AT512059A1 - DEVICE FOR AN INTERRUPTIONALLY FREE MECHANICAL DRIVE, IN PARTICULAR A PUMP - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung für einen unterbrechungsfreien mechanischen Antrieb insbesondere einer Pumpe, mit einer Abtriebswelle (1) für den mechanischen Antrieb, mit einem Verbrennungsmotor (2) und mit einer mit der Abtriebswelle (1) verbundenen elektrischen Maschine (3) gezeigt. Um vorteilhafte Eigenschaften beim Abtrieb zu erlangen, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung bekanntermaßen eine Kupplung (4) zum wahlweisen Verbinden des Verbrennungsmotors (2) mit der Abtriebsweile(1) zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und der elektrischen Maschine (3) aufweist und dass zwischen Kupplung (4) und Abtriebswelle (1) ein Schwungrad (10) vorgesehen ist, das auf der mit der elektrischen Maschine (3) gemeinsamen Antriebswelle (8) gelagert ist.The invention relates to a device for an uninterruptible mechanical drive, in particular a pump, with an output shaft (1) for the mechanical drive, with an internal combustion engine (2) and with an electric machine (3) connected to the output shaft (1). In order to obtain advantageous properties in the output, it is proposed that the device is known to have a coupling (4) for selectively connecting the internal combustion engine (2) with the output shaft (1) between the internal combustion engine (2) and the electric machine (3) and that between the clutch (4) and the output shaft (1) a flywheel (10) is provided, which is mounted on the with the electric machine (3) common drive shaft (8).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen unterbrechungsfreien mechanischen Antrieb, insbesondere einer Pumpe, mit einer Abtriebswelle für den mechanischen Antrieb, mit einem Verbrennungsmotor und mit einer mit der Abtriebswelle verbundenen elektrischen Maschine.The invention relates to a device for an uninterruptible mechanical drive, in particular a pump, with an output shaft for the mechanical drive, with an internal combustion engine and with an electric machine connected to the output shaft.
Um Pumpen frei von ungewollten Unterbrechungen mit Hilfe eines Elektromotors antreiben zu können, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, diesen Pumpen ein Notstromaggregat zur Seite zu stellen, mit dem bei Ausfall der externen Energieversorgung die Elektromotoren der Pumpen anhand der Energieversorgung des Notstromaggregats weiter betrieben werden können. Nachteilig bei derartigen Vorrichtungen ist unter anderem der konstruktive Aufwand hierfür, weil wenigstens zwei Elektromotoren - einer der Pumpe und einer dem Notstromaggregat zugeordnet -vorzusehen sind. Dies ist insbesondere bei Pumpenantrieben mit erhöhter Leistungsaufnahme vergleichsweise kostenintensiv. Hinzu kommt, dass mit den bekannten Vorrichtungen erhebliche Schwankungen in der Pumpendrehzahl nicht ausgeschlossen werden können, beispielsweise weil eine Nennleistung des elektrisch angeschlossenen Notstromaggregats nicht unmittelbar bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung zur Verfügung stehen kann.In order to drive pumps free of unwanted interruptions by means of an electric motor, it is known from the prior art to provide these pumps an emergency generator to the side in case of failure of the external power supply, the electric motors of the pump continue to operate based on the power supply of the emergency generator can be. A disadvantage of such devices is, among other things, the design effort for this, because at least two electric motors - one of the pump and one of the emergency generator assigned -vorsehen. This is comparatively expensive especially for pump drives with increased power consumption. In addition, with the known devices significant fluctuations in the pump speed can not be excluded, for example, because a rated power of the electrically connected emergency generator can not be directly available in case of failure of the electrical energy supply.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik eine Vorrichtung zu schaffen, bei der im Falle eines Ausfalls der externen Energieversorgung ein unterbrechungsfreier Abtrieb gewährleistet werden kann. Zudem sollen der konstruktive Aufwand der Vorrichtung vergleichsweise gering und die Herstellungskosten niedrig sein.The invention is therefore based on the object, starting from the above-described prior art to provide a device in which in case of failure of the external power supply an uninterrupted output can be guaranteed. In addition, the design complexity of the device should be comparatively low and the production costs low.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Vorrichtung eine Kupplung zum wahlweisen Verbinden des Verbrennungsmotors mit der Abtriebswelle zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine aufweist und dass zwischen Kupplung und Abtriebswelle ein Schwungrad vorgesehen ist, das auf der mit der elektrischen Maschine gemeinsamen Antriebswelle gelagert ist.The invention solves this problem by the fact that the device has a clutch for selectively connecting the internal combustion engine with the output shaft between the engine and the electric machine and that between the clutch and the output shaft, a flywheel is provided which is mounted on the drive shaft common to the electric machine is.
Weist die Vorrichtung eine Kupplung zum wahlweisen Verbinden des Verbrennungsmotors mit der Abtriebswelle zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine auf, dann kann bekanntermaßen eine Integration des Notstromaggregats mit der Antriebsseite der Vorrichtung geschaffen werden, womit sich der konstruktive Aufwand verringern kann. Wird dann auch zwischen Kupplung und Abtriebswelle ein Schwungrad vorgesehen, kann im Gegensatz zum Stand der Technik selbst bei Ausfall der externen Energieversorgung ein unterbrechungsfreier Abtrieb gewährleistet werden, weil bis zur Übernahme des Antriebs durch den Verbrennungsmotor diese elektrische Antriebsunterbrechung durch die Trägheit des Schwungrads ausgleichbar ist. Insbesondere können aber die sich durch den elektrischen Zusammenbruch ergebenden veränderten Antriebseigenschaften der elektrischen Maschine vom Abtrieb fern gehalten bzw. reduziert werden, indem das Schwungrad auf der mit der elektrischen Maschine gemeinsamen Antriebswelle gelagert ist. Das Schwungrad wirkt somit nicht nur gegenüber dem Abtrieb ausgleichend, sondern vergleichmäßigt auch die Antriebseigenschaften der elektrischen Maschine bei kollabierender Energieversorgung, so dass im Gegensatz zum Stand der Technik selbst bei Ausfall der Energieversorgung ein besonders gleichmäßiger Abtrieb ermöglicht werden kann. Außerdem kann durch die Anordnung des Schwungrads eine besonders kompakte und damit auch kostengünstige Vorrichtung geschaffen werden, weil das Schwungrad auf der elektrischen Maschine konstruktiv einfach aufgebaut werden kann. Ebenso kann sich dadurch auch eine erhöhte Standfestigkeit der elektrischen Maschine ergeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sich daher nicht nur durch seine Betriebssicherheit beim unterbrechungsfreien Abtrieb sondern auch durch seine vergleichsweise günstigen Kosten aus- zeichnen, was sich unter anderem auch durch einen gegenüber Lösungen mit Notstromaggregaten verminderten Wartungsaufwand ergeben kann.If the device has a clutch for selectively connecting the internal combustion engine to the output shaft between the internal combustion engine and the electric machine, it is known that an integration of the emergency power generator with the drive side of the device can be achieved, which can reduce the design effort. If a flywheel is then also provided between the clutch and the output shaft, an interruption-free output can be ensured, in contrast to the prior art, even if the external power supply fails, because this electrical drive interruption can be compensated by the inertia of the flywheel until the drive is accepted by the internal combustion engine. In particular, however, the resulting due to the electrical breakdown changed drive characteristics of the electric machine can be kept away from the output or reduced by the flywheel is mounted on the drive shaft common to the electric machine. The flywheel thus not only compensates for the output, but also even out the drive properties of the electric machine with collapsing energy supply, so that, in contrast to the prior art, a particularly uniform output can be made possible even if the power supply fails. In addition, can be created by the arrangement of the flywheel, a particularly compact and therefore cost-effective device because the flywheel on the electric machine can be structurally simple. Likewise, this can also result in increased stability of the electrical machine. The device according to the invention can therefore be distinguished not only by its operational reliability in uninterrupted power take-off but also by its comparatively favorable costs, which can result, inter alia, from a reduced maintenance compared to solutions with emergency power generators.
Nimmt eine gemeinsame Lagerstelle der Antriebswelle Lagerkräfte einerseits vom Schwungrad und andererseits vom Rotor der elektrischen Maschine auf, dann kann ein auf einer elektrischen Maschine aufgebautes Schwungrad für erhebliche bauliche Kompaktheit an der Vorrichtung sorgen. Zudem kann aufgrund dieser gemeinsamen Lagerstelle die Wartungsfreundlichkeit der elektrischen Maschine noch weiter erhöht werden.Assuming a common bearing of the drive shaft bearing forces on the one hand from the flywheel and on the other hand from the rotor of the electric machine, then built on an electric machine flywheel can provide considerable structural compactness of the device. In addition, due to this common storage the ease of maintenance of the electric machine can be further increased.
Einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich, wenn das Schwungrad im Bereich wenigstens eines der Wellenlager der elektrischen Maschine angeordnet ist, weil so auf eine eigene Lagerung des Schwungrads verzichtet werden kann.Simple construction conditions arise when the flywheel is arranged in the region of at least one of the shaft bearings of the electrical machine, because it can be dispensed with own storage of the flywheel.
Dient beim Antreiben der Abtriebswelle mit dem Verbrennungsmotor die elektrische Maschine als Generator zur Leistungsabgabe für eine unterbrechungsfreie elektrische Versorgung, kann der konstruktive Aufwand der Vorrichtung vermindert werden, weil beispielsweise auf zusätzliche Energiespeicher zur Versorgung zumindest der elektrischen Steuerung der Vorrichtung verzichtet werden kann. Außerdem kann so die Vorrichtung auch als Stromerzeuger für andere elektrische Verbraucher herangezogen werden, so dass die Vorrichtung für einen unterbrechungsfreien mechanischen Antrieb und gleichzeitig auch für eine unterbrechungsfreie elektrische Stromversorgung herangezogen werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sich daher insbesondere durch ihre vielseitige Anwendbarkeit gegenüber bekannten Vorrichtungen abheben.Serves when driving the output shaft with the engine, the electric machine as a generator for power output for an uninterruptible power supply, the design complexity of the device can be reduced because, for example, can be dispensed with additional energy storage to supply at least the electrical control of the device. In addition, the device can also be used as a power generator for other electrical consumers, so that the device can be used for an uninterruptible mechanical drive and at the same time for an uninterruptible electrical power supply. The device according to the invention can therefore be distinguished, in particular, by its versatile applicability over known devices.
Eine einfache elektrische Anschlussmöglichkeit an ein elektrisches Versorgungsnetz kann sich ergeben, wenn die elektrische Maschine als Synchronmaschine ausgeführt ist.A simple electrical connection to an electrical supply network may result if the electric machine is designed as a synchronous machine.
Der konstruktive Aufwand der Vorrichtung wird noch weiter verringert, wenn zur Bildung eines Partikelabscheiders die Kühlluft der elektrischen Maschine zumindest teilweise vom Gehäuse des Schwungrads angesaugt wird. Das Gehäuse des Schwungrads wirkt somit im Zusammenhang mit dem rotierenden Schwungrad in der Art eines Abscheiders, beispielsweise für Festteile, die als Verunreinigungen der Kühlluft auftreten können, so dass eine eventuelle Verschmutzung der elektrischen Maschine vermindert werden kann.The design complexity of the device is further reduced if the cooling air of the electric machine is at least partially sucked from the housing of the flywheel to form a Partikelabscheiders. The housing of the flywheel thus acts in connection with the rotating flywheel in the manner of a separator, for example, for solid parts that may occur as contaminants of the cooling air, so that a possible contamination of the electric machine can be reduced.
Ist die Abtriebswelle als elastische Gelenkswelle ausgebildet, kann ein eventuelles Einschwingverhalten selbst bei einem abrupten Ausfalls der externen Energieversorgung vom Abtrieb fern gehalten werden. Eine Gefahr einer eventuellen Beschädigung der mit der Abtriebswelle mechanisch verbundenen Abnehmer kann so verringert werden. Hierfür kann sich für vereinfache Anschlussmöglichen eine elastische Kardanwelle besonders auszeichnen.If the output shaft is designed as an elastic joint shaft, a possible transient response can be kept away from the output even in the event of an abrupt failure of the external energy supply. A risk of possible damage to the output shaft mechanically connected to customers can be reduced. For this purpose, an elastic cardan shaft can be particularly distinguished for ease of connection.
In der Figur ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch und teilweise aufgerissen dargestellt.In the figure, the subject invention is shown schematically, for example, based on an embodiment and partially torn.
Es wird beispielsweise eine Vorrichtung zum unterbrechungsfreien mechanischen Abtrieb gezeigt, die eine Abtriebsweile 1 und einen Verbrennungsmotor 2 sowie eine elektrische Maschine 3 aufweist. Die elektrische Maschine 3 kann als Motor oder Generator betrieben werden. Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und der elektrischen Maschine 3 ist eine elektromagnetische Kupplung 4 vorgesehen. Der Verbrennungsmotor 2 schließt mit seiner Motorwelle 5 an die Kupplungsscheibe 6 der elektromagnetischen Kupplung 4 an, wobei die andere Kupplungsscheibe 7 mit der Antriebswelle 8 der elektrischen Maschine 3 verbunden ist, so dass je nach Betriebsmodus anhand der elektrischen Steuerung 9 der Verbrennungsmotor 2 mit seiner Motorwelle 5 über die Antriebswelle 8 der elektrischen Maschine 3 mit der Abtriebswelle 1 mechanisch verbunden werden kann. 9 t · 1 * .·ζ i * • #w % mFor example, a device for uninterrupted mechanical output is shown which has a drive output 1 and an internal combustion engine 2 as well as an electric machine 3. The electric machine 3 can be operated as a motor or generator. Between the engine 2 and the electric machine 3, an electromagnetic clutch 4 is provided. The internal combustion engine 2 connects with its motor shaft 5 to the clutch disc 6 of the electromagnetic clutch 4, wherein the other clutch disc 7 is connected to the drive shaft 8 of the electric machine 3, so that depending on the operating mode based on the electric control 9 of the engine 2 with its motor shaft 5 can be mechanically connected to the output shaft 1 via the drive shaft 8 of the electric machine 3. 9 t · 1 *. · Ζ i * • #w% m
Zur Steuerung des Betriebsmodus ist die Steuerung 9 mit der elektrischen Maschine 3, der Kupplung 4 und dem Verbrennungsmotor 2 verbunden. Zwischen Kupplung 4 und Abtriebswelle 1 ist erfindungsgemäß ein Schwungrad 10 vorgesehen, das auf der Antriebswelle 8 der elektrischen Maschine 3 gelagert ist. Damit kann bei einem Ausfall der externen Energieversorgung für die elektrischen Anschlüsse 11 der Vorrichtung, insbesondere der elektrischen Maschine 3, das Schwungrad 10 als mechanischer Ausgleich von Drehzahländerungen genutzt werden, um so für einen unterbrechungsfreien Antrieb der Abtriebswelle 1 sorgen zu können, was sowohl beim Antrieb der Abtriebswelle 1 durch die elektrische Maschine 3, als auch beim Antrieb der Abtriebswelle 1 durch den Verbrennungsmotor 2 von Vorteil sein kann.To control the operating mode, the controller 9 is connected to the electric machine 3, the clutch 4 and the internal combustion engine 2. Between clutch 4 and output shaft 1, a flywheel 10 is provided according to the invention, which is mounted on the drive shaft 8 of the electric machine 3. Thus, in case of failure of the external power supply for the electrical connections 11 of the device, in particular the electric machine 3, the flywheel 10 can be used as a mechanical compensation of speed changes, so as to provide an uninterruptible drive the output shaft 1 can, which is both the drive the output shaft 1 by the electric machine 3, as well as the drive of the output shaft 1 by the engine 2 may be beneficial.
Das Schwungrad 10 ist im Bereich des Wellenlagers 12 der elektrischen Maschine 3 angeordnet, so dass einfache Konstruktionsverhältnisse entstehen. Denn an dieser Stelle kann sich eine gemeinsame Lagerstelle 18 zur Aufnahme der Lagerkräfte von Schwungrad 10 und dem lediglich andeutungsweise dargestellten Rotor 19 der elektrischen Maschine 3 ausbilden. Es kann sich so ein auf der elektrischen Maschine 3 aufgebautes Schwungrad 10 ergeben, was zu einer kompakten Baueinheit führt.The flywheel 10 is arranged in the region of the shaft bearing 12 of the electric machine 3, so that simple construction conditions arise. Because at this point can form a common bearing 18 for receiving the bearing forces of flywheel 10 and the only hinted rotor 19 of the electric machine 3. It may thus result in a constructed on the electric machine 3 flywheel 10, resulting in a compact unit.
An das weitere Weilenlager 13 der elektrischen Maschine 3 schließt die elektromagnetische Kupplung 4 an. Die Abtriebswelle 1 ist als elastische Gelenkswelle ausgebildet, um die zwischen den Betriebsmodi der elektrischen Maschine 3 (Motor- bzw. Generatorbetrieb) eventuell auftretenden mechanischen Schwingungen zu dämpfen, was jedoch nicht näher dargestellt worden ist.To the other parts bearing 13 of the electric machine 3, the electromagnetic clutch 4 connects. The output shaft 1 is designed as an elastic joint shaft in order to dampen the possibly occurring between the operating modes of the electric machine 3 (motor or generator operation) mechanical vibrations, which has not been shown in detail.
Im Falle des Antreibens der Abtriebswelle 1 mit dem Verbrennungsmotor 2 wird die elektrische Maschine 3 als Generator, insbesondere als Synchrongenerator, betrieben, sodass anhand dessen Leistungserzeugung zumindest die elektrische Steuerung 9 der Vorrichtung mit elektrischer Leistung versorgt werden kann. Außerdem kann damit die Vorrichtung neben einem unterbrechungsfreien mechanischen Abtrieb eine unterbrechungsfreie elektrische Leistungsversorgung sicherstellten. • » I · · Μ · · · · | < « »fi * · » · * · ♦*· • · f “IV Ί · I * ·In the case of driving the output shaft 1 with the internal combustion engine 2, the electric machine 3 is operated as a generator, in particular as a synchronous generator, so that at least the electrical control 9 of the device can be supplied with electrical power based on its power generation. In addition, so that the device next to an uninterrupted mechanical output ensured an uninterruptible power supply. • »I · · · · · · · · | ≪ «» Fi * · »· * · ♦ * · • · f" IV Ί · I * ·
Die von der elektrischen Maschine 3 angesaugte Kühlluft wird durch das Gehäuse 14 des Schwungrads 10 geführt. Damit kann die Kühlluft von Verunreinigungen gesäubert werden, die in weiterer Folge über nicht näher dargestellte Öffnungen im Gehäuse 14 ausgetragen werden können. Ein zusätzlicher Filter 15 sorgt für die weitere Reinigung der angesaugten Kühlluft, so dass die Vorrichtung unabhängig vom Aufstellungsort betrieben werden kann. Zudem ist ein weiterer Filter 16 vorgesehen, um die zur Kühlung der Kupplung 4 benötigte Kühlluft aus der elektrischen Maschine 3 gereinigt weiterführen zu können. Außerdem ist nach der Kupplung 4 ein Wellenlager 17 für die Motorwelle 5 vorgesehen.The sucked by the electric machine 3 cooling air is passed through the housing 14 of the flywheel 10. Thus, the cooling air can be cleaned of impurities, which can be discharged subsequently through openings, not shown in the housing 14. An additional filter 15 ensures the further purification of the intake cooling air, so that the device can be operated independently of the site. In addition, a further filter 16 is provided in order to be able to continue cleaning the cooling air required for cooling the clutch 4 from the electric machine 3. In addition, a shaft bearing 17 is provided for the motor shaft 5 after the clutch 4.
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