AT18584U2 - Triebstrang - Google Patents

Abstract

Ein Triebstrang weist ein Differenzialgetriebe mit einer ersten Antriebswelle (5) für eine Antriebsmaschine (4), einer zweiten Antriebswelle (10) für einen Differenzialantrieb (16) und eine Abtriebswelle (2) für eine Arbeitsmaschine (1) auf. Das Differenzialgetriebe weist weiters zwei Planetenstufen (7, 8) auf, deren Planetenräder (11, 12‘, 12‘‘) in einem gemeinsamen Planetenträger (9, 32) gelagert sind. Die erste Antriebswelle (5) ist mit einem ersten Sonnenrad (6) der ersten Planetenstufe (7) und die Abtriebswelle (2) mit einem zweiten Sonnenrad (15) der zweiten Planetenstufe (8) verbunden. Die erste Planetenstufe (7) weist innere Planetenräder (11) und äußere Planetenräder (12‘) auf. Die inneren Planetenräder (11) und die äußeren Planetenräder (12‘) sind am Planetenträger (9, 32) gelagert. Die äußeren Planetenräder (12‘‘) der zweiten Planetenstufe (8) sind mit den äußeren Planetenrädern (12‘) der ersten Planetenstufe (7) drehfest verbunden und die inneren Planetenräder (11) sind mit den äußeren Planetenräder (12‘) der ersten Planetenstufe (7) und mit dem ersten Sonnenrad (6) in Eingriff.

Description

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Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Triebstrang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Ein allgemeines Problem von Arbeitsmaschinen, wie Fördereinrichtungen, z.B. Pumpen, Kompressoren und Ventilatoren, oder wie Mühlen, Brecher, Fahrzeuge usw-.,., ist ein effizienter, drehzahlvariabler Betrieb, das Anfahren unter Last, und der Betrieb von Arbeitsmaschinen bis zu einer Drehzahl gleich Null. Im Weiteren werden elektrische Maschinen als Beispiel für Antriebsmaschinen und Generatoren herangezogen, das Prinzip gilt aber für alle möglichen Arten von Antriebsmaschinen, so wie z.B. für Verbrennungskraftmaschinen.

[0003] Die heute am häufigsten verwendeten elektrischen Antriebe sind Drehstrommaschinen, wie z.B. Asynchronmaschinen und Synchronmaschinen, welche im Wesentlichen mit konstanter Drehzahl betrieben werden. Es muss darüber hinaus eine Drehstrommaschine und ein dieser nachgelagertes Stromnetz entsprechend groß ausgelegt werden, damit sie vom Stillstand weg ein erforderliches Antriebsmoment liefern kann. Elektrische Maschinen werden daher auch aus diesem Grund, anstatt direkt an ein Netz angeschlossen zu werden, häufig in Kombination mit einer Regelkupplung oder einem Frequenzumrichter als drehzahlvariabler Antrieb ausgeführt. Damit kann man zwar einen drehzahlvariablen Betrieb von Drehzahl Null realisieren, ohne das Netz stark zu belasten, die Lösungen sind jedoch teuer und/oder mit wesentlichen Wirkungsgradeinbußen verbunden. Eine im Vergleich dazu kostengünstigere und auch bezüglich Wirkungsgrad bessere Alternative ist der Einsatz von Differenzialsystemen - beispielsweise gemäß WO 2010/040166 A2.

[0004] Eine alternative Ausführungsform, nämlich ein sogenanntes Umlaufgetriebe, zeigt die DE 10 2015 002 585 A1. Dieses betrifft dabei eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Antrieb eines Antriebsstrangs von drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen mit einem konstant laufenden Antrieb und mit einem drehzahlvariablen, untersetzenden Getriebe als Überlagerungsgetriebe mit einem Eingangszweig, einem Ausgangszweig und einem Regelzweig. Der Hochlauf der Arbeitsmaschine erfolgt zunächst durch Einschalten des Antriebs bei gleichzeitigem Betrieb des Regelzweigs mit einem drehzahlvariablen Differenzialantrieb mit oder ohne eingeschaltetem BremsChopper im generatorischen Betrieb.

[0005] In der gattungsgemäßen DE 10 2015 006 084 B4 weist ein Umlaufgetriebe einen ersten Planetenradsatz auf, an den ein konstant laufender Antrieb gekoppelt ist. Weiters weist das Getriebe einen zweiten Planetenradsatz auf, an den die Arbeitsmaschine gekoppelt ist. Der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz weisen jeweils Planetenräder auf, die in einem Planetenträger gelagert und die auf mindestens zwei gemeinsamen Planetenwellen angeordnet sind. Der Planetenträger ist in einem Getriebegehäuse drehbar gelagert und von einem drehzahlvariablen Differenzialantrieb antreibbar, wobei der Differenzialantrieb entweder über eine Kegelradstufe, eine Stirnradstufe oder als Hohlwellenmotor an den Planetenträger gekoppelt ist. Bei der hier beschriebenen Anordnung liegen die Abtriebsdrehzahlen zwischen ca. 4000 und ca. 15000 U/min, während die Antriebsdrehzahlen des konstant laufenden Antriebs zwischen ca. 1500 und ca. 3600 U/min liegen.

[0006] Nachteilig bei diesen beiden Lösungen ist, dass bei Nenn-Abtriebsdrehzahlen im Drehzahlbereich der Antriebsdrehzahl, die für den gewünschten variablen Abtriebsdrehzahlbereich erforderlichen Drehzahlen am Planetenträger sehr groß sind und damit keine robuste und/oder kostengünstige Konzeptionierung eines oben beschriebenen Getriebes möglich ist.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lösung zu finden, mit der man die maximal erforderliche Drehzahl des Planetenträgers reduzieren kann und man damit eine technisch robuste und zugleich kostengünstige Lösung erhält.

[0008] Gelöst wir diese Aufgabe mit einem Triebstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

[0009] Der Kern eines derartigen Triebstranges ist ein Differenzialgetriebe mit zwei Antrieben und einem Abtrieb, wobei der Abtrieb eine Abtriebswelle aufweist, die mit einer Arbeitsmaschine

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verbindbar ist, wobei der erste Antrieb eine erste Antriebswelle aufweist, die mit einer Antriebsmaschine verbindbar ist, wobei der zweite Antrieb eine zweite Antriebswelle aufweist, die mit einem vorzugsweise drehzahlvariablen, elektrischen Differenzialantrieb verbindbar ist, wobei das Differenzialgetriebe zwei Planetenstufen aufweist, deren Planetenräder an einem gemeinsamen Planetenträger gelagert und drehfest miteinander verbunden sind, wobei die erste Antriebswelle mit einem ersten Sonnenrad der ersten Planetenstufe und die Abtriebswelle mit einem zweiten Sonnenrad der zweiten Planetenstufe verbunden ist, und wobei die zweite Antriebswelle mit dem Planetenträger verbunden ist.

[0010] Um die maximale Drehzahl des Planetenträgers möglichst niedrig zu halten, weist die erste Planetenstufe innere und äußere Planetenräder auf, die am Planetenträger gelagert sind, und die äußeren Planetenräder sind mit den Planetenrädern der zweiten Planetenstufe drehfest verbunden. Damit kann die maximale, im Betrieb erforderliche Drehzahl des Planetenträgers reduziert werden, weil durch die inneren Planetenräder der ersten Planetenstufe eine Drehrichtungsumkehr der Abtriebswelle erfolgt und dadurch eine geringere Drehzahl des Planetenträgers erforderlich wird, um einen gewünschten Drehzahlbereich realisieren zu können.

[0011] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Planetenstufen schrägverzahnt, weil schrägverzahnte Getriebe ein geringeres Schwingungs- und Geräuschniveau haben.

[0013] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Planetenräder der zweiten Planetenstufe und die äußeren Planetenräder der ersten Planetenstufe als Stufenplaneten ausgeführt, da man bei der Auslegung des Getriebes den Abtriebs-Drehzahlbereich mit Stufenplaneten besser variieren kann.

[0014] Dabei ist es weiters bevorzugt, dass die Schrägverzahnung der Planetenräder der zweiten Planetenstufe und die äußeren Planetenräder der ersten Planetenstufe eine Verzahnung mit unterschiedlichen Schrägungswinkeln aufweisen. Mit unterschiedlichen Schrägungswinkeln kann man Axialkräfte am Planetenrad minimieren.

[0015] Um den Drehzahlbereich des erfindungsgemäßen Differenzialgetriebes optimal anpassen Zu können, ist bei der Erfindung bevorzugt, dass die zweite Antriebswelle über ein Anpassungsgetriebe mit wenigstens einer Stirnradstufe mit dem Planetenträger verbunden ist.

[0016] Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass das Anpassungsgetriebe die Stirnradstufe ein mit einem Planetenträgerzahnrad kämmendes Stirnrad und eine Verbindungswelle zwischen der Stirnradstufe und dem Stirnrad aufweist. Mit einer entsprechenden Ausgestaltung der Verbindungswelle kann man beispielsweise den horizontalen Abstand zwischen dem Differenzialantrieb und der Arbeitsmaschine variieren.

[0017] Bei der Erfindung können auch zwei oder mehr als zwei Anpassungsgetriebe vorhanden sein, über die zwei oder mehr als zwei Differenzialantriebe mit dem Differenzialgetriebe verbindbar sind. Zwei oder mehr als zwei Differenzialantriebe haben den Vorteil, dass jedes für sich kürzer sein kann und man auch redundante Differenzialantriebe hat.

[0018] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Planetenträger auf der Seite der ersten Antriebswelle auf dieser ersten Antriebswelle gelagert. Mit der Lagerung des Planetenträgers auf der ersten Antriebswelle lässt sich eine kleinere Gesamtlänge (in Achsrichtung) des Differenzialgetriebes realisieren.

[0019] Eine stabile Lagerung des Planetenträgers ergibt sich, wenn der Planetenträger auf der Seite der Abtriebswelle in einem Getriebegehäuse gelagert ist.

[0020] Da im Bereich der Arbeitsmaschine mehr Freiraum verfügbar ist, ist bei der Erfindung weiters bevorzugt, dass das ND-Ende des Differenzialantriebes zur Arbeitsmaschine weist.

[0021] Wie aus dem Stand der Technik an sich bekannt, ist bei der Erfindung die Antriebsmaschine vorzugsweise eine mit konstanter Drehzahl laufende elektrische Maschine und/oder der Differenzialantrieb eine drehzahlvariabel betreibbare elektrische Maschine.

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[0022] Wenn der Differenzialantrieb mit einer Wasserkühlung und/oder einem Fremdlüfter ausgestattet ist, kann man das Antriebssystem dauerhaft mit Drehzahl Null oder mit einer geringen Drehzahl des Differenzialantriebes betreiben.

[0023] Um ein Differenzialgetriebe hinsichtlich seiner in Achsrichtung gemessenen Gesamtlänge möglichst kurz auszuführen, müssen sämtliche Baugruppen, wie z.B. ein Planetenträger, möglichst kurz ausgeführt werden. Weiters sind daher in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die inneren Planetenräder auf inneren Wellen und/oder die Planetenräder der zweiten Planetenstufe und die äußeren Planetenräder der ersten Planetenstufe auf äußeren Wellen drehbar gelagert. Bei einer Lagerung der Planetenräder auf den Wellen sind die Lager länger ausführbar als bei einer Lagerung der Wellen in einem möglichst kurzen Planetenträger, wodurch für die Lagerung ein größerer Bauraum verfügbar ist als bei einer Lagerung der Wellen im Planetenträger und dadurch eine geringere Pressung in den Lagern auftritt. Eine Lagerung der inneren Wellen und/oder der äußeren Wellen im Planetenträger bei fest auf den Wellen montierten Planetenrädern ist bei der Erfindung aber nicht ausgeschlossen.

[0024] Um das Antriebssystem von einer Drehzahl gleich Null anzufahren und dabei den Anlaufstrom der Antriebsmaschine möglichst gering zu halten, kann das Antriebssystem mittels eines Hilfsgetriebes ausgestattet werden. Erfindungsgemäß gibt es dabei folgende Möglichkeiten der Anordnung des Hilfsgetriebes: (i) zwischen der ersten Antriebswelle und der zweiten Antriebswelle; (ii) zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle; (ili) zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle.

[0025] Um einen optimalen Zugang zu den Anschlüssen eines Differenzialgetriebes zu gewährleisten, sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die (Stütz-)Rahmen des Differenzialantriebes teilbar ausgeführt, um dieses für z.B. Montage- bzw. Wartungsarbeiten teilweise demontieren zu können.

[0026] Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die angeschlossenen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

[0027] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Differenzialgetriebes für einen Antrieb einer Pumpe,

[0028] Fig. 2A einen Schnitt entlang der Linie IIA-IIA in Fig. 1 durch eine geänderte Ausführungsform einer ersten Planetenstufe,

[0029] Fig. 2B einen Schnitt entlang der Linie IIB-IIB in Fig. 1 durch eine geänderte Ausführungsform einer zweiten Planetenstufe,

[0030] Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Differenzialgetriebes, und

[0031] Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Differenzialgetriebes entlang eines Schnittes entlang der Linie IV-IV in Fig. 1.

[0032] Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differenzialgetriebes am Beispiel einer Pumpe als Arbeitsmaschine 1. Die Arbeitsmaschine 1 ist vorzugsweise mittels einer Kupplung mit einer in einem Getriebegehäuse 3 gelagerten Abtriebswelle 2 eines Differenzialgetriebes verbunden. Das Differenzialgetriebe und damit auch die Arbeitsmaschine 1 werden von einer Antriebsmaschine 4 angetrieben.

[0033] Die Antriebsmaschine 4 ist vorzugsweise eine Mittelspannungs-Drehstrommaschine, die an ein Stromnetz anschließbar ist. Das gewählte Spannungsniveau der Antriebsmaschine 4 hängt vom Einsatzfall und vor allem vom Leistungsniveau der Antriebsmaschine 4 ab und kann ohne Einfluss auf die Grundfunktion des erfindungsgemäßen Systems jedes gewünschte Spannungsniveau haben. Entsprechend der Polpaarzahl der Antriebsmaschine 4 ergibt sich ein bauartspezifischer Betriebsdrehzahlbereich. Der Betriebsdrehzahlbereich ist dabei jener Drehzahlbereich, in dem die Antriebsmaschine 4 ein definiertes, gewünschtes oder erforderliches Drehmoment liefern kann, und in dem die Antriebsmaschine 4 im Falle einer elektrischen Antriebsmaschine mit dem Stromnetz synchronisiert werden oder im Falle einer Verbrennungskraftmaschine

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gestartet und betrieben werden kann. Die Betriebsdrehzahl einer elektrischen Drehstrommaschine als Antriebsmaschine 4 wird vor allem durch ihre Polpaarzahl und die Netzfrequenz bestimmt. Weit verbreitete Nenn-Antriebsdrehzahlen sind aus diesem Grund rund 1500, 1800, 3000 und 3600 U/min.

[0034] Die Antriebsmaschine 4 ist vorzugsweise mittels einer Kupplung mit einer ersten Antriebswelle 5 verbunden, die im Getriebegehäuse 3 gelagert ist. Die erste Antriebswelle 5 ist mit einem ersten Sonnenrad 6 einer ersten Planetenstufe 7 von zwei Planetenstufen 7, 8 des Differenzialgetriebes verbunden.

[0035] Ein Planetenträger 9 des Differenzialgetriebes ist auf einer Seite im Getriebegehäuse 3 und auf der anderen Seite auf der ersten Antriebswelle 5 drehbar gelagert. Damit kann man eine insgesamt kürzere Baulänge des Differenzialgetriebes erreichen. Alternativ kann der Planetenträger 9 auch beidseitig im Getriebegehäuse 3, oder auf der Abtriebswelle 2 und dem Getriebegehäuse 3, oder auf der ersten Antriebswelle 5 und der Abtriebswelle 2 gelagert werden.

[0036] Die erste Antriebswelle 5 ist beispielsweise mittels eines zweireihigen Kegelrollenlagers, eines Zylinderrollenlagers in Kombination mit einem Rillenkugellager oder eines radialen und axialen Gleitlagers im Getriebegehäuse 3 gelagert.

[0037] Eine erste Planetenstufe 7 besteht aus dem ersten Sonnenrad 6, zwei oder mehr als zwei inneren Planetenrädern 11 und zwei oder mehr als zwei weiteren, äußeren Planetenrädern 12. Im Beispiel gemäß Fig. 1 sind jeweils zwei Planetenräder 11 und 12 dargestellt. Somit kämmt das erste Sonnenrad 6 mit den inneren Planetenrädern 11 und diese wiederum mit den äußeren Planetenrädern 12.

[0038] Bevorzugt sind die Planetenräder 11 und/oder 12 auf äußeren Wellen 13 und inneren Wellen 14 drehbar gelagert. Alternativ können die Planetenräder 11 und/oder 12 mit den Wellen 13 und 14 auch fest verbunden und die Wellen 13 und/oder 14 ihrerseits im Planetenträger 9 drehbar gelagert sein. Ein Vorteil der Lagerung der Planetenräder 11 und 12 auf den Wellen 13 und 14 ist, dass bei dieser Lösung für die Lagerung ein größerer Bauraum verfügbar ist als bei einer Lagerung der Wellen 13 und 14 im Planetenträger 9. Als Lagerung der Planetenräder 11 und 12 auf den Wellen 13, 14 oder alternativ deren Wellen 13 und 14 im Planetenträger 9 sind beispielsweise Gleit- und/oder Wälzlager einsetzbar.

[0039] Der Achsabstand zwischen den inneren Wellen 14 und der ersten Antriebswelle 5 kann gleich dem oder größer oder kleiner als der Achsabstand zwischen den äußeren Wellen 13 und der ersten Antriebswelle 5 sein.

[0040] Die zweite Planetenstufe 8 besteht aus den zwei oder mehr als zwei Planetenrädern 12 und einem zweiten Sonnenrad 15, das mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist, wobei das zweite Sonnenrad 15 mit den zwei oder mehr als zwei Planetenrädern 12 kämmt. Die Planetenräder 12 sind somit Bestandteil beider Planetenstufen 7, 8, wobei ein erster Abschnitt 12‘ der Planetenräder 12 der ersten Planetenstufe 7 zugeordnet ist, und ein zweiter Abschnitt 12“ der Planetenräder 12 der zweiten Planetenstufe zugeordnet ist. Die Planetenräder 12, genauer gesagt deren Abschnitte 12°, 12“, können ein- oder mehrteilig und mit einer einheitlichen, vorzugsweise schrägverzahnten, Verzahnung ausgeführt sein. Eine Schrägverzahnung wählt man zum Beispiel, um das Schwingungs- und Geräuschniveau in den Planetenstufen zu reduzieren. Eine geradeverzahnte Verzahnung der Planetenstufen ist jedoch grundsätzlich auch möglich. Um in der Getriebeauslegung den Drehzahlbereich des Antriebssystems besser anpassen zu können, können die Planetenräder 12 auch zwei Abschnitte 12‘, 12“ mit unterschiedlichen Durchmessern (sogenannte Stufenplaneten) aufweisen. Die beiden Abschnitte 12‘, 12“ können unmittelbar aneinander anliegend, gegebenenfalls einteilig, ausgeführt oder voneinander getrennt bzw. beabstandet sein. Um die resultierenden Axialkräfte zu minimieren oder zu eliminieren, können die beiden Verzahnungsabschnitte bei Bedarf auch mit verschiedenen Schrägungswinkeln ausgeführt sein.

[0041] Um die Ausgangsdrehzahl der Abtriebswelle 2 des Differenzialgetriebes bei konstanter Drehzahl der Antriebsmaschine 4 steuern zu können, wird das Differenzialgetriebe von einem, zwei oder mehr als zwei Differenzialantrieben 16 angetrieben. Die Vorteile von zwei oder mehre-

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ren Differenzialantrieben 16 sind eine jeweils kürzere Baulänge und eine entsprechende Redundanz. Der wenigstens eine Differenzialantrieb 16 ist mit dem Planetenträger 9 verbunden.

[0042] Im Beispiel gemäß Fig. 1 ist ein einziger Differenzialantrieb 16 dargestellt, der mittels einer zweiten Antriebswelle 10 mit dem Differenzialgetriebe verbunden ist. Der Differenzialantrieb 16 ist vorzugsweise eine Drehstrommaschine und insbesondere eine Asynchronmaschine oder eine Reluktanzmaschine oder eine permanentmagneterregte Synchronmaschine und ist mittels eines Frequenzumrichters und - sofern erforderlich — mittels eines Transformators mit dem Stromnetz verbunden. Mit dem Frequenzumrichter kann der Differenzialantrieb 16 drehzahlvariabel motorisch und generatorisch betrieben werden. Damit der Differenzialantrieb 16 über einen längeren Zeitraum mit niedriger Drehzahl oder einer Drehzahl von Null betrieben werden kann, ist dieser vorzugsweise entweder wassergekühlt und/oder mit einem Fremdlüfter ausgestattet.

[0043] Wesentlicher Vorteil dieses drehzahlvariablen Antriebskonzeptes ist, dass die Antriebsmaschine 4 direkt, das heißt ohne aufwändige Elektronik, an das Stromnetz angeschlossen werden kann. Der Ausgleich zwischen variabler Drehzahl der Arbeitsmaschine 1 und einer fixen Drehzahl der netzgebundenen Antriebsmaschine 4 wird durch den drehzahlvariablen und leistungsmäßig wesentlich kleineren Differenzialantrieb 16 realisiert.

[0044] Anstelle des Differenzialantriebes 16 kann auch ein hydrostatisches Stellgetriebe eingesetzt werden. Dabei wird der Differenzialantrieb 16 durch eine hydrostatische Pumpe/Motor-Kombination ersetzt, die mit einer Druckleitung verbunden ist, und bei der vorzugsweise sowohl die Pumpe als auch der Motor im Durchflussvolumen verstellbar sind. Damit ist, wie im Falle eines drehzahlvariablen, elektrischen Differenzialantriebes 16, die Ausgangsdrehzahl des Differenzialgetriebes regelbar.

[0045] Der Differenzialantrieb 16 kann entweder über eine Anpassungsgetriebe 18 oder als Hohlwellenmotor an den Planetenträger 9 gekoppelt sein.

[0046] Um den Drehzahlbereich des erfindungsgemäßen Differenzialgetriebes optimal anpassen Zu können, kann zwischen einem mit dem Planetenträger 9 verbundenen Planetenträgerzahnrad 17 und dem Differenzialantrieb 16 ein Anpassungsgetriebe 18 implementiert sein, wie dies In Fig. 1 dargestellt ist. Das Anpassungsgetriebe 18 weist in der dargestellten Ausführungsform ein mit dem Planetenträgerzahnrad 17 kämmendes Stirnrad 19, eine Verbindungswelle 21 und eine Stirnradstufe 22 auf. Anstelle der Stirnradstufe 22 bestehend aus Planetenträgerzahnrad 17 und Stirnrad 19 beziehungsweise der Stirnradstufe 22 kann auch eine Kegelradstufe eingesetzt werden. Sind mehrere Differenzialantriebe 16 vorgesehen, kann man das Anpassungsgetriebe 18 entsprechend anpassen. Beispielsweise kann für jeden Differenzialantrieb 16 aber auch ein wie vorstehend beschriebenes, separates Anpassungsgetriebe 18 vorhanden sein.

[0047] Alternativ zum in Fig. 1 gezeigten Anpassungsgetriebe 18 kann, falls überhaupt eines vorhanden ist oder sein muss, dieses beispielsweise auch mehr oder weniger Getriebestufen aufweisen oder als Zahnriemen oder Kettentrieb ausgeführt und/oder mit einer Planetenstufe oder - wie schon beschrieben - mit einer Kegelradstufe kombiniert werden. Mit einer entsprechenden Ausgestaltung der Verbindungswelle 21 kann man darüber hinaus den horizontalen Abstand zwischen dem Differenzialantrieb 16 und der Arbeitsmaschine 1 variieren. Vorzugsweise wird die Länge der Verbindungswelle 21 so gewählt, dass der Differenzialantrieb 16 nicht mit der Arbeitsmaschine 1 und mit den an die Arbeitsmaschine 1 angeschlossenen Rohrleitungen kollidiert. Der Differenzialantrieb 16 kann zum Beispiel antriebsseitig am Differenzialgetriebe 3 und auf dem gegenüberliegenden Ende auf einem Rahmen 24 stehen, wobei sich der Rahmen 24 beispielsweise am Fundament des Antriebssystems abstützt. In einer weiteren, alternativen Ausführungsform kann sich der Rahmen auch am Getriebegehäuse 3 abstützen. Die in Fig. 1 gezeigte Variante hat den Vorteil, dass dadurch der Differenzialantrieb 16 in den Bereich der Arbeitsmaschine 1 ragt und hier üblicherweise mehr Freiraum verfügbar ist als im Bereich der Antriebsmaschine 4.

[0048] Der Kern des Differenzialgetriebes besteht in dieser Ausführungsform somit aus zwei Planetenstufen 7, 8 mit zwei Antrieben und einem Abtrieb, wobei der Abtrieb mit der Abtriebswelle 2

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für die Arbeitsmaschine 1, ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine 4 und ein zweiter Antrieb mit dem Differenzialantrieb 16 verbunden ist.

[0049] Das Antriebssystem kann auf einfache Weise gestartet werden, indem man die Antriebsmaschine 4 bei einer Drehzahl von ungefähr Null mit dem Stromnetz verbindet. Dieser sogenannte Schnellstart verursacht jedoch eine hohe mechanische und thermische Belastung des Gesamtsystems. Die Belastung kann man verringern, indem man während des Startvorganges der Antriebsmaschine 4 das Differenzialsystem mit dem Differenzialantrieb 16 motorisch antreibt.

[0050] Um das Antriebssystem von einer Drehzahl gleich Null anzufahren und dabei den Anlaufstrom der Antriebsmaschine 4 möglichst gering zu halten, kann dieses mit einem Hilfsgetriebe 27 ausgestattet werden. Dabei ist vorzugsweise das Planetenträgerzahnrad 17 mittels eines mit dem Planetenträgerzahnrad 17 kämmenden Stirnrades 23, einer Verbindungswelle 29, einer Kupplung 25 und einer weiteren Getriebestufe 26 mit der ersten Antriebswelle 5 verbindbar. Die Kupplung 25 ist beispielsweise eine schaltbare Kupplung oder ein selbstschließender oder aktivierbarer Freilauf, wie er unter anderem aus der WO 2016/172742 A1 bekannt ist. Das gezeigte Hilfsgetriebe 27 zwischen erstem und zweitem Antrieb des Differenzialgetriebes kann alternativ auch zwischen zweitem Antrieb und dem Abtrieb oder zwischen erstem Antrieb und dem Abtrieb implementiert werden. Alternativ zur gezeigten Überlagerung 17, 23, 29, 25, 26 kann diese beispielsweise auch mehr oder weniger Getriebestufen aufweisen und/oder als Zahnriemen oder Kettentrieb ausgeführt und/oder mit einer Planetenstufe kombiniert werden.

[0051] Mit dem Hilfsgetriebe 27 kann bei geschlossener Kupplung 25 die zunächst nicht mit dem Stromnetz verbundene Antriebsmaschine 4 gemeinsam mit der Arbeitsmaschine 1 hochgefahren werden. Sobald die Antriebsmaschine 4 vorzugsweise ihre Synchrondrehzahl erreicht, wird sie mit dem Stromnetz verbunden und das Differenzialgetriebe 3 arbeitet in weiterer Folge im Differenzialmodus, indem mit der Kupplung 25 die Verbindung zwischen Getriebestufe 17, 23 und Getriebestufe 26 aktiv gelöst wird oder sich der Freilauf selbständig öffnet. Die Kupplung 25 kann auch im Notfall (z.B. bei Netzausfall) geschlossen werden oder schließt sich selbständig, um eine Überdrehzahl des Differenzialantriebes 16 zu verhindern.

[0052] Reicht bei z.B. einem kleinen Arbeits-Drehzahlbereich der Arbeitsmaschine 1 die erforderliche Leistung des Differenzialantriebes 16 nicht aus, um die Antriebsmaschine 4 gemeinsam mit der Arbeitsmaschine 1 bis zur Synchrondrehzahl der Antriebsmaschine 4 zu beschleunigen, kann die Antriebsmaschine 4 auch bei Drehzahlen, die geringer als die Synchronzahl der Antriebsmaschine 4 sind, mit dem Netz verbunden werden. Bei beispielsweise einer Drehzahl von vorzugsweise etwa 70% oder 80% der Synchrondrehzahl erfährt die Antriebsmaschine 4 beim Zuschalten an das Stromnetz eine bereits wesentlich geringere Stoßbelastung und thermische Belastung als bei einer Zuschaltung bei Drehzahlen nahe Null.

[0053] Die Fig. 2A und 2B zeigen Schnitte durch die beiden Planetenstufen 7, 8 von Fig. 1. Die äußere Welle 13 ist dabei nicht, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, nur radial außerhalb der inneren Welle 14 angeordnet, sondern auch in Umfangsrichtung versetzt. Im Schnitt IIA-IIA in Fig. 2A ist die erste Planetenstufe 7 mit beispielsweise drei Planetenrädern 11a, 11b, 11c und 12°a, 12'b, 12‘c des ersten Abschnittes 12‘ sowie dem ersten Sonnenrad 6 dargestellt. Der Schnitt IIBIIB in Fig. 2B zeigt die dazugehörige zweite Planetenstufe 8 mit den drei Planetenrädern 12“a, 12“b, 12“c des zweiten Abschnittes 12“ und dem zweiten Sonnenrad 15.

[0054] Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Differenzialgetriebes. In dieser Ausführung ist der Differenzialantrieb 16, vorzugsweise mittels einer z.B. Drehmoment begrenzenden Kupplung, mit der zweiten Antriebswelle 10 des Differenzialgetriebes und in weiterer Folge über ein Anpassungsgetriebe 31 mit einer ersten Stirnradstufe 34, einer Verbindungswelle 35 und ein mit dem Planetenträgerzahnrad 17 kämmendes Stirnrad 36 mit dem Planetenträgerzahnrad 17 verbunden. Über ein Hilfsgetriebe 37, das die Verbindungswelle 35 und eine Getriebestufe 26 mit einer Kupplung 25 aufweist, sind weiters einerseits der Differenzialantrieb 16 und andererseits der Planetenträger 9 mit der Abtriebswelle 2 verbindbar. Im Gegensatz zur Anordnung gemäß Fig. 1 ist der Differenzialantrieb 16 nun (in Achsrichtung betrachtet) wenigstens zum Teil zwischen dem Differenzialgetriebe und der Antriebsmaschine 4 positioniert. Das

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ND-Ende 28 („NDE“ = „non drive end“) weist bei der Ausführungsform von Fig. 3 zur Antriebsmaschine 4 hin, während es bei der Ausführungsform von Fig. 1 von der Antriebsmaschine 4 weg weist. Der Differenzialantrieb 16 steht bei der Ausführungsform von Fig. 3 zum Beispiel antriebsseitig auf dem Getriebegehäuse 3 und auf dessen gegenüberliegenden Ende auf einem Rahmen 33, der sich wiederum am Getriebegehäuse 3 abstützt. Der Rahmen 33 kann aber auch derart gestaltet werden, dass er sich analog zur Fig. 1 ebenfalls am Fundament abstützt. Der Planetenträger 32 ist in dieser Ausführungsform beidseitig im Getriebegehäuse 3 gelagert. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist in dieser Konfiguration die erste Planetenstufe 7 auf der Seite der Arbeitsmaschine 1 und die zweite Planetenstufe 8 auf der Seite der Antriebsmaschine 4 angeordnet.

[0055] Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Differenzialgetriebes. In dieser Ausführung ist beispielsweise der in Fig. 1 dargestellte Rahmen 24 des Differenzialantriebes 16 teilbar ausgeführt. Beispielsweise ist der Rahmen in drei Teilen 24a, 24b, 24c ausgeführt, wobei ein Querträger 24a mit einer der beiden oder mit beiden der Stützen 24b und 24c verschraubbar ausgeführt ist, um die Stütze 24b und/oder die Stütze 24c für z.B. Montage- bzw. Wartungsarbeiten demontieren zu können. Sinngemäß kann diese Lösung auch für einen Rahmen, der sich am Getriebegehäuse 3 abstützt, wie der Rahmen 33 gemäß Fig. 3, angewendet werden.

[0056] Als Arbeitsmaschine 1 ist in den Fig. 1 und 3 beispielhaft eine Pumpe dargestellt. Die hier beschriebenen Prinzipien sind jedoch auch bei Antrieben für andere Arbeitsmaschinen, z.B. Kompressoren, Ventilatoren und Förderbänder, Mühlen, Brecher, etc. oder Energiegewinnungsanlagen und dergleichen anwendbar.

BEZUGSZEICHENLISTE:

1 Arbeitsmaschine

2 Abtriebswelle

3 Getriebegehäuse

4 Antriebsmaschine

5 erste Antriebswelle

6 erstes Sonnenrad

7 erste Planetenstufe

8 zweite Planetenstufe

9 Planetenträger

10 zweite Antriebswelle

11, 11a, 11b, 11€e innere Planetenräder

12 äußere Planetenräder

12’a, 12°b, 12°C erste Abschnitte der äußeren Planetenräder 12a, 12°b, 12°C zweite Abschnitte der äußeren Planetenräder 13 äußere Welle

14 innere Welle

15 zweites Sonnenrad

16 Differenzialantrieb

8 N 8

17 Planetenträgerzahnrad 18 Anpassungsgetriebe 19 Stirnrad

20 --

21 Verbindungswelle 22 Stirnradstufe

23 Stirnrad

24 Rahmen

24a, 24b, 24c Teile des Rahmens 24 25 Kupplung

26 Getriebestufe

27 Hilfsgetriebe

28 XND-Ende

29 Verbindungswelle 30 --

31 _ Anpassungsgetriebe 32 Planetenträger

33 Rahmen

34 Stirnradstufe

35 Verbindungswelle 36 Stirnrad

37 Hilfsgetriebe

Claims (19)

x ‚Hex AT 18 584 U2 2025-11-15 Ss N Ansprüche

1. Triebstrang mit einem Differenzialgetriebe mit zwei Antrieben und einem Abtrieb,

wobei der Abtrieb eine Abtriebswelle (2) aufweist, die mit einer Arbeitsmaschine (1) verbindbar ist, wobei der erste Antrieb eine erste Antriebswelle (5) aufweist, die mit einer Antriebsmaschine (4) verbindbar ist, wobei der zweite Antrieb eine zweite Antriebswelle (10) aufweist, die mit einem Differenzialantrieb (16) verbindbar ist,

wobei das Differenzialgetriebe zwei Planetenstufen (7, 8) aufweist, deren Planetenräder (11, 12) in einem gemeinsamen Planetenträger (9, 32) gelagert sind,

wobei die erste Antriebswelle (5) mit einem ersten Sonnenrad (6) der ersten Planetenstufe (7) und die Abtriebswelle (2) mit einem zweiten Sonnenrad (15) der zweiten Planetenstufe (8) verbunden ist, und

wobei die zweite Antriebswelle (10) mit dem Planetenträger (9, 32) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Planetenstufe (7) innere Planetenräder (11) und erste Abschnitte (12°) äußerer Planetenräder (12) aufweist,

dass die inneren Planetenräder (11) und die äußeren Planetenräder (12) am Planetenträger (9, 32) gelagert sind,

dass zweite Abschnitte (12‘“) der äußeren Planetenräder (12) mit den ersten Abschnitten (12‘) der Planetenräder (12) der ersten Planetenstufe (7) drehfest verbunden sind,

und dass die inneren Planetenräder (11) mit den ersten Abschnitten (12°) der äußeren Planetenräder (12) der ersten Planetenstufe (7) und mit dem ersten Sonnenrad (6) in Eingriff sind.

2. Triebstrang nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Stufenplaneten, die die zweiten Abschnitte (12“) der Planetenräder (12) der zweiten Planetenstufe (8) und die ersten Abschnitte (12‘) der äußeren Planetenräder (12) der ersten Planetenstufe (7) aufweisen.

3. Triebstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenstufen (7, 8) schrägverzahnt sind.

4. Triebstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägverzahnung der zweiten Abschnitte (12“) der Planetenräder (12) der zweiten Planetenstufe (8) und die ersten Abschnitte (12°) der äußeren Planetenräder (12) der ersten Planetenstufe (7) eine Verzahnung mit unterschiedlichen Schrägungswinkeln aufweisen.

5. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebswelle (10) über ein Anpassungsgetriebe (18, 31) mit wenigstens einer Stirnradstufe (22, 34) mit dem Planetenträger (9, 32) verbunden ist.

6. Triebstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsgetriebe (18, 31) die Stirnradstufe (22, 34), ein mit einem Planetenträgerzahnrad (17, 32) kämmendes Stirnrad (19, 36) und eine Verbindungswelle (21, 35) zwischen der Stirnradstufe (22, 34) und dem Stirnrad (19, 36) aufweist.

7. Triebstrang nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr als zwei Anpassungsgetriebe (18, 31) vorhanden sind, über die zwei oder mehr als zwei Differenzialantriebe (16) mit dem Differenzialgetriebe verbindbar sind.

8. Triebstrang nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr als zwei Differenzialantriebe (16) mit dem Anpassungsgetriebe (18, 31) verbindbar sind.

9. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (9, 32) auf der Seite der ersten Antriebswelle (5) auf dieser ersten Antriebswelle (5) gelagert ist.

10. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (9, 32) auf der Seite der Abtriebswelle (2) in einem Getriebegehäuse (3) gelagert ist.

11. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das NDEnde (28) des Differenzialantriebes (16) zur Arbeitsmaschine (1) weist.

12. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine (4) eine mit konstanter Drehzahl laufende elektrische Maschine ist.

13. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (16) eine drehzahlvariabel betreibbare elektrische Maschine ist.

14. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (16) mit einer Wasserkühlung und/oder einem Fremdlüfter ausgestattet ist.

15. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Planetenräder (11) auf inneren Wellen (14) und/oder die Planetenräder (12) der zweiten Planetenstufe (8) und die äußeren Planetenräder (12) der ersten Planetenstufe (7) auf äußeren Wellen (13) drehbar gelagert sind, oder dass die inneren Wellen (14) und/oder die äußeren Wellen (13) im Planetenträger (9, 32) drehbar gelagert sind.

16. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Antriebswelle (5) und der zweiten Antriebswelle (10) oder zwischen der zweiten Antriebswelle (10) und der Abtriebswelle (2) oder zwischen der ersten Antriebswelle (5) und der Abtriebswelle (2) ein Hilfsgetriebe (27, 37) angeordnet ist.

17. Triebstrang nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Hilfsgetriebe (27, 37) eine Kupplung (25), die aktiv schaltbar oder ein Freilauf ist, angeordnet ist.

18. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (9, 32) auf einer Seite auf der Abtriebswelle (2) gelagert ist.

19. Triebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (24) in wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Teile (24a, 24b, 24c) teilbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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