfang verteilten Planetenrädern auf. Da die Antriebswelle und die Abtriebswelle koaxial liegen, werden die zentralen Wellen des Hauptgetriebes außer durch Drehmomente nur durch die Querkräfte aus Vorgelegestufen zum Nebengetriebe und durch äußere Anschlußkräfte belastet. Durch konstruktive Maßnahmen kann man die äußeren Anschlußkräfte gering halten.In a further advantageous embodiment of the invention, the secondary transmission is run in two or more strands. It can be used as a continuously variable auxiliary transmission, for example hydrostatic stationary transmission, connected to the main transmission via countershaft stages be. In the three-shaft epicyclic gearbox, the toothing forces increase when there are several planet gears distributed on the circumference. As the input shaft and the output shaft are coaxial, the central shafts of the main gearbox are apart from torques only by the transverse forces from the countershaft stages to the auxiliary transmission and by external forces Connection forces loaded. The external connection forces can be reduced by constructive measures keep it low.

In der Zeichnung ist schematisch der Aufbau eines erfindungsgemäß gestalteten Generatorstellgetriebes dargestellt.In the drawing, the structure of an according to the invention is schematically designed generator setting gear shown.

Es bedeuten: 1 - Abtriebswelle 2 - Hohlrad 3 - Antriebswelle 4 - Sonnen rad 5 - Steg 6a,6b - große Planetenräder, die mit dem Sonnenrad 4 kämmen 7a,7b - kleine Planeten räder, die mit dem Hohlrad 2 kämmen 8 - Kupplung zur Einstellbeweglichkeit des Sonnenrades 4 9 - Zentralrad des Vorgeleges für die Konstanteinheit des hydrostatischen Standgetriebes iOa,10b - Räder des Vorgeleges für die Konstanteinheit des hydrostatischen Standgetriebes 11 - Zentralrad des Vorgeleges für die Verstelleinheit des hydrostatischen Standgetriebes 12a,12b - Räder des Vorgeleges für die Verstelleinheit des hydrostatischen Standgetriebes 13a,13b - Verstelleinheiten des hydrostatischen Standgetriebes 14a,14b - Konstanteinheiten des hydrostatischen Standgetriebes.They mean: 1 - output shaft 2 - ring gear 3 - drive shaft 4 - suns wheel 5 - web 6a, 6b - large planetary gears that mesh with the sun gear 4 7a, 7b - small planetary gears that mesh with the ring gear 2 8 - clutch for adjustment mobility of the sun gear 4 9 - central gear of the countershaft for the constant unit of the hydrostatic Stationary gearbox ok, 10b - gears of the countershaft for the constant unit of the hydrostatic Stationary gear 11 - central gear of the countershaft for the adjustment unit of the hydrostatic Stationary gearbox 12a, 12b - wheels of the countershaft for the adjustment unit of the hydrostatic Stationary gear 13a, 13b - adjustment units of the hydrostatic stationary gear 14a, 14b - constant units of the hydrostatic stationary gear.

Um eine besonders gute Auslegung zu erhalten, dient die Stegwelle 1 als Abtriebswelle zum nicht dargestellten Elektrogenerator und ist das Hohlrad 2 mit der Antriebswelle 3 verbunden. Damit die Antriebswelle 3 und die Abtriebswelle 1 koaxial liegen und das Sonnen rad 4 über das Nebengetriebe stufenlos regelbar ist, ohne ein zusätzliches Umlaufgetriebe zu benötigen, ist die Stegwelle 1 durch das Sonnenrad 4 hindurchgeführt. Der Durchmesser der Stegwelle 1 bestimmt damit den minimalen Durchmesser des Sonnenrades 4. Um mit dem Generatorstellgetriebe möglichst hohe Wirkungsgrade zu erzielen, muß die Standübersetzung im dreiwelligen Umlaufgetriebe große negative Werte annehmen.The web shaft is used to achieve a particularly good design 1 as the output shaft to the electric generator, not shown, and is the ring gear 2 connected to the drive shaft 3. So that the drive shaft 3 and the output shaft 1 lie coaxially and the sun wheel 4 continuously variable via the secondary transmission is without needing an additional epicyclic gear, the spider shaft 1 is through the sun gear 4 passed through. The diameter of the web shaft 1 thus determines the minimum diameter of the sun gear 4. To with the generator control gear as possible To achieve high levels of efficiency, the stationary transmission in the three-shaft epicyclic gear must be used take on large negative values.

Bei einem relativ großen Sonnenrad 4 ist deshalb das dreiwellige Umlaufgetriebe mit Stufenplaneten 6a, 6b, 7a, 7b ausgeführt.In the case of a relatively large sun gear 4, the three-shaft epicyclic gear is therefore used executed with stepped planets 6a, 6b, 7a, 7b.

Bei dem gezeigten Beispiel verbindet das Nebengetriebe über die Vorgelegestufen 9, 10a, 1Db und 11, 12a, 12b und das hydrostatische Standgetriebe mit den Verstelleinheiten 13a, 13b und den Konstanteinheiten 14a, 14b das Sonnenrad 4 und die Antriebswelle 3. Die Räder 9 und 11 liegen koaxial zu den Antriebs- und Abtriebswellen 3, 1. Zwei Räder 10a, 1Db und zwei Räder 12a, 12b verbinden die beiden Konstanteinheiten 14a, 14b und die beiden Verstelleinheiten 13a, 13b mit den Rädern 9 und 11. Das Rad 9 und die beiden Räder 10a, 10b liegen in einer Teilungsebene, so daß sich die Kräfte am Rad 9 aufheben und hier nur ein Drehmoment übertragen wird. Entsprechendes gilt für das Vorgelege 11, 12a, 12b. Der Vorteil dieser Radanordnung ist, daß im Hauptgetriebe keine Querkräfte und damit keine Biegemomente auftreten.In the example shown, the auxiliary transmission connects via the countershaft stages 9, 10a, 1Db and 11, 12a, 12b and the hydrostatic stationary gear with the adjustment units 13a, 13b and the constant units 14a, 14b, the sun gear 4 and the drive shaft 3. The wheels 9 and 11 are coaxial with the drive and output shafts 3, 1. Two Wheels 10a, 1Db and two wheels 12a, 12b connect the two constant units 14a, 14b and the two adjustment units 13a, 13b with the wheels 9 and 11. The wheel 9 and the two wheels 10a, 10b are in a dividing plane, so that the forces cancel on the wheel 9 and only a torque is transmitted here. The same applies accordingly for the countershaft 11, 12a, 12b. The advantage of this wheel arrangement is that in the main transmission no transverse forces and therefore no bending moments occur.

Die Lagerung des Hauptgetriebes hat somit nur noch Führungsfunktion bei sehr hoher Lebensdauer, die Wellen des Hauptgetriebes können kleiner dimensioniert werden. Der zwei- oder mehrsträngige Aufbau des Nebengetriebes ermöglicht bei Verwendung eines stufenlosen hydrostatischen Standgetriebes 13a, 13b, 14a, 14b den Einsatz mehrerer kleinerer Verdrängermaschinen. Damit ist ein kompakterer Gesamtaufbau des Generatorstellgetriebes möglich, der auch Vorteile hinsichtlich Betriebssicherheit und Anpassungsfähigkeit des Getriebes an besondere Einsatzfälle bietet.The storage of the main gear thus only has a guiding function with a very long service life, the shafts of the main gear unit can be dimensioned smaller will. The two-strand or multi-strand structure of the auxiliary transmission enables it to be used a stepless one hydrostatic stationary gear 13a, 13b, 14a, 14b the use of several smaller displacement machines. This is a more compact one Overall construction of the generator setting gear possible, which also has advantages in terms of Operational safety and adaptability of the gearbox to special applications offers.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE 1. Generatorstellgetriebe als Kraftübertragungssystem zwischen einer Antriebsmaschine mit veränderlicher Drehzahl und einem Elektrogenerator mit konstanter Drehzahl, bestehend aus einem dreiwelligen Umlaufgetriebe mit Sonnenrad, Hohlrad und Steg als Hauptgetriebe und einem stufenlosen Nebengetriebe sowie einigen Vorgelegestufen oder weiteren Umlaufgetrieben zur Anpassung der Drehzahlbereiche, wobei eine Welle des dreiwelligen Umlaufgetriebes mit der Antriebsmaschine und eine andere Welle mit dem Elektrogenerator direkt oder über Vorgelegestufen verbunden ist und wobei die dritte Welle des Umlaufgetriebes stufenlos über das Nebengetriebe antreibbar ist, das entweder mit einer eigenen Antriebsmaschine oder mit einem stufenlosen hydrostatischen Standgetriebe verbunden ist, welches außer mit der dritten Welle des Umlaufgetriebes auch mit einer der beiden anderen Wellen des Umlaufgetriebes in Verbindung steht, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, für sich bekannter Merkmale: a) die Stegwelle (1) ist durch das Sonnenrad (4) hindurchgeführt, b) die Stegwelle (1) bildet die Antriebswelle für den Elektrogenerator, c) die Hohlradwelle (3) steht mit der Antriebsmaschine in Verbindung, d) die Planetenräder sind als Stufenplaneten (6, 7) ausgebildet. PATENT CLAIMS 1. Generator control gear as a power transmission system between a variable speed prime mover and an electric generator with constant speed, consisting of a three-shaft epicyclic gear unit with sun gear, Ring gear and web as the main gear and a continuously variable secondary gear as well as some Countershaft stages or other epicyclic gears to adapt the speed ranges, one shaft of the three-shaft epicyclic gearbox with the prime mover and one the other shaft is connected to the electric generator directly or via additional stages and the third shaft of the epicyclic gearbox is continuously variable via the secondary gearbox can be driven, either with its own drive machine or with a stepless one hydrostatic stationary gear is connected, which except with the third shaft of the epicyclic gearbox with one of the other two shafts of the epicyclic gearbox is in connection, characterized by the combination of the following, more known per se Characteristics: a) the spider shaft (1) is passed through the sun gear (4), b) the spider shaft (1) forms the drive shaft for the electric generator, c) the ring gear shaft (3) is in communication with the prime mover, d) the planetary gears are as Stepped planets (6, 7) formed. 2. Generatorstellgetriebe nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nebengetriebe zwei-oder mehrsträngig ausgeführt ist.2. Generator control gear according to the preamble of claim 1, characterized in that the secondary transmission has two or more strands is. 3. Generatorgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgelegestufen (3, lOa, lOb, 11, 12a, 12b) die das hydrostatische Standgetriebe mit dem Hauptgetriebe verbinden, drei oder mehr Zahnräder haben, von denen ein Rad (9, 11) koaxial zum Hauptgetriebe liegt und die anderen Räder (lOa, lOb, 12a, 12b) so um dieses Zentralrad (9, 11) angeordnet sind, daß sich die Kräfte am Zentralrad (9, 11) aufheben.3. generator transmission according to claim 2, characterized in that the countershaft stages (3, 10a, 10b, 11, 12a, 12b) which the hydrostatic stationary transmission connect to the main gearbox, have three or more gears, one of which is a wheel (9, 11) is coaxial with the main gearbox and the other wheels (lOa, lOb, 12a, 12b) are arranged around this central wheel (9, 11) that the forces on the central wheel (9, 11) cancel.
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