DE10340593B4

DE10340593B4 - Antriebseinrichtung für Kettensterne von Kettenantrieben

Info

Publication number: DE10340593B4
Application number: DE10340593.3A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Merten; Werner Bohle; Werner Langenberg
Original assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2023-09-02
Also published as: PL369808A1; GB2405455B; PL209420B1; RU2343279C2; US7282826B2; RU2004126480A; DE10340593A1; GB2405455A; CN100526687C; US20050081666A1; GB0418982D0; AU2004205231A1; AU2004205231B2; CN1590810A

Abstract

Antriebseinrichtung für Kettensterne von Kettenantrieben, insbesondere für Antriebe von Kettenkratzerförderern oder kettengezogenen Hobeln für den untertägigen Bergbau, mit einem von einem Asynchronmotor und einem Getriebe gebildeten Antriebssatz, wobei das Getriebe als Überlastgetriebe ausgebildet ist und für den Überlastausgleich eine schaltbare Lamellenkupplung aufweist, mit der der Kraftfluß zwischen dem Asynchronmotor und dem Kettenstern trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Asynchronmotor aus einem Frequenzumrichtermotor (10) besteht und im Antriebssatz zwischen der Motorwelle und dem Getriebe (4) ein Zwei-Gang-Zahnradschaltgetriebe (33) mit einer Anfahrschaltstufe und einer Normalschaltstufe zwischengeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Kettensterne von Kettenantrieben, insbesondere für den Antrieb von Kettenkratzerförderern oder kettengezogenen Hobeln für den untertägigen Bergbau, mit einem von einem Asynchronmotor und einem Getriebe gebildeten Antriebssatz, wobei das Getriebe als Überlast- und Lastausgleichsgetriebe ausgebildet ist und für den Überlastausgleich eine schaltbare Lamellenkupplung aufweist, mit der der Kraftfluß zwischen dem Asynchronmotor und dem Kettenstern trennbar ist.
Eine gattungsgemäße Antriebseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 40 24 830 A1 oder der DE 43 16 798 C2 bekannt. Bei den bekannten Kettenantrieben kommen ungeregelte Drehstrom-Asynchronmotoren zum Einsatz. Mit dem nachgeschalteten Überlast- und Lastausgleichsgetriebe wird im Betrieb der Antriebseinrichtungen durch Ansteuern der Lamellenkupplung ein Lastausgleich zwischen dem Hauptantrieb und dem Hilfsantrieb des Kohlenhobels oder des Kettenkratzerförderers geschaffen, um die Betriebsweise des Kohlenhobels oder Kettenkratzerförderers zu optimieren und ungünstige Belastungszustände für die Kette zu vermeiden. Bei der Antriebseinrichtung der DE 40 24 830 A1 ist dem Überlast- und Lastausgleichsgetriebe ein Stützmotor zugeordnet, der im Stillstand des Asynchronmotors ein- und abschaltbar ist, um die Kette spannen zu können. Gleichzeitig ist zum Spannen der Kette in der Antriebsverbindung zwischen dem Asynchronmotor und dem Überlast- und Lastausgleichsgetriebe eine den abgeschalteten Asynchronmotor gegen Drehen blockierende Blockiervorrichtung vorgesehen.
Anstelle von ungeregelten Drehstrom-Asynchronmotoren wurden auch Asynchronmotoren mit Polumschaltung ( DE 37 41 762 A1 ) und mittels eines Rechners angesteuerte Drehstrom-Asynchronmotoren ( DE 197 35 022 A1 ) vorgeschlagen, bei denen für jeden Motor die individuelle Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie in einem zugeordneten Rechner gespeichert wird. Mittels eines Drehgebers wird im Betrieb der Motoren potentialgetrennt permanent seine momentane Drehzahl ermittelt, um eine Regelung des Motors über einen Vergleich der momentanen Drehzahl mit der individuellen Drehzahl entsprechend der Kennlinie durchzuführen. Aufgrund der Proportionalität von Drehzahl und Drehmoment bei entsprechenden Drehstrom-Asynchronelektromotoren kann hierüber auch das abgegebene Drehmoment eingestellt werden.
Im untertägigen Bergbau bestehen Bestrebungen, als elektrische Antriebe auch Drehstrommotoren mit Frequenzumrichtern, sogenannte Frequenzumrichtermotoren, einzusetzen. Bei Frequenzumrichtermotoren ist eine stetige Drehzahlverstellung möglich. Für die Verwendung von Frequenzumrichtermotoren stellen die rauhen untertägigen Umgebungsbedingungen mit Staub, Feuchtigkeit und Korrosion sowie die statisch bestimmte Kopplung des Frequenzumrichtermotors mit dem Überlastgetriebe Probleme dar, die breite Einsatzmöglichkeiten der Frequenzumrichtermotoren bisher verhinderten. Es ist allerdings ein Einsatz von Frequenzumrichtermotoren bekannt, bei welchem zwischen der Überlastkupplung und dem Frequenzumrichtermotor eine drehelastische und durchschlagsichere Klauenkupplung in Ausführung als Tschan-Kupplung zwischengeschaltet ist. Durch die zwischengeschaltete Klauenkupplung wird der für die Antriebe benötigte Raum im untertägigen Streb erheblich vergrößert, so daß sich eine entsprechend aufgebaute Antriebseinrichtung nur bei ausreichendem Platzangebot im untertägigen Streb einsetzen läßt. Außerdem bestehen bei der Verwendung von Frequenzumrichtermotoren an Kettenantrieben weiterhin erhebliche Schwierigkeiten, den zum Anlaufen eines beladenen Kettenkratzerförderers oder zum Freiziehen eines im Streb steckengebliebenen Hobels erforderlichen Losbrecheffekt zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebseinrichtung für Kettensterne von Kettenantrieben zu schaffen, bei der eine Drehzahl- und Drehmomentregelung der Asynchronmotoren möglich ist und bei der der erforderliche Losbrecheffekt auf den Kettenstern und damit die Kette ausgeübt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Asynchronmotor aus einem Frequenzumrichtermotor besteht und im Antriebssatz zwischen der Motorwelle und dem Getriebe ein Zwei-Gang-Zahnradschaltgetriebe mit einer Anfahrschaltstufe und einer Normalschaltstufe zwischengeschaltet ist. Durch das zwischengeschaltete Zwei-Gang-Zahnradschaltgetriebe können alle Vorteile eines Frequenzumrichtermotors an untertägigen Antriebseinrichtungen ausgenutzt werden und es besteht gleichzeitig, durch Umschalten von der Normalschaltstufe auf die Anfahrschaltstufe, die Möglichkeit, das Drehmoment für den Losbrecheffekt überproportional zu steigern. Ein weiterer Vorteil des Zahnradschaltgetriebes mit den zwei Stufen ist, daß auf Kettenspannvorrichtungen, wie sie sonst im Stand der Technik über Stützmotoren oder andere Einrichtungen bewirkt wurden, verzichtet werden kann.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Zahnradschaltgetriebe als Vorbauschaltgetriebe ausgebildet, so daß es zwischen dem Frequenzumrichtermotor und dem Überlastgetriebe zwischengeschaltet ist. In der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung weist das Zahnradschaltgetriebe als Anfahrschaltstufe ein rückkehrbares Übersetzungsgetriebe mit einer Getriebeübersetzung von vorzugsweise 1:3 bis 1:4 auf, so daß das in der Anfahrschaltstufe abgegebene Antriebsdrehmoment etwa dem drei- bis vierfachen des Nenndrehmomentes entspricht.
Weiter vorzugsweise weist das Zahnrad- oder Vorbauschaltgetriebe ein auf der Getriebewelle drehbar gelagertes antriebsseitiges Zentralrad und ein auf der Getriebewelle drehbar gelagertes abtriebsseitiges Zentralrad auf, zwischen denen ein drehfest mit der Getriebewelle verbundenes Schaltrad angeordnet ist, wobei das Schaltrad mittels einer Schalteinrichtung wahlweise mit dem antriebsseitigen oder dem abtriebsseitigen Zentralrad drehfest koppelbar ist. Um das Schalten des Schaltgetriebes zu vereinfachen, weisen vorzugsweise beide Zentralräder und das Schaltrad jeweils fluchtend miteinander und aneinander angrenzend einen Verzahnungsabschnitt mit gleicher Verzahnung auf. Die Schalteinrichtung kann dann insbesondere aus einer über die Verzahnungsabschnitte zweier benachbarter Zahnräder des Vorbauschaltgetriebes schiebbaren Schaltnabe bestehen. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Schaltnabe mittels einer Schaltgabel bewegbar, die parallel zur Getriebewellenachse mittels einer Schaltstange verschiebbar ist. Das Zahnradschaltgetriebe kann insbesondere derart ausgeführt sein, daß eine Betätigung der Schalteinrichtung und damit ein Wechsel der Schaltstufe auch unter Last erfolgen kann.
Zweckmäßigerweise ist die Getriebewelle abtriebsseitig am Getriebegehäuse gelagert und motorantriebsseitig über das antriebsseitige Zahnrad, das antriebsseitig am Getriebegehäuse drehbar gelagert ist, abgestützt. Besonders bevorzugt ist, wenn das Übersetzungsgetriebe für die Anfahrschaltstufe eine am Getriebegehäuse drehbar gelagerte Vorlegewelle umfasst, die eine erste, in Zahneingriff mit dem antriebsseitigen Zentralrad stehende Getriebeverzahnung und eine zweite, in Zahneingriff mit dem abtriebsseitigen Zentralrad stehende Getriebeverzahnung aufweist. Zumindest die erste Getriebeverzahnung kann Bestandteil eines drehfest mit der Vorlegewelle verbundenen Einzelrades sein, um die Montage des Zahnradschaltgetriebes und der Vorlegewelle zu erleichtern. Das Zahnrad- bzw. Vorbauschaltgetriebe ist zweckmäßigerweise als Stirnradgetriebe ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist, wenn das antriebsseitige Zentralrad als Buchse ausgebildet ist und/oder innenseitig mit einem Nabenanschluß für die Motorwelle versehen ist. Durch diese Ausgestaltung kann ein Radialversatz der Motorwelle des Frequenzumrichtermotors ohne weiteres aufgefangen werden. Der Frequenzumrichtermotor und das Zahnradschaltgetriebe können auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, wobei dann das motorantriebsseitige Zentralrad auf der Motorwelle angeordnet oder Bestandteil der Motorwelle ist, so daß gegebenenfalls zusätzliche Lager eingespart werden können.
Um den für den untertägigen Kettenantrieb maximal benötigten Bauraum zu minimieren und einen statisch bestimmten. Anschluß des Frequenzumrichtermotors an das Zahnradschaltgetriebe zu verbessern, ist bei dem Frequenzumrichtermotor, der mit einem Motorgehäuse, einem Ständer mit Ständerwicklungen, einem Läufer und einer Frequenzumrichterschaltung versehen ist, vorzugsweise die mit dem Läufer rotierbare, motorflanschseitig und rückseitig am Motorgehäuse gelagerte Motorwelle als Hohlwelle ausgebildet, deren Axialbohrung von einem Torsionsdrehstab durchgriffen ist, der nur am rückseitigen Ende der Hohlwelle mit dieser bewegungsgekoppelt ist.
In bevorzugter Ausgestaltung durchgreift bei dem erfindungsgemäßen Frequenzumrichtermotor der Torsionsdrehstab die Axialbohrung und/oder das Motorgehäuse motorflanschseitig berührungsfrei, d. h. für den Torsionsdrehstab ist motorflanschseitig kein Lager und keine Abstützung an der Hohlwelle vorgesehen. Durch diese Maßnahme kann, auch ohne zwischengeschaltete, drehelastische Kupplung, selbst dann eine statisch bestimmte Kopplung zwischen dem Motor und der nachgeschalteten Antriebseinrichtung erreicht werden, wenn aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten oder Montageungenauigkeiten keine exakt fluchtende Ausrichtung der Motorwelle zur Eingangswelle der nachgeschalteten Antriebseinrichtung besteht. Für die Antriebskopplung zwischen dem Motor und der nachgeschalteten Antriebseinrichtung ist besonders vorteilhaft, wenn der Torsionsdrehstab vom rückseitigen Ende der Hohlwelle in diese einsteckbar und durch die Hohlwelle hindurchschiebbar ist.
Zweckmäßigerweise ist das motorflanschseitige Ende des Torsionsdrehstabs mit einem Ritzel, einer Verzahnung oder einer Wellenverbindung versehen, deren Außendurchmesser kleiner ist als der minimale Innendurchmesser der Axialbohrung, um das Hindurchstecken des Torsionsdrehstabs vom rückseitigen, auch im Montagezustand des Motors jederzeit zugänglichen Ende der Hohlwelle zu ermöglichen. Das rückseitige Ende des Torsionsdrehstabs kann zweckmäßigerweise mit einem Ritzel, einem Nabenanschlußmittel oder einer Nabenanschlußverzahnung versehen sein, deren Außendurchmesser größer ist als das motorflanschseitige Ende des Torsionsdrehstabs und der Innendurchmesser der Axialbohrung.
Als zusätzliche Sicherheit für den im untertägigen Bergbau eingesetzten Motor empfiehlt es sich, am rückseitigen Ende des Torsionsdrehstabs eine Sollbruchstelle auszubilden und ein Befestigungsmittel für eine Montage-/Demontagehilfe für den Torsionsdrehstab zwischen der Sollbruchstelle und dem motorflanschseitigen Ende der Hohlwelle anzuordnen, so daß selbst nach einem Bruch des Torsionsdrehstabs an der Sollbruchstelle eine Demontage aller Teile des Torsionsdrehstabes vorgenommen werden kann, ohne daß der Motor motorflanschseitig von der nachgeschalteten Antriebseinrichtung gelöst werden muß. Das Befestigungsmittel kann insbesondere eine axiale Gewindebohrung in der Stirnseite des Torsionsdrehstabs umfassen.
Bei den Frequenzumrichtermotoren ist insbesondere bevorzugt, wenn die Frequenzumrichterschaltung in den Frequenzumrichtermotor integriert ist und insbesondere in einem in das Motorgehäuse integrierten Schaltkasten angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ragt der Torsionsdrehstab mit dem motorflanschseitigen Ende bzw. dem motorflanschseitigen Ritzel aus dem Motorgehäuse heraus. Das motorflanschseitige Ende des Torsionsdrehstabs kann dann mit der Eingangswelle des Zahnrad- oder Vorbauschaltgetriebes statisch bestimmt gekoppelt werden. Durch die Kopplung des Motors mit dem Zwei-Gang-Zahnradschaltgetriebe kann dann ohne nennenswerte Vergrößerung des benötigten Einbauraums für den Kettenantrieb das zur Erreichung des Losbrecheffektes erforderliche Drehmoment auf einfache Weise erreicht werden, indem das Zahnrad- oder Vorbauschaltgetriebe in die Anfahrschaltstufe geschaltet wird.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:
1 in einer vereinfachten, schematischen Ansicht eine untertägige Gewinnungseinrichtung mit zwei Kettenantrieben mit Frequenzumrichtermotoren;
2 in einer Schnittansicht den mit einem Vorbauschaltgetriebe gekoppelten Frequenzumrichtermotor; und
3 in einem Diagramm das mit dem Frequenzumrichtermotor und dem Vorbauschaltgetriebe erreichbare Motordrehmoment.
1 zeigt zwei Kettenantriebe 50 zum Antrieb einer um beide Kettensterne 1 der Kettenantriebe 50 umlaufenden, endlosen Kette 2, die im Falle eines als Kettenkratzerförderer ausgebildeten Streb- oder Streckenförderers aus dessen Kratzerkettenband besteht und im Falle einer Hobelanlage eine Hobelkette ist, die den nicht dargestellten Kohlenhobel am Abbaustoß entlangbewegt. Die Kettensterne 1 sorgen für die Umlenkung der Kette 2 und werden jeweils mittels Antriebseinheiten angetrieben, mit denen sie drehfest über die Kettenradwelle 3 verbunden sind. Die Antriebseinheiten beider Kettenantriebe 50 umfassen einen elektrischen, als Frequenzumrichtermotor 10 mit integriertem Schaltkasten 11 für die Frequenzumrichterschaltung ausgebildeten Drehstromasynchronmotor, der mit einem Überlastschutz- und Lastausgleichsgetriebe 4 unter Zwischenschaltung eines Vorbauschaltgetriebes 30 gekoppelt ist. Das Überlastschutz- und Lastausgleichsgetriebe 4 ist insbesondere als Planetengetriebe mit zwei Planetenstufen ausgeführt, wobei dem Hohlrad einer der Planetenstufen eine hydraulisch beaufschlagbare Lamellenkupplung zugeordnet ist, um ein lastloses Hochfahren aller Motoren 10 zu erreichen, einen Lastausgleich zwischen den beiden Antriebseinheiten 50 bewirken zu können und im Falle von Blockaden der Kette 2 die Antriebsverbindung zwischen den Motoren 10 und den Kettenradsternen 1 zu lösen. Der Aufbau und die Funktionsweise entsprechender Überlast- und Lastausgleichsgetriebe ist bekannt.
2 zeigt einen Längsschnitt durch den Frequenzumrichtermotor 10 und das Vorbauschaltgetriebe 30. Der Frequenzumrichtermotor 10 weist ein Motorgehäuse 12 mit integriertem Schaltkasten (11, 1) für die Frequenzumrichterschaltung auf. Im Innenraum des Motorgehäuses 12 ist ein Ständer 13 mit Ständerwicklungen 14 angeordnet, wobei am Innenumfang des Ständers 13 um einen Luftspalt beabstandet der Läufer 15 des Frequenzumrichtermotors 10 angeordnet ist, mit dem drehfest die als Hohlwelle 16 ausgebildete Motorwelle verbunden ist. Der grundsätzliche Aufbau eines als Frequenzumrichtermotor ausgebildeten Drehstromasynchronmotors ist dem Fachmann bekannt, so daß eine nähere Beschreibung der elektrischen Wirkungsweise des Frequenzumrichtermotors 10 hier nicht erfolgt. Die Hohlwelle 16 ist sowohl am rückseitigen Ende 17 als auch am motorflanschseitigen Ende 18 jeweils über Lager 19, 20 drehbar an dem rückseitigen Lagerschild 21 bzw. der Motorflanschplatte 22 gelagert und mit einer Axialbohrung 23 versehen, in welcher ein Torsionsdrehstab 24 angeordnet ist, der die Axialbohrung 23 vollständig durchgreift und am motorflanschseitigen Ende 18 der Hohlwelle 16 mit einem Antriebsritzel 25 aus der Axialbohrung 23 und dem Motorgehäuse 12 hinausragt. Am rückseitigen Ende des Torsionsdrehstabs 24 ist ein weiteres Ritzel 26 angeordnet, welches mit einer geeigneten Verzahnung versehen ist und drehfest mit einer Gegenverzahnung 27 am Innenumfang des rückseitigen Endes 17 der Hohlwelle in Eingriff steht. Zwischen der Gegenverzahnung 27 und dem Ritzel 26 des Torsionsdrehstabes 24 kann ein Übergangsspiel ausgebildet sein, um die Montage des Torsionsdrehstabes 24 durch eine mit dem Verschlußdeckel 28 verschließbare Öffnung in dem rückseitigen Lagerschild 21 des Motorgehäuses 12 hindurch zu erleichtern. Der Außendurchmesser des Ritzels 25 ist vorzugsweise geringfügig kleiner und der Außendurchmesser des Ritzels 26 geringfügig größer als der Innendurchmesser D_i der Axialbohrung 23. Im Bereich des Ritzels 26 ist am Torsionsdrehstab 24 mittels einer Scherrille eine Sollbruchstelle 29 ausgebildet, wobei eine auf der Achse A des Torsionsdrehstabs 24 angeordnete Gewindebohrung 8 sich über die Sollbruchstelle 29 hinaus in Richtung des getriebeseitigen Ritzels 25 des Torsionsdrehstabs 24 erstreckt, so daß selbst bei einem Bruch des Torsionsdrehstabes 24 im Bereich der Sollbruchstelle 29 ein Demontagewerkzeug (nicht dargestellt) in die Gewindebohrung 8 eingeschraubt und der Torsionsdrehstab 24 aus der Axialbohrung 23 herausgezogen werden kann. Da der Torsionsdrehstab 24 nur an seinem rückseitigen Ende 17 mit der Hohlwelle 16 gekoppelt und relativ zu der Hohlwelle 16 abgestützt ist, können Fluchtungsfehler zwischen dem Gehäuse 12 des Frequenzumrichtermotors 10 bzw. der Achse A der Hohlwelle 16 und dem Gehäuse 31 des Vorbauschaltgetriebes 30 bzw. der Getriebeachse G des Vorbauschaltgetriebes 30 ausgeglichen werden. Es ist daher nicht erforderlich, zwischen dem Frequenzumrichtermotor 10 und dem Vorbauschaltgetriebe 30 eine Kupplung, insbesondere eine drehelastische Klauenkupplung zwischenschalten zu müssen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Vorbauschaltgetriebe 30 als Zwei-Gang-Zahnradschaltgetriebe ausgeführt, wobei das Schalten zwischen einer Anfahrschaltstufe und einer Normalschaltstufe mittels eines Schaltrings oder einer Schaltnabe 32 vorgenommen wird. In der Schnittansicht in 2 ist die Schaltnabe 32 in der unteren Hälfte in Schaltstellung für die Anfahrschaltstufe und in der oberen Hälfte in Schaltstellung für die Normalschaltstufe dargestellt, wie noch erläutert werden wird.
Das als rückkehrbares Übersetzungsgetriebe ausgeführte Zwei-Gang-Zahnradschaltgetriebe 33 des Vorbauschaltgetriebes 30 weist eine Getriebewelle 34 auf, die abtriebsseitig über das Lager 35 in der abtriebsseitigen Lagerplatte 36 gelagert ist. Die Getriebewelle 34 erstreckt sich auf den Frequenzumrichtermotor 10 zu bis annähernd an das Ritzel 25 des Torsionsdrehstabs 24 heran, wobei zwischen dem Ritzel 25 und der Getriebewelle 34 ein Spalt verbleibt. Am motorseitigen Ende der Getriebewelle 34 ist ein antriebsseitiges Zentralrad 37 des Zahnradschaltgetriebes 33 gelagert, welches hier als Buchse ausgeführt ist, und der mit einer Getriebeverzahnung 39 versehene Abschnitt des Zentralrades 37 ist mittels der Lager 40 drehbar auf dem freien Ende der Getriebewelle 34 gelagert. Das Zentralrad 37 verjüngt sich gegenüber dem die Stirnradverzahnung 39 aufweisenden Abschnitt in einen Anschlußabschnitt 41, der am Innenumfang mit einer Verzahnung 42 versehen ist und als Nabe mit dem Ritzel 25 des Torsionsdrehstabs 24 drehfest gekoppelt werden kann bzw. gekoppelt ist. Der Anschlußabschnitt 41 weist am Außenumfang einen zylindrischen Bund 43 auf, der mittels des Lagers 44 an der motorseitigen Lagerplatte 45 gelagert ist, die integraler Bestandteil des Getriebegehäuses 31 ist. Axial versetzt zur Getriebewelle 34 ist eine Vorlegewelle 46 an beiden Lagerplatten 36, 45 drehbar gelagert, wobei die Vorlegewelle 46 einen Nocken mit Getriebeverzahnung 48 sowie einen Wellenabschnitt aufweist, an welchem z. B. über eine Paßfederverbindung ein Einzelrad 49 mit Getriebeverzahnung drehfest gelagert ist. Als weitere Bestandteile weist das Zahnradschaltgetriebe 33 ein drehfest mit der Getriebewelle 34 verbundenes Schaltrad 52 mit Stirnradverzahnung 53 sowie ein abtriebsseitiges Zentralrad 54 mit Stirnradverzahnung 55 auf, welches mittels des Lagers 56 frei drehbar auf der Getriebewelle 34 abgestützt ist.
In der Normalschaltstufe, in der die über die Schaltwelle 57 und die fest mit dieser verbundene Schaltgabel 58 bewegbare Schaltnabe 32 einen Abschnitt der Getriebeverzahnung 53 des Schaltrades 52 mit einem Abschnitt der Getriebeverzahnung 39 des antriebsseitigen Zentralrades 37 verbindet, läuft das Schaltrad 52 und damit die Getriebewelle 34 mit derselben Drehzahl wie der mit dem Zentralrad 37 gekoppelte Torsionsdrehstab 24 um. Diese Stellung der Schaltnabe 32 entspricht daher der Normalschaltstufe des Schaltgetriebes 33 mit einer Getriebeübersetzung von 1:1.
Das mit den miteinander kämmenden Stirnrad- bzw. Getriebeverzahnungen 39, 51, 48 und 55 der Zahnräder 37, 49, 47 und 54 bewirkte Zahnradübersetzungsgetriebe hat im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Anfahrschaltstufe ein Übersetzungsverhältnis ins Langsame von 1:4. Die Anfahrschaltstufe ist nur dann aktiv, wenn die Schaltnabe 32, wie in der unteren Hälfte der 2 gezeigt, sich in der linken Stellung im Anschlag an der Flanke 59 des abtriebsseitigen Zentralrades 54 befindet. In dieser Stellung übergreift die Schaltnabe 32 gleichzeitig einen Abschnitt der Getriebeverzahnung 53 des Schaltrades 52 und einen verzahnten Abschnitt 60 am abtriebsseitigen Zentralrad 54, der an einem sich in Richtung des Elektromotors 10 vorstreckenden Kragen 61 des Zentralrades 54 ausgebildet ist. Durch diese Stellung der Schaltnabe 32 und die Kopplung der Verzahnungsabschnitte 60 und 53 wird bewirkt, daß die Drehzahl des Zentralrades 54 auf das Schaltrad 52 und damit auf die Getriebewelle 34 übertragen wird. Im Gegenzug hierzu befindet sich, wie weiter oben bereits dargelegt, in der Normalschaltstufe die Schaltnabe 32 in Zahneingriff mit der Getriebeverzahnung 39 des antriebsseitigen Zentralrades 37 und der Verzahnung 53 des Schaltrades 52, so daß die Getriebewelle mit derselben Drehzahl wie der Torsionsdrehstab 24 des Frequenzumrichtermotors 10 umläuft.
Die mit dem Zwei-Gang-Zahnradschaltgetriebe bewirkbare Anfahrschaltstufe wird nur dann eingeschaltet, wenn mit dem Frequenzumrichtermotor 10 und dem Kettenantrieb 50 ein Losbrecheffekt zum Anfahren des beladenen Kettenkratzerförderers oder zum Freiziehen des Hobels erreicht werden soll. In der Anfahrschaltstufe erhöht sich, wie schematisch das Diagramm in der 3 verdeutlicht, daß mit der Kombination aus Frequenzumrichtermotor 10 und Zahnradschaltgetriebe 33 bzw. Vorbauschaltgetriebe 30 abtriebsseitig sich einstellende Motordrehmoment M_d auf das Losbrechdrehmoment Md_A, welches hier etwa dem Vierfachen des Nenn-Motordrehmomentes Md_N entspricht. Die Anfahrschaltstufe kann nur bei niedrigen Drehzahlen n bzw. niedrigen Kettengeschwindigkeiten v_K eingeschaltet werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Verwendung eines Frequenzumrichtermotors mit Hohlwelle 16 und Torsionsdrehstab 24 bildet die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Das Zahnrad-Übersetzungsgetriebe und der Frequenzumrichtermotor können auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden, wobei dann das antriebsseitige Zentralrad mit der Motorwelle zusammenfällt und eines der beiden Lager 20, 44 entfallen könnte. Bei dieser Ausgestaltung ist es selbstverständlich auch nicht notwendig, die Motorwelle als Hohlwelle 16 mit Torsionsdrehstab 24 auszubilden.

Claims

Antriebseinrichtung für Kettensterne von Kettenantrieben, insbesondere für Antriebe von Kettenkratzerförderern oder kettengezogenen Hobeln für den untertägigen Bergbau, mit einem von einem Asynchronmotor und einem Getriebe gebildeten Antriebssatz, wobei das Getriebe als Überlastgetriebe ausgebildet ist und für den Überlastausgleich eine schaltbare Lamellenkupplung aufweist, mit der der Kraftfluß zwischen dem Asynchronmotor und dem Kettenstern trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Asynchronmotor aus einem Frequenzumrichtermotor (10) besteht und im Antriebssatz zwischen der Motorwelle und dem Getriebe (4) ein Zwei-Gang-Zahnradschaltgetriebe (33) mit einer Anfahrschaltstufe und einer Normalschaltstufe zwischengeschaltet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwei-Gang-Zahnradschaltgetriebe (33) als Zahnrad- oder Vorbauschaltgetriebe (30) ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Anfahrschaltstufe ein rückkehrbares Übersetzungsgetriebe mit einer Getriebeübersetzung von vorzugsweise 1:3 bis 1:4 vorgesehen ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad- oder Vorbauschaltgetriebe ein auf der Getriebewelle (34) drehbar gelagertes antriebsseitiges Zentralrad (37) und ein auf der Getriebewelle drehbar gelagertes abtriebseitiges Zentralrad (54) aufweist, zwischen denen ein drehfest mit der Getriebewelle (34) verbundenes Schaltrad (52) angeordnet ist, wobei das Schaltrad (52) mittels einer Schalteinrichtung wahlweise mit dem antriebsseitigen oder dem abtriebseitigen Zentralrad (37, 54) drehfest koppelbar ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zentralräder (37; 54) und das Schaltrad (52) jeweils fluchtend miteinander und aneinander angrenzend einen Verzahnungsabschnitt mit gleicher Verzahnung aufweisen.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung aus einer über die Verzahnungsabschnitte zweier benachbarter Zahnräder (37; 52; 54) des Zahnradschaltgetriebes (33) schiebbaren Schaltnabe (32) besteht.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltnabe (32) mittels einer Schaltgabel (58) bewegbar ist, die parallel zur Getriebewellenachse (G) mittels einer Schaltstange (57) verschiebbar ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebewelle (34) abtriebseitig am Getriebegehäuse (36) gelagert ist und motorantriebsseitig über das antriebsseitige Zahnrad (37), das antriebsseitig am Getriebegehäuse (31) drehbar gelagert ist, abgestützt ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradschaltgetriebe (33) für die Anfahrschaltstufe eine am Getriebegehäuse (31; 36) drehbar gelagerte Vorlegewelle (46) umfasst, die eine erste, in Zahneingriff mit dem antriebsseitigen Zentralrad (37) stehende Getriebeverzahnung (51) und eine zweite, in Zahneingriff mit dem abtriebseitigen Zentralrad (54) stehende Getriebeverzahnung (48) aufweist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Getriebeverzahnung (51) Bestandteil eines drehfest mit der Vorlegewelle (46) verbundenen Einzelrades (49) ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradschaltgetriebe (33) als Stirnradgetriebe ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das antriebsseitige Zentralrad (37) als Buchse ausgebildet ist und/oder innenseitig mit einem Nabenanschluß für die Motorwelle versehen ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzumrichtermotor und das Zahnradschaltgetriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei vorzugsweise das motorantriebsseitige Zentralrad auf der Motorwelle angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzumrichtermotor mit einem Motorgehäuse (12), einem Ständer (13) mit Ständerwicklungen (14), einem Läufer (15), einer Frequenzumrichterschaltung und einer mit dem Läufer (15) rotierbaren Motorwelle versehen ist, die motorflanschseitig und rückseitig am Motorgehäuse (12, 21, 22) gelagert ist und als Hohlwelle (16) ausgebildet ist, deren Axialbohrung (23) von einem Torsionsdrehstab (24) durchgriffen ist, der nur am rückseitigen Ende (17) der Hohlwelle (16) mit dieser bewegungsgekoppelt ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsdrehstab (24) die Axialbohrung (23) und/oder das Motorgehäuse (22, 12) motorflanschseitig berührungsfrei durchgreift.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsdrehstab (24) vom rückseitigen Ende (17) der Hohlwelle (16) in diese einsteckbar und hindurchschiebbar ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das motorflanschseitige Ende des Torsionsdrehstabs (24) mit einem Ritzel (25), einer Verzahnung oder einer Wellenverbindung versehen ist, deren Außendurchmesser kleiner ist als der minimale Innendurchmesser (D_i) der Axialbohrung (23).
Antriebseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das rückseitige Ende des Torsionsdrehstabes (24) mit einem Ritzel (26), einem Nabenanschlußmittel oder einer Nabenanschlußverzahnung versehen ist, deren Außendurchmesser größer ist als das motorflanschseitige Ende des Torsionsdrehstabs (24) und der Innendurchmesser (D_i) der Axialbohrung (23).
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß am rückseitigen Ende (17) des Torsionsdrehstabs (24) eine Sollbruchstelle (29) ausgebildet ist und daß ein Befestigungsmittel für eine Montage-/Demontagehilfe für den Torsionsdrehstab (24) zwischen der Sollbruchstelle (29) und dem motorflanschseitigen Ende angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel eine axiale Gewindebohrung (8) in der Stirnseite des Torsionsdrehstabs (24) umfasst.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumrichterschaltung in einem in das Motorgehäuse (12) integrierten Schaltkasten (11) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsdrehstab (24) mit dem motorflanschseitigen Ende aus dem Motorgehäuse (12) herausragt.