JP6861794B2 - 重畳伝動装置を備えた駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置であって、遊星歯車伝動装置とケーシングとを備えた重畳伝動装置、重畳伝動装置の入力軸に結合された主駆動機、それぞれ１つの駆動結合部を介して遊星歯車伝動装置に結合された２つの補助駆動機、作業機械に結合可能な、重畳伝動装置の出力軸を含み、遊星歯車伝動装置は、リングギヤ、サンギヤ、遊星キャリヤおよび複数の遊星ギヤを有する、駆動装置に関する。

重畳伝動装置では一般に、遊星歯車伝動装置の少なくとも２つの軸が、互いに独立した駆動装置により駆動され、これにより別の軸、すなわち出力軸の回転数が増やされるか、または減らされるようになっている。各駆動装置のうちの１つが制御可能である場合には、出力軸の回転数無段制御が達成され得る。この場合は２つの軸が駆動され、一方の軸は主駆動機により駆動され、もう一方の軸は回転数制御可能な２つの補助駆動機により駆動される。出力軸の第３の軸には、作業機械が接続されている。

従来技術から周知の、重畳伝動装置を備えた駆動装置では、主駆動機が入力軸を介して、遊星歯車伝動装置のリングギヤを駆動し、制御可能な補助駆動機は伝動装置段を介して遊星キャリヤを駆動する一方で、作業機械は、出力軸を介してサンギヤに結合されている。このような駆動装置により、一定回転する主駆動機において、出力軸の回転数を極めて大きな回転数範囲内で無段調整することができるようになっている。

さらに、補助駆動機が高速回転時にそれぞれ主駆動機の回転数を記憶することにより、主駆動機を無負荷状態で牽引始動させることが可能である。主駆動機が定格回転数に近づきひいては高トルクをもたらすことができるようになって初めて、補助駆動機による回転数補整が減じられることで、負荷が次第に加速される。

遊星歯車伝動装置に対してそれぞれ別個の駆動結合部を有する２つの補助駆動機を備えた具体的な構成は、例えば独国特許出願公開第１０２０１５１０７９３４号明細書に記載されている。損傷防止のために、種々様々なクラッチやブレーキが、補助駆動機および主駆動機に設けられている。

このような駆動装置は、特に例えば油・ガス工業または火力発電所で用いられるような、出力の大きなポンプ、圧縮機またはコンプレッサを駆動するために使用される。

しかしながらこれらの駆動装置は、故障時には極めて非フレキシブルであり、主駆動機が運転中に故障した場合、またはネットワークから切り離されねばならない場合に、遊星キャリヤが過剰回転数から守られていない、という欠点を有している。このようなケースでは、大抵は駆動される作業機械の質量慣性よりもはるかに大きな、駆動機の高い質量慣性により、遊星キャリヤと補助駆動機とが大きく加速される。このとき、許容不能に高い回転数が、機械的かつ電気的なコンポーネント、例えば遊星キャリヤに生じ、これらを損傷する恐れがある。従来技術において設けられたクラッチは、補助駆動機のみを遮断しひいては過剰回転数から守ることができる。

本発明の課題は、改良された解決手段を見つけ、前記駆動装置が、とりわけ故障時により確実になると共に、さらにより有利に形成され得るようにすることにある。特に既存の設備に後付けするためには、所定の条件に対して最適に適合された、効率改善型の回転数制御が得られることが望ましい。

この課題は、請求項１記載の駆動装置により解決される。当該装置をさらに追加的に改良する、本発明による構成の別の有利な特徴は、対応する各下位請求項に記載されている。本発明による駆動装置は、各補助駆動機と入力軸との間または各補助駆動機と遊星歯車伝動装置の被動軸との間に、補助駆動機毎に、変速比が一定の追加的な駆動結合部が生じるように形成され、追加的な駆動結合部は、それぞれ１つの既存の切換クラッチを介して切離し可能または結合可能であるように形成されている。この場合に重要なのは、補助駆動機と遊星歯車伝動装置との間の各駆動結合部は、クラッチの切換に関係無く結合され続ける、という点である。この場合、２つの追加的な駆動結合部が、入力軸または被動軸に設けられた１つの共通の平歯車に作用してもよい。

追加的な駆動結合部により、主駆動機が故障した場合には補助駆動機を介して非常運転が可能になる、または低回転数時でも当該装置を補助駆動機のみによって始動させ、運転させることができる。特に有利には、エネルギの大部分が補助駆動機での迂回加速（Umbeschleunigung）により消費されることで、駆動装置は、主駆動機が故障した場合には制御されて減速運転され得る。このためにクラッチは意図的に遅らされて切り換えられてもよく、これによりクラッチの負荷を最小限にすることができる。このようにして、補助駆動機または遊星キャリヤの危機的な過剰回転数が有効に防がれる。

それぞれ１つの切換クラッチを備えた２つの追加的な駆動結合部が設けられていることにより、個々のコンポーネントおよび特に切換クラッチを大幅に小型にひいてはより有利にかつ構成空間をより節約するように設計することができる。

通常運転では、切換クラッチは開放されており、追加的な駆動結合部は非係合状態にある。

好適には、各追加的な駆動結合部は、補助駆動軸に設けられた補助駆動ギヤ、ならびに２つの中間ギヤまたは段付けされた１つの中間ギヤを備えた中間軸およびそれぞれ１つの平歯車を介して、入力軸に設けられた１つの共通の平歯車に結合されている。この場合、切換クラッチはそれぞれ中間軸に配置されており、切換クラッチはそれぞれ平歯車を遮断または接続することができる。

択一的に、各追加的な駆動結合部は、補助駆動軸に設けられたそれぞれ１つの補助ギヤと、それぞれ１つの平歯車とを介して、入力軸に設けられた１つの共通の平歯車に作用してもよい。この場合、切換クラッチはそれぞれ補助駆動軸に配置されており、切換クラッチはそれぞれ補助ギヤを遮断または接続することができる。

つまり、駆動装置を与えられた周辺条件に最適に適合させることができるようにするために、大きなフレキシビリティが与えられている。

１つの別の本発明による構成では、切換クラッチは、好適には自由な軸端部に配置されている。このことは、切換クラッチに対するオイル供給を、極めて単純に、軸に形成された軸方向孔を介して行うことができる、という利点をもたらす。

１つの好適な構成に関して、遊星歯車伝動装置の被動軸は、同時に重畳伝動装置の出力軸でもある。このことは特に、入力軸と出力軸とが同軸的に配置されているべき場合に有利である。

他方では、遊星歯車伝動装置の被動軸と、重畳伝動装置の出力軸との間に、平歯車段が配置されており、これにより、入力軸と出力軸との間にオフセットが生じる場合が有利であってもよい。特に、既存の設備における駆動装置を代替しようとする後付け用途に対して、所定の周辺条件に装置を適合させるための大幅なフレキシビリティがもたらされる。

オフセットによりさらに、一方の補助駆動機がより低く配置され、ひいては第１および第２の補助駆動機がｚ方向において異なる高さに配置されていることが可能になる。追加的な伝動装置段が設けられているにもかかわらず、大幅に小さな構成空間で間に合わせることができると共に、既存の幾何学形状的な周辺条件に適合させるための大幅に高いフレキシビリティが生じる、ということが判った。

追加的に、一方の補助駆動機がより低く配置されていると、装置の重心位置に関して有利である。さらに本発明による装置は、入力軸および出力軸の位置においてはるかに多くのフレキシビリティをもたらす。それというのも、手間のかかる周辺部の改造無しで、オフセットを有する伝動装置制御クラッチをも代替することができるからである。

特に好適なのは、主駆動機が一定の回転数でのみ運転可能でありかつ補助駆動機は回転数を制御されて運転可能である場合である。このことは、特に大きな駆動出力の場合に、より廉価な組換えを可能にする。駆動出力の大部分は、一定に運転される主駆動機によりもたらされてもよい。主駆動機は周波数変換器を必要とせず、このことは投資コストを節約する。好適には、主駆動機は中電圧モータとして、つまり１ｋＶよりも高い電圧を有して形成される。回転数制御は、より小さな出力を必要とし、好適には１ｋＶ未満の電圧を有する低電圧モータとして形成された補助駆動機を介して行われる。よって、このために必要とされる周波数変換器は、より小型であると共に、より廉価である。

さらに有利なのは、入力軸をリングギヤに結合し、被動軸をサンギヤに結合し、かつ補助駆動機を変速比が一定のそれぞれ１つの駆動結合部を介して遊星キャリヤに結合することである。このように構成された装置は、例えば高速回転式のコンプレッサまたは大型のベンチレータにおいて必要とされているような、被動部における高回転数に、特に良好に適している。

２つの補助駆動機が、それぞれ１つの補助駆動ギヤと、段付けされた複数の中間ギヤを備えたそれぞれ１つの中間軸とを介して、遊星歯車伝動装置に接続されていると、特に有利である。このことは、種々様々な幾何学形状的な周辺条件を満たすことのできる、特にフレキシブルな構成空間の形成を可能にする。これは既存の設備において、１つの重要な基準である。

好適には、２つの補助駆動機は、主駆動機側に位置している。被動側の作業機械の範囲では、駆動装置用のさらなるスペースが一切必要とされない、という点が有利である。

択一的に、例えば主駆動機側に適当な構成空間が供与されていない場合には、２つの補助駆動機は出力軸側、つまり作業機械側に配置されていてもよい。

２つの補助駆動機がｚ方向から見た平面図において大部分がまたは完全にケーシング輪郭線内に位置するように配置されると、さらなる構成空間の節約が駆動装置の長さにおいて可能である。このピギーバック構成により、極めて狭い設備でも最新化が可能である。それというのも、この変化態様は特にコンパクトだからである。

取付けおよび保守整備を簡単にするためには、ケーシングが分割接合部により分離可能に形成されていると共に、ケーシングカバーとケーシング下部とを有していると、有利である。さらに２つの補助駆動機は、ケーシングカバーに直接に配置されていてもよく、この場合、重畳伝動装置と分割接合部とは、ケーシングカバーが２つの補助駆動機と一緒に取外し可能である一方で、ケーシング下部は主駆動機、遊星歯車伝動装置および被動軸と一緒に取り付けられたままでいられるように、形成されている。このことは、着脱をさらに追加的に簡単にする。

本発明の別の有利な形態を、実施例に基づき図面を参照して説明する。挙げられる各特徴は、図示の組合せにおいて有利に実現されるだけでなく、個別に互いに組み合わされてもよい。

本発明による駆動装置を示す図である。 本発明による別の駆動装置を示す図である。 本発明によるさらに別の駆動装置を示す図である。 本発明によるさらに別の駆動装置を示す図である。 高さをずらされた補助駆動機を備えた本発明による駆動装置の正面図である。

以下に、各図面をより詳しく説明する。同一の符号は、同一もしくは類似の構成部材またはコンポーネントを表すものである。

図１には、出力軸１１を介して作業機械２に結合された、本発明による駆動装置の平面図が示されている。作業機械２は、例えばポンプ、コンプレッサ、ベンチレータまたはファンであってもよい。また、ベルトコンベヤ駆動装置またはミルまたは類似の機械であってもよい。特に出力の大きな作業機械２の場合には、効率の高い駆動装置を有することが、特に重要である。この場合は駆動装置のサイズに基づき、所要構成空間が極度に大きくならないということも重要である。

駆動装置に設けられた重畳伝動装置１８は、ケーシング８を有しておりかつ遊星歯車伝動装置６を含んでいる。遊星歯車伝動装置の被動軸５は、ここでは同時に重畳伝動装置の出力軸１１でもある。入力軸４が、主駆動機１を遊星歯車伝動装置のリングギヤ６．１に結合しており、被動軸５は、サンギヤ６．２に接続されている。複数の遊星ギヤ６．３を備えた遊星キャリヤ７を介して、リングギヤ６．１とサンギヤ６．２との間での駆動結合が行われる。遊星キャリヤ７には追加的に、２つの補助駆動機３．１，３．２が作用する。

補助駆動機がそれぞれ別個の駆動結合部を介して遊星歯車伝動装置６に接続されている、ということは、両補助駆動機３．１，３．２があたかも１つの共通の伝動装置段を介して接続されているように、所要の伝動装置段とコンポーネントとをより小型に寸法決めすることができる、という利点を有している。駆動結合は、この構成では補助駆動軸１３．１，１３．２に着座しているそれぞれ１つの補助駆動ギヤ９．１，９．２と、各２つの中間ギヤを備えたそれぞれ１つの中間軸１０．１，１０．２とを介して行われ、２つの中間ギヤのうちの一方は、大歯車として形成されたまたは大歯車に結合された、遊星キャリヤ７の外側歯列に係合している。中間軸の特に好適な別の手段は、駆動結合が段付けされた中間ギヤ１０．１，１０．２を介して行われることにある。ここで説明した駆動結合の形態の利点は、極めて可変の変速比が可能であるにもかかわらず、多くのコンポーネント、特にケーシング部材を同様に保つことができる、という点にある。

さらに、追加的な切換可能な駆動結合部が、補助駆動機３．１，３．２と入力軸４または被動軸５との間に存在しており、例えば駆動装置を、主駆動機１の停止時に補助駆動機３．１，３．２を用いて始動させるかまたは低回転数で運転するため、または主駆動機１の故障時に制御された非常運転もしくは制御された減速運転を可能にするために用いられる。

本発明による全ての構成では、切換クラッチが接続されているか、または遮断されているかに関係無く、補助駆動機と遊星キャリヤとの間の駆動結合部は存在し続ける。

切換クラッチ１６．１，１６．２をそれぞれ結合する、延長された中間軸１０．１，１０．２には、それぞれ１つの平歯車１５．１，１５．２が着座しており、平歯車１５．１，１５．２は、入力軸に設けられた平歯車１７ａに係合している。補助駆動機３．１，３．２と入力軸４との間のこの追加的な駆動結合部を切り換えるためには、切換クラッチ１６．１，１６．２が作動させられる。通常運転では、切換クラッチ１６．１，１６．２は遮断されている。非常運転、制御された非常停止または低回転数での運転または始動時に切換クラッチが接続されてもよく、これにより、追加的な駆動結合部は係合状態にもたらされる。必要に応じて、ただ１つの補助駆動機のみが接続されてもよい。

また、この追加的な駆動結合部も、各補助駆動機３．１，３．２に対して別個に存在していることから、切換クラッチならびに別のコンポーネントも、やはりより小型にひいてはより有利に、より構成空間を節約するように設計され得る。

図示の構成では、切換クラッチ１６．１，１６．２は、延長された中間軸１０．１，１０．２の自由な軸端部に配置されている。このことは、切換クラッチに対するオイル供給が、中間軸１０．１，１０．２に設けられた軸方向孔を介して極めて単純に可能である、という利点をもたらす。

図２に示す変化態様では、切換クラッチ１６．１，１６．２は、各補助駆動軸１３．１，１３．２に直接に着座している。切換クラッチ１６．１，１６．２に接続された補助ギヤ１４．１，１４．２が、それぞれ中間ギヤ１５．１，１５．２に係合しており、中間ギヤ１５．１，１５．２は、入力軸４に設けられた共通の平歯車１７ａに作用する。この構成の利点はとりわけ、延長された中間軸が不要であり、簡単な平歯車段を介して入力軸４に直接に作用させることができる、という点にある。

図３に示す本発明による構成では、追加的な切換可能な駆動結合部が、補助駆動機３．１，３．２と、遊星歯車伝動装置の被動軸５との間に存在している。切換クラッチ１６．１，１６．２は、第１の実施例の場合と同様に、延長された中間軸１０．１，１０．２に着座しているが、ここでは被動側を向いた自由な軸端部に着座している。切換クラッチには、平歯車１５．１，１５．２が結合されている。それぞれ１つの別の平歯車１５．３，１５．４を介して、各駆動結合部は被動軸に設けられた共通の平歯車１７ｂに作用する。

図４にもやはり、補助駆動機３．１，３．２と、遊星歯車伝動装置の被動軸５との間の追加的な駆動結合部を備えた変化態様が示されている。

切換クラッチ１６．１，１６．２はそれぞれ、延長された補助駆動軸１３．１，１３．２に着座していると共に、それぞれ１つの補助ギヤ１４．１，１４．２を支持しており、補助ギヤ１４．１，１４．２は、被動軸５に設けられた共通の平歯車１７ｂに係合している。ここでも切換クラッチ１６．１，１６．２は自由な軸端部に位置しており、このことは、単純な潤滑油供給を可能にする。

この構成は特に、作業機械２が極度に高い回転数では運転されない用途に適している。

図５に示す正面図では、コンパクトな構成が良好に認められる。ケーシング８は、分割接合部８．３により、ケーシングカバー８．１とケーシング下部８．２とに分けられている。補助駆動機３．１，３．２は両方共、ケーシングカバー８．１に取り付けられている。このことは、取付けにおいても設計においても利点をもたらす。それというのも、複数のコンポーネントが内蔵されたケーシングカバー８．１は、所望のオフセットに関係無く、常に同様に形成されてもよいからである。

この好適な構成では、第２の補助駆動機３．２は、ｚ方向において第１の補助駆動機３．１よりも低く位置決めされている。第１の補助駆動機は、出力軸１１のオフセットが想定されている側に設けられている。このオフセットにより、第２の補助駆動機３．２を有利に下げるために十分なスペースが生じることになる。別の任意の態様において、第２の補助駆動機３．２は、ケーシング下部８．２に配置されてもよい。

歯車９．１，１０．１および９．２，１０．２を介した、補助駆動機３．１，３．２と、大歯車として形成されたまたは大歯車と結合された遊星キャリヤ７との間の別個の駆動結合部も、やはり良好に認められる。遊星歯車伝動装置６の別のコンポーネントおよび平歯車段１２、ならびに出力軸１１は図示されていない。

明確に図示されていなくとも、全ての構成に、２つの平歯車から形成され、遊星歯車伝動装置の被動軸５を駆動装置の出力軸１１に結合する、１つの平歯車段が設けられていてもよい。この平歯車段により、入力軸４と出力軸１１との間のオフセットが要求に応じて極めてフレキシブルに形成され得る。オフセットは、ｘ方向のみならず、所定の範囲内でｚ方向にも存在していてもよい。これにより駆動装置は、例えば既存の設備に後付けする場合に、既存の条件に良好に適合され得る。

１ 主駆動機
２ 作業機械
３．１，３．２ 第１および第２の補助駆動機
４ 入力軸
５ 被動軸
６ 遊星歯車伝動装置
６．１ リングギヤ
６．２ サンギヤ
６．３ 遊星ギヤ
７ 遊星キャリヤ
８ ケーシング
８．１ ケーシングカバー
８．２ ケーシング下部
８．３ 分割接合部
９．１，９．２ 第１および第２の補助駆動ギヤ
１０．１，１０．２ 中間ギヤを備えた第１および第２の中間軸（または第１および第 ２の段付けされた中間ギヤ）
１１ 出力軸
１２ 平歯車段
１３．１，１３．２ 第１および第２の補助駆動軸
１４．１，１４．２ 第１および第２の補助ギヤ
１５．１，１５．２ 第１および第２の平歯車
１５．３，１５．４ 別の平歯車
１６．１，１６．２ 第１および第２の切換クラッチ
１７ａ 入力軸に設けられた平歯車
１７ｂ 被動軸に設けられた平歯車
１８ 重畳伝動装置
ｘ 幅
ｙ 長さ
ｚ 高さ方向

Claims (13)

1. 遊星歯車伝動装置（６）とケーシング（８）とを備えた重畳伝動装置（１８）と、
   前記重畳伝動装置（１８）の入力軸（４）に結合された主駆動機（１）と、
   それぞれ１つの駆動結合部（９．１，１０．１，９．２，１０．２）を介して前記遊星歯車伝動装置（６）に結合された２つの補助駆動機（３．１，３．２）と、
   作業機械（２）に結合可能な、前記重畳伝動装置（１８）の出力軸（１１）と、
   を含み、
   前記遊星歯車伝動装置（６）は、リングギヤ（６．１）、サンギヤ（６．２）、遊星キャリヤ（７）および複数の遊星ギヤ（６．３）と、を有する、駆動装置において、
   前記補助駆動機（３．１，３．２）と前記入力軸（４）との間または前記補助駆動機（３．１，３．２）と前記遊星歯車伝動装置（６）の被動軸（５）との間に、補助駆動機毎に、変速比が一定の追加的な駆動結合部が存在しており、該追加的な駆動結合部は、それぞれ１つの既存の切換クラッチ（１６．１，１６．２）を介して切離し可能または結合可能であるように形成されており、前記駆動結合部（９．１，１０．１，９．２，１０．２）は、前記補助駆動機（３．１，３．２）により前記重畳伝動装置（１８）に、如何なる場合でも結合され続けることを特徴とする、駆動装置。
2. 各前記追加的な駆動結合部は、補助駆動ギヤ（９．１，９．２）、ならびに２つの中間ギヤまたは段付けされた１つの中間ギヤ（１０．１，１０．２）を備えた中間軸（１０．１，１０．２）を介してそれぞれ１つの平歯車（１５．１，１５．２）に作用し、該平歯車（１５．１，１５．２）を介して、前記入力軸（４）に設けられた１つの共通の平歯車（１７ａ）に作用し、前記切換クラッチ（１６．１，１６．２）はそれぞれ前記中間軸（１０．１，１０．２）に配置されており、前記切換クラッチ（１６．１，１６．２）はそれぞれ前記平歯車（１５．１，１５．２）を遮断または接続することができる、請求項１記載の装置。
3. 前記各追加的な駆動結合部は、補助駆動軸に設けられたそれぞれ１つの補助ギヤ（１４．１，１４．２）と、それぞれ１つの平歯車（１５．１，１５．２）とを介して、前記入力軸（４）に設けられた１つの共通の平歯車（１７ａ）に作用し、前記切換クラッチ（１６．１，１６．２）はそれぞれ前記補助駆動軸（１３．１，１３．２）に配置されており、前記切換クラッチ（１６．１，１６．２）はそれぞれ前記補助ギヤ（１４．１，１４．２）を遮断または接続することができる、請求項１記載の装置。
4. 前記切換クラッチ（１６．１，１６．２）は、自由な軸端部に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記遊星歯車伝動装置（６）の前記被動軸（５）は、前記重畳伝動装置（１８）の前記出力軸（１１）を形成している、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記遊星歯車伝動装置（６）の前記被動軸（５）と、前記出力軸（１１）との間に、平歯車段が配置されており、これにより、前記入力軸（４）と前記出力軸（１１）との間にオフセットが生じている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
7. 第１および第２の前記補助駆動機（３．１，３．２）は、ｚ方向においてそれぞれ異なる高さに配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 前記主駆動機（１）は一定の回転数でのみ運転可能であり、前記補助駆動機（３．１，３．２）は回転数を制御されて運転可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 前記入力軸（４）は前記リングギヤ（６．１）に結合されており、前記被動軸（５）ひいては前記出力軸（１１）は前記サンギヤ（６．２）に結合されており、前記補助駆動機（３．１，３．２）は、変速比が一定の前記駆動結合部（９．１，１０．１，９．２，１０．２）を介して前記遊星キャリヤ（７）に結合されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 前記２つの補助駆動機（３．１，３．２）は、それぞれ１つの補助駆動ギヤ（９．１，９．２）と、各２つの中間ギヤを備えたそれぞれ１つの中間軸（１０．１，１０．２）または段付けされたそれぞれ１つの中間ギヤ（１０．１，１０．２）を介して、前記遊星歯車伝動装置（６）に接続されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 前記２つの補助駆動機（３．１，３．２）は、前記主駆動機（１）の側に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. 前記ケーシング（８）は、分割接合部（８．３）により分離可能に形成されていると共に、ケーシングカバー（８．１）とケーシング下部（８．２）とを有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 前記２つの補助駆動機（３．１，３．２）は、前記ケーシングカバー（８．１）に配置されており、前記重畳伝動装置（１８）と前記分割接合部（８．３）とは、前記ケーシングカバー（８．１）が前記２つの補助駆動機（３．１，３．２）と一緒に取外し可能である一方で、前記ケーシング下部（８．２）は主駆動機（１）、遊星歯車伝動装置（６）および被動軸（５）と一緒に取り付けられたままでいられるように、形成されている、請求項１２記載の装置。

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