DE102014220436A1

DE102014220436A1 - driving device

Info

Publication number: DE102014220436A1
Application number: DE102014220436.4A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Lührs; Rainer Schips; Markus Schlosser
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2016-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (1) zur Leistungsübertragung mit einer Eingangswelle (3.1), wobei die Eingangswelle (3.1) mit einem Antriebsaggregat (9) zumindest mittelbar verbunden oder verbindbar ist, und mit einer Ausgangswelle (10), wobei die Ausgangswelle (10) mit einem Abtriebsstrang (31) zumindest mittelbar verbunden ist oder verbindbar ist, und mit einem Überlagerungsgetriebe (4), das zumindest ein Planetengetriebe (8) umfasst, umfassend die Elemente Hohlrad (11a, b, c,), Sonnenrad (15) und Planetenträger (14) mit mehreren Planetenrädern (13) als Elementen des Planetengetriebes (8), wobei das Überlagerungsgetriebe (4) die Eingangswelle (3.1) und die Ausgangswelle (10) zumindest mittelbar miteinander verbindet.
Um eine verbesserte Leistungsübertragung für Antriebsvorrichtung, insbesondere Förderbänder, zu erreichen wird vorzuschlagen, zumindest eine Regelvorrichtung (2) vorzusehen, die zumindest mittelbar mit einem der Elemente des Überlagerungsgetriebes (4) verbunden oder verbindbar ist.The invention relates to a drive device (1) for power transmission to an input shaft (3.1), wherein the input shaft (3.1) is at least indirectly connected or connectable to a drive unit (9), and to an output shaft (10), wherein the output shaft (10) is at least indirectly connected or connectable with a power take-off (31), and with a superposition gear (4) comprising at least one planetary gear (8) comprising the elements ring gear (11a, b, c), sun gear (15) and planet carrier (14) with a plurality of planet gears (13) as elements of the planetary gear (8), wherein the superposition gear (4), the input shaft (3.1) and the output shaft (10) at least indirectly interconnected.
In order to achieve an improved power transmission for the drive device, in particular conveyor belts, it will be proposed to provide at least one control device (2) which is connected or connectable at least indirectly to one of the elements of the superposition gear (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Leistungsübertragung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a drive device for power transmission with the features of the preamble of claim 1.

Drehzahlregelbare Antriebe werden in der industriellen Anwendung genutzt, um eine zu übertragende Leistung besser an die jeweiligen Prozessanforderungen anzupassen. Insbesondere in Antrieben von Förderbändern aber auch von Verdichtern und Pumpen in der Öl- und Gasindustrie, usw. bei denen große Leistungen benötigt werden, müssen diese momenten- und/oder drehzahlregelbar ausgeführt sein.Variable speed drives are used in industrial applications in order to better adapt the power to be transferred to the respective process requirements. In particular, in drives of conveyor belts but also of compressors and pumps in the oil and gas industry, etc. where large benefits are required, these torque and / or speed must be adjustable.

Für solche Anwendungen sind drei unterschiedliche Systeme etabliert. Bei dem einen System gibt es einen drehzahlregelbaren, mit Frequenzumrichter angesteuerten Elektromotor (auch bezeichnet als Electrical Variable Frequency Drive [EVFD]). Bei den anderen Systemen gibt es einen Antrieb durch einen Motor mit konstanter Drehzahl. Die Drehzahlvariabilität einer anzutreibenden Arbeitsmaschine gelingt dabei in einer Ausführung mittels eines zwischengeschalteten hydraulisch, regelbaren Leistungsüberträgers. Die hydraulisch, regelbaren Leistungsübertrager werden ausgeführt als füllungsgesteuerte hydrodynamische Kupplung. In einer weiteren Ausführung wird ein Getriebe mit einer zwischen Getriebe und Abtrieb angeordneten regelbaren Reibkupplung eingesetzt. For such applications, three different systems are established. One system has a variable speed, frequency controlled electric motor (also known as Electrical Variable Frequency Drive [EVFD]). The other systems are powered by a constant speed motor. The speed variability of a driven machine manages in one embodiment by means of an intermediate hydraulic, controllable power transmitter. The hydraulically adjustable power transformers are designed as a filling-controlled hydrodynamic coupling. In a further embodiment, a transmission is used with an arranged between the transmission and output controllable friction clutch.

Beim Vergleich der Systeme spielen im Wesentlichen der Wirkungsgrad, der Drehzahlregelbereich, der Momentenregelbereich und die Ermöglichung eines sanften Startens des Antriebsmotors sowie eine konstante Beschleunigung am Abtrieb eine Rolle. When comparing the systems play essentially the efficiency, the speed control range, the torque control range and the enabling of a gentle starting of the drive motor and a constant acceleration at the output of a role.

Für Anwendungen im Bereich der Gurtförderbänder haben sich insbesondere Antriebsstänge mit hydrodynamischer Kupplung oder eine Anordnung mit Getriebe und Nasskupplungen durchgesetzt. For applications in the field of belt conveyors in particular drive rods with hydrodynamic coupling or an arrangement with transmission and wet clutches have prevailed.

Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, eine alternative und verbesserte Antriebsvorrichtung zur Leistungsübertragung, insbesondere für Förderbänder vorzuschlagen. Insbesondere soll die Vorrichtung eine aktive Einstellung einer Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik mit sehr hohem Wirkungsgrad im bevorzugt gesamten Arbeitsbereich zum Antreiben von verhältnismäßig langsam laufenden Maschinen ermöglichen.One of the objects of the invention is to propose an alternative and improved drive device for power transmission, in particular for conveyor belts. In particular, the device should allow an active adjustment of a torque-speed characteristic with very high efficiency in preferably entire work area for driving relatively slow-moving machines.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. The solution according to the invention is characterized by the features of claim 1. Advantageous embodiments are given in the subclaims.

Bevorzugt wird demgemäß eine Antriebsvorrichtung zur Leistungsübertragung mit einer Eingangswelle, wobei die Eingangswelle mit einem Antriebsaggregat zumindest mittelbar verbunden oder verbindbar ist. Mit einer Ausgangswelle, wobei die Ausgangswelle mit einem Abtriebsstrang zumindest mittelbar verbunden ist oder verbindbar ist, und mit einem Überlagerungsgetriebe, das zumindest ein Planetengetriebe umfasst, umfassend die Elemente Hohlrad, Sonnenrad und Planetenträger mit mehreren Planetenrädern als Element des Planetengetriebes, wobei das Überlagerungsgetriebe die Eingangswelle und die Ausgangswelle zumindest mittelbar miteinander verbindet. Weiterhin ist zumindest eine Regelvorrichtung vorgesehen, die zumindest mittelbar mit einem der Elemente des Überlagerungsgetriebes verbunden oder verbindbar ist. Accordingly, a drive device for power transmission with an input shaft is preferred, wherein the input shaft is at least indirectly connected or connectable to a drive unit. With an output shaft, wherein the output shaft is at least indirectly connected or connectable to a power take off, and with a superposition gear, comprising at least one planetary gear, comprising the elements ring gear, sun gear and planet carrier with multiple planetary gears as an element of the planetary gear, wherein the superposition gear, the input shaft and connects the output shaft at least indirectly with each other. Furthermore, at least one control device is provided, which is at least indirectly connected or connectable to one of the elements of the superposition gearing.

Unter einer Antriebsvorrichtung zur Leistungsübertragung wird insbesondere auch eine Vorrichtung zur Drehmomentübertragung und/oder zur Kraftübertragung verstanden, unter anderem auch jene die eine Drehmoment- und/oder eine Kraftübertragung ermöglichen oder realisieren. Dass zwei Komponenten zumindest mittelbar miteinander verbunden, gekuppelt bzw. gekoppelt sind, bedeutet insbesondere, dass solche Komponenten direkt miteinander verbunden, gekuppelt bzw. gekoppelt sind. Darunter fällt gemäß einer weiteren umsetzbaren Ausgestaltung auch, dass solche Komponenten über weitere zwischengeordnete Komponenten miteinander verbunden, gekuppelt bzw. gekoppelt sind. Unter solche weiteren Komponenten können auch Einrichtungen zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung fallen. Eine Verbindung kann als feste starre und ggfs. wieder lösbare Verbindung ausgestaltet sein. Eine Verbindung kann auch als lose bzw. nicht starre Verbindung oder Kopplung ausgebildet sein. Eine Kopplung ist insbesondere als Verbindung der Komponenten mittels einer im Betrieb zur Leistungs-, Kraft- oder Momentübertragung verbundenen und ggfs. wieder lösbaren Kupplung und/oder mittels miteinander kämmenden Komponenten und mit ggfs. weiteren dazwischen angeordneten Komponenten ausgestaltbar. Eine Kopplung ist dabei insbesondere als eine funktionelle und/oder konstruktive Verbindung ausgestaltet. Under a drive device for power transmission, in particular, a device for torque transmission and / or power transmission is understood, including those that enable or realize a torque and / or power transmission. The fact that two components are at least indirectly connected, coupled or coupled with one another means in particular that such components are directly connected, coupled or coupled with one another. This also applies, according to a further implementable embodiment, that such components are connected, coupled or coupled to each other via further intermediate components. Among such other components may also include means for speed / torque conversion. A connection can be designed as a fixed rigid and possibly detachable connection. A connection can also be designed as a loose or non-rigid connection or coupling. A coupling can be configured, in particular, as a connection of the components by means of a coupling connected in operation for power, force or torque transmission and, if necessary, releasable coupling and / or by means of intermeshing components and with optionally further components arranged therebetween. A coupling is designed in particular as a functional and / or constructive connection.

Insbesondere greift eine solche Regelvorrichtung im aktivierten Zustand zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle so in das Überlagerungsgetriebe ein, dass eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment der Eingangswelle bei der Übertragung auf die Ausgangswelle verstärkt und/oder reduziert wird.In particular, such a control device engages in the activated state between the input shaft and the output shaft in the superposition gear, that a speed and / or torque of the input shaft is amplified and / or reduced in the transmission to the output shaft.

Eine solche Regelvorrichtung ist insbesondere ausgebildet, ein einstellbares bzw. regelbares bzw. variables Drehmoment auf das Element des zumindest einen Planetengetriebes zu übertragen und/oder ein einstellbares bzw. regelbares bzw. variables Drehmoment von dem Element abzuleiten. Dies ermöglicht bei Ableitung eines Drehmoments eine Reduzierung der Drehzahl der Ausgangswelle gegenüber einer insbesondere ausschließlich über die Eingangswelle einwirkenden Rotation. Alternativ ermöglicht dies bei einleitender Übertragung eines Drehmoments eine Beschleunigung der Ausgangswelle bzw. eine Erhöhung der Drehzahl der Ausgangswelle gegenüber einer insbesondere ausschließlich über die Eingangswelle einwirkenden Rotation.Such a control device is in particular designed to transmit an adjustable or variable torque to the element of the at least one planetary gear and / or an adjustable or variable Derive torque from the element. This allows for derivation of a torque reduction of the speed of the output shaft relative to a particular acting exclusively on the input shaft rotation. Alternatively, this allows for an initial transmission of torque acceleration of the output shaft or an increase in the speed of the output shaft relative to a particular acting exclusively on the input shaft rotation.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass das Antriebsaggregat ein Antriebsaggregat mit konstanter Drehzahl ist. Unter der konstanten Antriebsdrehzahl kann optional auch eine innerhalb eines begrenzten Drehzahlbereichs betriebene Antriebsdrehzahl verstanden werden. Insbesondere fallen darunter Schwankungen der Antriebsdrehzahl um einige Prozent bis zu +/–20%. Solche Schwankungen können durch eine entsprechend modifizierte Ansteuerung der Regeleinrichtung gesteuert und ggfs. ausglichen werden. Alternativ kann bei Verwendung eines Asynchronmotors als Antriebsaggregat ein Frequenzumrichter optional zur Drehzahlregelung eingesetzt werden. Diese Kombination aus elektrischer und hydrodynamischer Drehzahlregelung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn über einen längeren Zeitraum mit weniger als 50% der Nenndrehzahl gearbeitet werden muss. In diesem Betriebspunkt besitzt der Frequenzumrichter einen besseren Wirkungsgrad, wohingegen die hydrodynamische Betriebsart im Nennbetrieb einen besseren Wirkungsgrad aufweist. Weiterhin garantiert diese Hybridversion (Frequenzumrichter + Hydrodynamik) eine höhere Verfügbarkeit, da bei Ausfall eines der Regelsysteme das jeweils andere zur Stelle ist.A preferred embodiment is that the drive unit is a drive unit with a constant speed. The constant drive speed may optionally also be understood to mean a drive speed operated within a limited speed range. In particular, this includes fluctuations in the drive speed by a few percent up to +/- 20%. Such fluctuations can be controlled by a correspondingly modified control of the control device and, if necessary, compensated. Alternatively, if an asynchronous motor is used as the drive unit, a frequency converter can optionally be used for speed control. This combination of electrical and hydrodynamic speed control is particularly advantageous when working with less than 50% of the rated speed over a longer period of time. In this operating point, the frequency converter has a better efficiency, whereas the hydrodynamic mode has a better efficiency in rated operation. Furthermore, this hybrid version (frequency converter + hydrodynamics) guarantees a higher availability, because in case of failure of one of the control systems, the other one is on hand.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Regelvorrichtung umfasst diese eine hydrodynamische Maschine, wobei die hydrodynamische Maschine bevorzugt ein Retarder mit einem Stator und einem Rotor ist.In a preferred embodiment of the control device, this comprises a hydrodynamic machine, wherein the hydrodynamic machine is preferably a retarder with a stator and a rotor.

In weiteren Ausgestaltungen umfasst die Regeleinrichtung eine Kupplung oder einen Retarder und eine Kupplung. Bei der vorteilhaften Kombination von Retarder und Kupplung wirken Retarder und Kupplung gemeinsam auf das selbe Element des Überlagerungsgetriebes, wobei entstehende Kräfte vom Stator und Kupplung gegenüber dem Gehäuse des Überlagerungsgetriebes abgestützt sind.In further embodiments, the control device comprises a clutch or a retarder and a clutch. In the advantageous combination of retarder and clutch retarder and clutch act together on the same element of the superposition gearing, resulting forces from the stator and clutch relative to the housing of the superposition gearing are supported.

Unter einer Kupplung im Sinne der Erfindung wird insbesondere die eine lösbare Kupplung verstanden, die als nasslaufende Lamellenkupplung, trockenlaufende Reibkupplung oder auch als Formschlusskupplung mit einer Synchronisiereinrichtung ausgeführt sein kann. Alternativ oder in Kombination mit dem Retarder oder mit Retarder und Kupplung könnte auch eine andersgestaltete Bremsvorrichtung eingesetzt werden. Under a clutch in the context of the invention is particularly understood a releasable coupling, which can be designed as a wet-running multi-plate clutch, dry running friction clutch or as a form-locking coupling with a synchronizer. Alternatively or in combination with the retarder or with retarder and clutch and a different design braking device could be used.

Ein wesentlicher Vorteil dabei ist es, dass die Regelung des Überlagerungsgetriebes bei hohen Drehzahlen verschleißfrei vom Retarder übernommen werden kann und bei Unterschreitung einer Mindestdrehzahl, bei der die Bremswirkung des Retarders nachlässt bzw. nicht mehr ausreicht, die weitere Reduzierung der Drehzahl des mit der Regelvorrichtung gekoppelten Elements mittels der Kupplung erfolgen kann. A major advantage here is that the control of the superposition gear can be worn wear-free from the retarder at high speeds and falls below a minimum speed at which the braking effect of the retarder decreases or no longer sufficient, further reducing the speed of the coupled with the control device Elements can be done by means of the coupling.

Die Ausgangswelle kann zumindest mittelbar mit dem Planetenträger des Planetengetriebes gekoppelt sein. The output shaft may be at least indirectly coupled to the planet carrier of the planetary gear.

Gemäß einer Variante sind die Kupplung und/oder der Rotor zumindest mittelbar mit dem Sonnenrad gekoppelt. Wobei die Kupplung und/oder der Rotor auch direkt mit dem Sonnenrad verbunden bzw. gekoppelt sein können.According to a variant, the clutch and / or the rotor are at least indirectly coupled to the sun gear. Wherein the clutch and / or the rotor can also be connected or coupled directly to the sun gear.

Gemäß einer weiteren Variante sind die Kupplung und/oder der Rotor über ein Getriebe mit den Hohlrad gekoppelt. Dabei ist das Hohlrad derart gestaltet, dass an diesem ein weiterer Zahneingriffsbereich angebracht ist. Dieser Zahneingriffsbereich kann als Außen- oder Innenverzahnung vorgesehen werden, in die ein Antriebsritzel eingreift, das mit der Regelvorrichtung zumindest mittelbar in Verbindung steht. Dadurch wird erreicht, dass die Bremswirkung des Retarders, durch die dann höhere Drehzahl, in einem größeren Drehzahlbereich nutzbar ist und/oder der Durchmesser bzw. die Baugröße des Retarders reduziert werden kann.According to a further variant, the clutch and / or the rotor are coupled via a gear with the ring gear. In this case, the ring gear is designed such that a further tooth engagement region is attached thereto. This tooth engagement region can be provided as external or internal toothing, in which a drive pinion engages, which is at least indirectly connected to the control device. This ensures that the braking effect of the retarder can be used by the then higher speed, in a wider speed range and / or the diameter or the size of the retarder can be reduced.

Alternativ kann die Kupplung und/oder der Rotor auch unmittelbar mit dem Hohlrad gekoppelt werden. Alternatively, the coupling and / or the rotor can also be coupled directly to the ring gear.

Eine weitere Variante der Regelvorrichtung kann alternativ eine hydrodynamische Kupplung, umfassend ein Primärrad und eine Sekundärrad, und einen Antrieb, mittels dem das Primärrad antreibbar ist, umfassen. Bei dieser Variante wird zusätzlich ermöglicht, dass bei einleitender Übertragung eines Drehmoments eine Beschleunigung der Ausgangswelle bzw. eine Erhöhung der Drehzahl der Ausgangswelle gegenüber einer insbesondere ausschließlich über die Eingangswelle einwirkenden Rotation stattfindet.A further variant of the control device may alternatively comprise a hydrodynamic clutch comprising a primary wheel and a secondary wheel, and a drive by means of which the primary wheel can be driven. In this variant, it is additionally made possible that upon initial transmission of a torque an acceleration of the output shaft or an increase in the rotational speed of the output shaft relative to a rotation which acts in particular exclusively via the input shaft takes place.

In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser weiteren Variante kann zwischen Überlagerungsgetriebe und Sekundärrad der hydrodynamischen Kupplung eine Bremsvorrichtung angeordnet sein, die bei konstantem Betrieb eine weitere Regelung mittels der Regelvorrichtung blockiert, so dass die Verluste durch die Regelvorrichtung minimiert werden. In a preferred embodiment of this further variant, a braking device can be arranged between the superposition gearing and the secondary wheel of the hydrodynamic clutch, which blocks a further regulation by means of the regulating device during constant operation, so that the losses are minimized by the regulating device.

Eine bevorzugte Ausgestaltung ist, dass eine Variation eines Abtriebsmomentes und/oder einer Abtriebsdrehzahl an der Ausgangswelle durch den Füllungsgrad der hydrodynamischen Maschine, mittels zumindest einer Steuereinrichtung, steuerund/oder regelbar ist. Je größer der Füllungsgrad des Arbeitsraums der hydrodynamischen Maschine ist, desto größer sind die darin übertragbaren Momente. Im Fall des Retarders kann das Bremsmoment geregelt werden und im Fall der Kupplung kann das Übertragungsmoment geregelt werden. Die Kupplung kann aber auch als konstant gefüllte Kupplung ausgeführt sein. A preferred embodiment is that a variation of an output torque and / or an output speed at the output shaft by the degree of filling of the hydrodynamic machine, by means of at least one control device, taxable and / or regulated. The greater the degree of filling of the working space of the hydrodynamic machine, the greater the torque transferable therein. In the case of the retarder, the braking torque can be controlled and in the case of the clutch, the transmission torque can be controlled. The coupling can also be designed as a constant filled clutch.

Dabei kann das Antriebsaggregat ein Elektromotor, insbesondere ein Asynchronmotor, sein, der wahlweise mittels eines Frequenzumrichters geregelt werden kann.In this case, the drive unit may be an electric motor, in particular an asynchronous motor, which can be selectively controlled by means of a frequency converter.

Eine bevorzugte Ausgestaltung ist, dass die Antriebsvorrichtung modular aufgebaut ist und über ein Getriebe mit einem Abtriebsstrang gekoppelt ist. Dabei kann das Getriebe vorzugsweise als Kegelradgetriebe ausgeführt sein. Durch die modulare Ausführung können mehrere Antriebseinheiten an einen Antriebsstrang, insbesondere auch an ein Kegelrad des Abtriebsstrangs gekoppelt sein, so dass die erforderliche Gesamtleistung leicht durch zu- und abschalten einzelner Antriebe geregelt werden kann. A preferred embodiment is that the drive device is modular and is coupled via a transmission with a power take-off. In this case, the transmission may preferably be designed as a bevel gear. Due to the modular design, a plurality of drive units can be coupled to a drive train, in particular also to a bevel gear of the output train, so that the required overall power can be easily controlled by switching on and off individual drives.

Bevorzugt sind die Ausführungen der Antriebsvorrichtung, umfassend das Antriebsaggregat, das Überlagerungsgetriebe und die eine hydrodynamische Maschine aufweisenden Regeleinrichtung, ein drehzahlregelbarer Antrieb als Bestandteil eines Schwerlastantriebs, insbesondere ein Bestandteil eines Gurtfördererantriebs im Bergbau.Preferably, the embodiments of the drive device, comprising the drive unit, the superposition gear and the control device having a hydrodynamic machine, a variable speed drive as part of a heavy duty drive, in particular a component of a belt conveyor drive in mining.

Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Further features of the drive device according to the invention and further advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to drawings.

1 Grundaufbau einer Antriebsvorrichtung mit Überlagerungsgetriebe und Regelvorrichtung 1 Basic structure of a drive device with superposition gear and control device

2 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele von Antriebsvorrichtungen. 2 to 4 various embodiments of drive devices.

5 Grundaufbau einer alternativen Antriebsvorrichtung mit Überlagerrungsgetriebe und Regelvorrichtung, umfassend eine hydrodynamische Kupplung und einen weiteren Antrieb 5 Basic structure of an alternative drive device with superposition gear and control device, comprising a hydrodynamic coupling and another drive

6 Antriebsstrang mit mehreren Antriebseinheiten 6 Powertrain with several drive units

7 Diagramme 7 diagrams

1 zeigt den Grundaufbau einer Antriebsvorrichtungen 1 mit Überlagerungsgetriebe 4 und Regelvorrichtung 2 zur Leistungsübertragung. Das Überlagerungsgetriebe 4, hier als Differentialgetriebe dargestellt, an dessen erster Eingang 3.1 ein Antriebsmotor 9 und dessen zweiter Eingang 3.2 mit einer Regelvorrichtung 2, hier einer hydrodynamische Maschine, verbunden ist. Die hier verwendete hydrodynamische Maschine ist ein Retarder. 1 shows the basic structure of a drive devices 1 with superposition gearbox 4 and control device 2 for power transmission. The superposition gearbox 4 , shown here as a differential gear, at the first input 3.1 a drive motor 9 and its second entrance 3.2 with a control device 2 , here a hydrodynamic machine connected. The hydrodynamic machine used here is a retarder.

Durch diese Koppelung wird erreicht, dass Ausgangsdrehzahl und Ausgangsmoment an der Ausgangswelle 10 über die Regelung der Bremswirkung am zweiten Eingang des Überlagerungsgetriebes 4 gesteuert und/oder geregelt werden können. Entsprechende Diagramme sind in 7 dargestellt.This coupling ensures that output speed and output torque at the output shaft 10 on the regulation of the braking effect at the second input of the superposition gearing 4 can be controlled and / or regulated. Corresponding diagrams are in 7 shown.

In den 2 bis 5 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 dargestellt. Die gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Koppelstruktur. In the 2 to 5 are various embodiments of the drive device according to the invention 1 shown. The exemplary embodiments shown differ essentially by their coupling structure.

Der wesentliche Unterscheid der Ausführungen nach 2 bis 4 und 5 ist die Ausführung der Regelvorrichtung 2. In den Ausführungen nach 2–4 umfasst die Regelvorrichtung 2 einen Retarder 5 und eine Kupplung 20. Dagegen umfasst die Ausführung nach 5 eine hydrodynamische Kupplung 26 und ein weiteren Antrieb 27.The essential difference of the statements 2 to 4 and 5 is the execution of the control device 2 , In the comments after 2 - 4 includes the control device 2 a retarder 5 and a clutch 20 , In contrast, the execution includes 5 a hydrodynamic coupling 26 and another drive 27 ,

Die Eingangswelle 3.1 ist in allen Ausführungsbeispielen 2 bis 5 mit einem Antriebsaggregat 9 wenigstens mittelbar verbunden. Wenigstens mittelbar bedeutet dabei entweder direkt oder über weitere zwischengeordnete Komponenten, wobei darunter auch Einrichtungen zur Drehzahl-/Drehmomentwandlung fallen können. Die Eingangswelle 3.1 und die Ausgangswelle 10 sind in der Vorrichtung 1 insbesondere koaxial als zentrale Wellen mit einer in linearer Richtung gemeinsamen virtuellen Drehachse angeordnet. The input shaft 3.1 is in all embodiments 2 to 5 with a drive unit 9 at least indirectly connected. At least indirectly means either directly or via other intermediate components, which may also include facilities for speed / torque conversion. The input shaft 3.1 and the output shaft 10 are in the device 1 in particular arranged coaxially as central shafts with a common virtual axis of rotation in the linear direction.

Weiterhin ist die Ausgangswelle 10 in allen Ausführungsbeispielen 2 bis 5 über einen Kegelradantrieb 23 mit dem Abtriebsstrang 31 verbunden. Für den Antrieb eines Gurtförderers sind niedrige Drehzahlen von bis zu 75 U/min erforderlich, sodass die Gesamtübersetzung der Getriebestufe, beim Einsatz eines Elektromotors mit 1500U/min, ein Übersetzungsverhältnis von bis zu 20:1 erreichen muss.Furthermore, the output shaft 10 in all embodiments 2 to 5 via a bevel gear drive 23 with the drive train 31 connected. To drive a belt conveyor, low speeds of up to 75 rpm are required, so that the overall ratio of the gear stage, when using an electric motor with 1500rpm, has to achieve a gear ratio of up to 20: 1.

Die Vorrichtung zur Leistungsübertragung weist in allen Ausführungsbeispielen 2 bis 5 ein Überlagerungsgetriebe 4 auf, das insbesondere zumindest ein Planetengetriebe 8 aufweist. Das Planetengetriebe 8 umfasst die Elemente Hohlrad 11a, b, c, Sonnenrad 15 und Planetenträger 14 mit mehreren Planetenrädern 13 als Elementen des Planetengetriebes 8, wobei das Überlagerungsgetriebe 4 die Eingangswelle 3.1 und die Ausgangswelle 10 zumindest mittelbar miteinander verbindet.The device for power transmission has in all embodiments 2 to 5 a superposition gearbox 4 on, in particular at least one planetary gear 8th having. The planetary gear 8th includes the elements ring gear 11a . b, c, sun wheel 15 and planet carrier 14 with several planet wheels 13 as elements of the planetary gear 8th , where the superposition gear 4 the input shaft 3.1 and the output shaft 10 at least indirectly connects with each other.

In den Ausführungen 2–4 ist die Regelvorrichtung 2, Kupplung 20 und Rotor 7 mit dem selben Element, Sonnenrad 15 oder Hohlrad 11a, b, c, des Planetengetriebes, zumindest mittelbar verbunden oder verbindbar, sodass das entsprechende Element des Planetengetriebes 8 zumindest in der Bewegung gehemmt oder ganz gegenüber dem Gehäuse 19 zum Stillstand gebracht werden kann.In the versions 2 - 4 is the control device 2 , Clutch 20 and rotor 7 with the same element, sun wheel 15 or ring gear 11a , b, c, of the planetary gear, at least indirectly connected or connectable, so that the corresponding element of the planetary gear 8th inhibited at least in the movement or completely opposite the housing 19 can be brought to a standstill.

In einer alternativen Ausgestaltung kann die Kupplung 20 der Regelvorrichtung 2 auch direkt mit dem Stator 6 und dem Rotor 7 des Retarders 5 gekoppelt sein, das heißt eine Kupplungshälfte ist mit dem Rotor 7 und die andere mit dem Stator 6 oder dem Gehäuse 19 verbunden. In an alternative embodiment, the clutch 20 the control device 2 also directly with the stator 6 and the rotor 7 of the retarder 5 coupled, that is, a coupling half is with the rotor 7 and the other with the stator 6 or the housing 19 connected.

In 2 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Regelvorrichtung 2, bestehend aus Retarder 5 und Kupplung 20, über die Eingangswelle 3.2 mit dem Sonnenrad 15 verbunden ist. Mittels der Regelvorrichtung 2 kann somit das Sonnenrad 15 gebremst bzw. zum Stillstand gebracht werden. Die Eingangswelle 3.1 ist bei dieser Koppelstruktur mit dem Hohlrad 11a verbunden und die Ausgangswelle 10 ist mit dem Planetenträger 14 verbunden, sodass der Antrieb vom Antriebsaggregat 9 über das Hohlrad 11a, die Planetenräder 13 auf den Planetenträger 14 auf die Ausgangswelle 10 erfolgt.In 2 an embodiment is shown in which the control device 2 , consisting of retarder 5 and clutch 20 , via the input shaft 3.2 with the sun wheel 15 connected is. By means of the control device 2 can thus the sun gear 15 be braked or brought to a standstill. The input shaft 3.1 is in this coupling structure with the ring gear 11a connected and the output shaft 10 is with the planet carrier 14 connected so that the drive from the drive unit 9 over the ring gear 11a , the planetary gears 13 on the planet carrier 14 on the output shaft 10 he follows.

Die Regelung der Drehzahl bzw. des Drehmomententes an der Ausgangswelle 10 ist eine Steuereinheit 21 vorgesehen, mittels der der Füllungsgrad des Retarders 5 gesteuert und/oder geregelt wird. Sobald die maximale Bremswirkung des Retarders 5 erreicht ist, wird die Kupplungseinrichtung 20 derart angesteuert, dass das Sonnenrad 15 weiter abgebremst und letztlich ganz blockiert wird.The regulation of the speed or the torque at the output shaft 10 is a control unit 21 provided by means of the degree of filling of the retarder 5 controlled and / or regulated. Once the maximum braking effect of the retarder 5 is achieved, the coupling device 20 so driven that the sun gear 15 slowed down and ultimately blocked completely.

In 3 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Regelvorrichtung 2, bestehend aus Retarder 5 und Kupplung 20, über die Eingangswelle 3.2 und einem Zwischengetriebe 28 mit dem Hohlrad 11b gekoppelt ist. Mittels der Regelvorrichtung 2 kann somit das Hohlrad 11b gebremst bzw. zum Stillstand gebracht werden. Die Eingangswelle 3.1 ist bei dieser Koppelstruktur mit dem Sonnenrad 15 verbunden und die Ausgangswelle 10 ist mit dem Planetenträger 14 verbunden, sodass der Antrieb vom Antriebsaggregat 9 über das Sonnenrad 15, die Planetenräder 13 auf den Planetenträger 14 auf die Ausgangswelle 10 erfolgt.In 3 an embodiment is shown in which the control device 2 , consisting of retarder 5 and clutch 20 , via the input shaft 3.2 and an intermediate gearbox 28 with the ring gear 11b is coupled. By means of the control device 2 can thus the ring gear 11b be braked or brought to a standstill. The input shaft 3.1 is in this coupling structure with the sun gear 15 connected and the output shaft 10 is with the planet carrier 14 connected so that the drive from the drive unit 9 over the sun wheel 15 , the planetary gears 13 on the planet carrier 14 on the output shaft 10 he follows.

Das Hohlrad 11b ist in dieser Ausführung so breit ausgeführt, dass sowohl die Planetenräder 13 als auch ein weiteres Zahnrad 16 des Zwischenbetriebes 28 mit der Innenverzahnung des Hohlrades in Eingriff gebracht werden kann. Die Antriebsdrehzahl des Retarders 5 kann so ins Schnelle übersetzt werden, sodass der Durchmesser des Retarders 5 verkleinert werden kann.The ring gear 11b is designed in this embodiment so broad that both the planetary gears 13 as well as another gear 16 of intermediate operation 28 can be brought into engagement with the internal toothing of the ring gear. The drive speed of the retarder 5 can be translated so quickly, so the diameter of the retarder 5 can be downsized.

In 4 ist die Regelvorrichtung 2 ebenfalls mit dem Hohlrad 11b gekoppelt. Jedoch ist hier die Regelvorrichtung unmittelbar mit dem Hohlrad 11b verbunden. Das heißt, der Rotor 7 und die bewegliche Hälfte der Kupplung 20 sind direkt am Hohlrad 11b angebracht. Um eine ausreichende Bremswirkung des Retarders 5 zu erreichen, ist es erforderlich, dass der Retarder 5 einen entsprechend großen Durchmesser aufweist, sodass trotz der relativ niedrigen Drehzahl des Hohlrades ein ausreichendes Bremsmoment im hydrodynamischen Kreislauf des Retarders 5 aufgebaut werden kann.In 4 is the control device 2 also with the ring gear 11b coupled. However, here is the control device directly to the ring gear 11b connected. That is, the rotor 7 and the movable half of the clutch 20 are directly on the ring gear 11b appropriate. For a sufficient braking effect of the retarder 5 To achieve this, it is necessary that the retarder 5 having a correspondingly large diameter, so that despite the relatively low speed of the ring gear sufficient braking torque in the hydrodynamic circuit of the retarder 5 can be built.

5 zeigt eine weitere Variante für eine Regelvorrichtung 2. In der Skizze ist zu erkennen, dass die alternative Antriebsvorrichtung hier ein Überlagerungsgetriebe 4 und eine Regelvorrichtung 2, umfassend eine hydrodynamische Kupplung 26, mit einem Primärrad und ein Sekundärrad, und einen weiteren Antrieb 27, aufweist. 5 shows a further variant of a control device 2 , In the sketch it can be seen that the alternative drive device here is a superposition gear 4 and a control device 2 comprising a hydrodynamic coupling 26 , with a primary wheel and a secondary wheel, and another drive 27 , having.

Des Weiteren ist hier eine Bremsvorrichtung 22a zwischen Überlagerungsgetriebe 4 und dem Sekundärrad der hydrodynamischer Kupplung 26 vorgesehen. Eine weitere Bremsvorrichtung 22b ist zwischen Antrieb 27 und hydrodynamischer Kupplung 26 vorgesehen. Durch diesen Aufbau wird erreicht, dass die Drehzahl- und Momentenregelung in einem größeren Bereich stattfinden kann und die hydrodynamischer Kupplung 26 auch die Funktion eines Retarders übernehmen kann. So wird der Antrieb 27 bei geschlossener Bremsvorrichtung 22b außer Betrieb gesetzt und die hydrodynamischen Kupplung arbeitet als Retarder. Wird auch die Bremsvorrichtung 22a geschlossen erfolgt eine schlupffreie Übertragung der von der Eingangswelle 3.1 zur Ausgangswelle 10.Furthermore, here is a braking device 22a between superposition gearing 4 and the secondary wheel of the hydrodynamic coupling 26 intended. Another braking device 22b is between drive 27 and hydrodynamic coupling 26 intended. By this construction it is achieved that the speed and torque control can take place in a larger area and the hydrodynamic coupling 26 can also take over the function of a retarder. That's the drive 27 with the brake device closed 22b shut down and the hydrodynamic coupling works as a retarder. Will also the brake device 22a closed is a slip-free transmission of the input shaft 3.1 to the output shaft 10 ,

In 6 sind mehrere Antriebsvorrichtung über den Abtriebsstrang 31 miteinander gekoppelt. Die einzelnen Antriebsvorrichtungen sind als Module aufgebaut, wobei die Module jeweils über ein Kegelrad, welches in ein Kegelrad im Abtriebsstrang 31 eingreift, ihre Antriebsleistung in den Abtriebsstrang 31 einleiten können. Über die modulare Bauweise wird erreicht, dass die Antriebsleistung sehr genau an den Bedarf angepasst werden kann. Weiterhin lassen sich die einzelnen Module sehr leicht austauschen.In 6 are multiple drive device via the output train 31 coupled together. The individual drive devices are constructed as modules, wherein the modules each have a bevel gear, which in a bevel gear in the drive train 31 engages their drive power in the drive train 31 can initiate. The modular design ensures that the drive power can be adapted very precisely to the needs. Furthermore, the individual modules can be exchanged very easily.

In 7 sind zwei Diagramme dargestellt die einmal den Drehmomentenverlauf und einmal den Drehzahlverlauf für das Ausführungsbeispiel von 2 darstellen. In dieser Ausführung ist die Regelvorrichtung 2 über die zweite Eingangswelle 3.2 mit dem Sonnenrad 15 gekoppelt. Aus dem Diagramm ist zu entnehmen, dass durch eine entsprechende Regelung der Regelvorrichtung 2 an der Ausgangswelle 10 die Drehzahl erst nach der Anfahrphase langsam ansteigt und während des Hochlaufens auf Nenndrehzahl ein konstantes Drehmoment auf die Ausgangswelle 10 wirkt. Betrachtet man die Drehzahländerung der zweiten Eingangswelle 3.2 bzw. des Sonnenrades 15, steigt dieses in der Startphase an, weil im Retarder 5 langsam ein Drehmoment aufgebaut wird, welches dann in der Anfahrphase, durch die Befüllung des Retarders ansteigt, bis das Nennmoment erreicht ist, wobei dieses dann so lange aufrecht gehalten wird, optional kann hier die Kupplung 20 dazu geschaltet werden, bis die Nenndrehzahl an der Ausgangswelle 10 erreicht ist, wobei sich während der Beschleunigung der Ausgangswelle 10 sich die Drehzahl der zweiten Eingangswelle 3.2 reduziert. Nach erreichen der Nenndrehzahl an der Ausgangswelle 10 kann die Regelvorrichtung 2 weiterhin mit einem gewissen Schlupf betrieben werden oder alternativ kann die Drehung der zweiten Eingangswelle 3.2 ganz unterbunden werden, so dass über die Regelvorrichtung 2 keine Leistung mehr abgeführt wird und so der Gesamtwirkungsgrad steigt.In 7 are two diagrams showing the once the torque curve and once the speed curve for the embodiment of 2 represent. In this embodiment, the control device 2 over the second input shaft 3.2 with the sun wheel 15 coupled. From the diagram it can be seen that by an appropriate regulation of the control device 2 at the output shaft 10 the speed increases slowly after the start-up phase and during the run-up to rated speed a constant torque on the output shaft 10 acts. Considering the speed change of the second input shaft 3.2 or the sun gear 15 , this increases in the starting phase, because in the retarder 5 slowly a torque is built up, which then increases in the start-up phase, by the filling of the retarder until the nominal torque is reached, this is then maintained as long, optional, here is the clutch 20 to be switched to the rated speed at the output shaft 10 is reached, wherein during the acceleration of the output shaft 10 the speed of the second input shaft 3.2 reduced. After reaching the rated speed at the output shaft 10 can the control device 2 continue to be operated with a certain slip or alternatively, the rotation of the second input shaft 3.2 be completely stopped, so over the control device 2 no more power is dissipated and so the overall efficiency increases.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Antriebsvorrichtung driving device
22: Regelvorrichtung control device
3.1; 3.23.1; 3.2: Eingangswelle input shaft
44: Überlagerungsgetriebe Superposition gear
55: Retarder retarder
66: Stator stator
77: Rotor rotor
88th: Planetengetriebe planetary gear
99: Antriebsaggregat power unit
1010: Ausgangswelle output shaft
11a, b, c11a, b, c: Hohlrad ring gear
12a, b, c12a, b, c: Verzahnung des Hohlrads Toothing of the ring gear
1313: Planetenräder planetary gears
1414: Planetenträger planet carrier
1515: Sonnenrad sun
1616: Zahnrad gear
1717: Welle wave
1919: Gehäuse casing
2020: Kupplung clutch
2121: Steuereinrichtung control device
22a, b22a, b: Bremsvorrichtung braking device
2323: Kegelradgetriebe bevel gear
2424: Abschnitt des Sonnenrads Section of the sun gear
2525: Frequenzumrichter frequency converter
2626: hydrodynamische Kupplung hydrodynamic coupling
2727: Antrieb drive
2828: Zwischengetriebe intermediate gear
3030: Bremsvorrichtung braking device
31 31: Abtriebsstrangdrive train

Claims

Drive device for power transmission - with an input shaft ( 3.1 ), wherein the input shaft ( 3.1 ) with a drive unit ( 9 ) is at least indirectly connected or connectable, - with an output shaft ( 10 ), the output shaft ( 10 ) with a power train ( 31 ) is at least indirectly connected or connectable, and - with a superposition gear ( 4 ), the at least one planetary gear ( 8th ), comprising the elements ring gear ( 11a , b, c,), sun gear ( 15 ) and planet carrier ( 14 ) with several planet wheels ( 13 ) as elements of the planetary gear ( 8th ), wherein the superposition gearing ( 4 ) the input shaft ( 3.1 ) and the output shaft ( 10 ) at least indirectly interconnected, characterized in that at least one control device ( 2 ) is provided, which at least indirectly with one of the elements of the superposition gearing ( 4 ) is connected or connectable.

Drive device according to claim 1, characterized in that the control device ( 2 ) has a hydrodynamic machine.

Drive device according to claim 2, characterized in that the hydrodynamic machine is a retarder ( 5 ), with a stator ( 6 ) and a rotor ( 7 ) is.

Drive device according to claim 1 or 2, characterized in that the regulating device ( 2 ) a coupling ( 20 ) having.

Drive device according to claim 1, characterized in that the output shaft ( 10 ) at least indirectly with the planet carrier ( 14 ) of the planetary gear ( 8th ) is coupled.

Drive device according to claim 3 or 4, characterized in that the coupling ( 20 ) and / or the rotor ( 7 ) at least indirectly with the sun gear ( 15 ) is coupled.

Drive device according to claim 3 or 4, characterized in that coupling ( 20 ) and / or the rotor ( 7 ) via a transmission ( 27 ) with the ring gear ( 11a , b, c) is coupled.

Drive device according to claim 3 or 4, characterized in that the coupling ( 20 ) and / or the rotor ( 7 ) directly with the ring gear ( 11a , b, c) is coupled.

Drive device according to claim 2, characterized in that the control device ( 2 ) a hydrodynamic coupling comprising Primary wheel and a secondary wheel, and a drive ( 27 ), by means of which the primary wheel is drivable, comprises.

Drive device according to claim 9, characterized in that between superposition gearing ( 4 ) and secondary wheel a braking device ( 22a ) is arranged.

Drive device according to one of claims 1 to 10, characterized in that a variation of an output torque and / or an output speed at the output shaft ( 10 ) by the degree of filling of the hydrodynamic machine, by means of at least one control device ( 21 ), taxable and / or regulated.

Drive device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the drive unit ( 9 . 27 ) is an electric motor.

Drive device according to claim 12, characterized in that the electric motor ( 9 . 27 ) is an asynchronous motor, which can optionally be controlled by means of a frequency converter.

Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device ( 1 ) Modular construction and transmission ( 23 ) with a power train ( 31 ) is coupled.

Drive device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the drive device ( 1 ), comprising the drive unit ( 9 ), the superposition gearing ( 4 ) and the hydrodynamic machine having control device ( 2 ), a variable speed drive as part of a heavy duty drive, in particular a component of a belt conveyor drive in mining, is.