-
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung
zur Verstellung eines Betätigungselements
für ein
Ventil, eine Drossel, eine Ausbruchsventilanordnung (Blowout-Preventer,
BOP) oder dergleichen, insbesondere im Bereich der Gas- oder Erdölförderung,
wobei das Betätigungselement über einen
Antriebsstrang mit zumindest einem Antriebsmotor antriebsverbunden
ist und im Antriebsstrang zur Umwandlung einer Drehbewegung des
Antriebsmotors in eine Drehbewegung des Betätigungselements wenigstens
eine Übersetzungsänderungseinheit und/oder
zur Umwandlung der Drehbewegung des Antriebsmotors in eine Linearbewegung
des Betätigungselements
ein Dreh- /Linearbewegungswandler angeordnet
ist.
-
Eine solche Antriebsvorrichtung ist
beispielsweise in der aus der
DE
200 18 561 bekannt. Die Antriebsvorrichtung dient zur Verstellung
eines Absperrelements als Betätigungselement
in einer Ausbruchsventilanordnung (Blowout-Preventer, BOP). Im Antriebsstrang
zur linearen Verstellung des Betätigungselements
ist beispielsweise ein Schneckengetriebe als Übersetzungsänderungseinheit angeordnet.
Eine von einem elektrischen Antriebsmotor erzeugte Drehbewegung
wird durch ein Schneckenrad in den Antriebsstrang eingeleitet und
durch einen Kugelgewindetrieb als Dreh- /Linearbewegungswandler in eine Linearbewegung
des Betätigungselements
umgesetzt.
-
In der Regel sind zur Verstellung
des Betätigungselements
große
Kräfte
erforderlich, so dass eine Vielzahl von Antriebsmotoren mit gegebenenfalls
entsprechend großen
Abmessungen zum Aufbringen der entsprechenden Leistungen eingesetzt werden.
Dadurch wird die Antriebsvorrichtung relativ großvolumig und insbesondere bei
Einsätzen
in der Gas- oder Erdölförderung
schwer handzuhaben. Dabei ist zu beachten, dass die entsprechenden
Antriebsvorrichtungen gegebenenfalls unterhalb des Meeresspiegels
oder auch auf dem Meeresboden durch ferngesteuerte Fahrzeuge oder
auch manuell ausgetauscht oder gewartet werden müssen, so dass bei großvolumigen
Antriebsvorrichtungen dies zeit- und kostenaufwendig ist. Weiterhin
ist zu beachten, dass bei den in der Regel großen Antriebsmotoren die Wärmeentwicklung
zu beachten ist, die selbst bei Anordnung unter Wasser zum Teil
separate Kühleinrichtungen
für die
Antriebsvorrichtungen erforderlich macht.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, dass diese auch bei hoher möglicher Leistung sehr kompakt
aufgebaut ist und gleichzeitig eine gute Wärmeverteilung innerhalb der
Antriebsvorrichtung erfolgt, so dass separate Kühleinrichtungen zum Ableiten
der erzeugten Verlustwärme
unnötig
sind.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch
aus, dass eine Mehrzahl von kleineren Antriebsmotoren einsetzbar
sind, die zwar die erforderliche Leistung erzeugen, aber durch ihre
verteilte Anordnung einerseits einen kompakten Aufbau der Antriebsvorrichtung
erlauben und andererseits eine gute Wärmeverteilung ermöglichen.
Durch diese Wärmeverteilung
sind keine separaten Kühlmaßnahmen
für die
Antriebsvorrichtung notwendig, so dass allein durch Abgabe von Wärme an die
Umgebung eine ausreichende Kühlung
erfolgt.
-
Um die Mehrzahl der Antriebsmotoren
mit dem Antriebsstrang entsprechend zu verbinden, ist wenigstens
eine im wesentlichen scheiben- oder radförmige Drehbewegungseinleiteinrichtung
vorgesehen, welche mit zumindest zwei von separaten Antriebsmotoren
gedrehten Antriebswellen antriebsverbunden ist.
-
Das heißt, statt eines großen und
leistungsstarken Motors, der eine scheiben- oder radförmige Drehbewegungseinleiteinrichtung
antreibt, wird diese über
zwei Antriebswellen und durch zwei oder mehr Antriebsmotoren mit
entsprechend geringerer Leistung und ebenfalls geringerer Wärme erzeugender Verlustleistung
angetrieben.
-
Die Antriebsmotore können dabei
relativ zur Drehbewegungseinleiteinrichtung so angeordnet sein,
dass die Antriebsvorrichtung insgesamt kompakt aufgebaut ist. Durch
die erfindungsgemäß kleineren
Antriebsmotoren können
auch in der Antriebsvorrichtung vorhandene Freiräume, die bisher durch die größeren und
leistungsstarken Antriebsmotoren nicht nutzbar waren, benutzt werden.
Dadurch sind gegebenenfalls bauliche Änderungen der Antriebsvorrichtungen
nicht notwendig, wobei zu beachten ist, dass diese Antriebsvorrichtungen
mit ihrem entsprechenden Gehäuse
in die zu betätigenden
Einrichtungen eingesetzt und mit diesen verbunden werden müssen. Bei
entsprechender kompakter Gestaltung der Antriebsvorrichtung können diese
daher leichter an entsprechenden Stellen der zu betätigenden
Einrichtung angebracht, eingesetzt und dort befestigt werden. Da
gerade im Bereich der Gas- oder Ölförderung
verschiedene Einrichtungen, wie Ventil, Drossel, Ausbruchsventilanordnungen
oder dergleichen stapelweise übereinander
oder nebeneinander angeordnet werden, wird durch diese kompakten
Antriebsvorrichtungen die Zugänglichkeit
zu den verschiedenen zu betätigenden
Einrichtungen sowie auch die Montage der Antriebsvorrichtung erleichtert.
-
Bei einem einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel
kann die Drehbewegungsleiteinrichtung einer Außenverzahnung aufweisen, welche
an in Umfangsrichtung der Einrichtung beabstandeten Stellen mit
den Antriebswellen verbunden ist. Je nach zur Verfügung stehenden
Platz in der Antriebsvorrichtung bzw. im zugehörigen Gehäuse können die Abtriebswellen z.B.
gegenüberliegend,
d.h. um 180° beabstandet,
aber auch unter anderem Winkel wie beispielsweise 90° voneinander
beabstandet, angeordnet sein. Bei drei, vier oder mehr Abtriebswellen kann
der entsprechende Abstandswinkel 120°, 90° usw. betragen.
-
Es ist ebenfalls möglich, dass
statt einer Verbindung von beispielsweise vier Antriebswellen mit einer
Drehbewegungsleiteinrichtung jeweils zwei Antriebswellen mit zwei
voneinander beabstandeten Drehbewegungseinleiteinrichtungen in Verbindung sind.
Auf diese Weise wird an unterschiedlichen Stellen des Antriebsstrangs
Drehbewegung über
jeweils zwei Antriebswellen eingeleitet.
-
Eine einfache Möglichkeit zur Übertragung der
Drehbewegung der Antriebswellen auf die Drehbewegungseinleiteinrichtung
kann darin gesehen werden, wenn die Drehbewegungsleiteinrichtung
als Schneckenrad ausgebildet und auf jeder Antriebswelle eine Schnecke
angeordnet ist. Je nach Ausbildung der entsprechenden Verzahnung
sind Kombinationen von Zylinderschnecke/Globoidrad, Globoidschnecke/Stirnrad
oder auch Globoidschnecke/Globoidrad möglich.
-
Um die entsprechenden Antriebswellen
in einfacher Weise zu lagern und anzutreiben, kann die Schnecke
im wesentlichen mittig auf einer beidseitig durch Motoren angetriebenen
Antriebswelle angeordnet sein.
-
Es besteht die Möglichkeit, dass die Schnecke
einteilig mit der Antriebswelle ausgebildet ist, indem ein bestimmter
Bereich der Antriebswelle als Schnecke geformt ist. Um allerdings
gegebenenfalls Variationen bezüglich
der Anordnung der Schnecke auf der Antriebswelle in einfacher Weise
zu realisieren, kann die Schnecke auf der Antriebswelle insbesondere
lösbar
aufgeschoben sein.
-
Es besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise
zwei Antriebsmotoren mit jeweils einer Antriebswelle so angeordnet
sind, dass zwischen einander zuweisenden Enden der Antriebswellen
die entsprechende Schnecke angeordnet und mit beiden Antriebswellen
verbunden ist. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Antriebswelle
einteilig ausgebildet ist und jedem ihrer Enden wenigstens einen
Motor; insbesondere Elektromotor, zugeordnet ist. Die Antriebswelle
kann dabei gleichzeitig die Motorwelle bilden, indem sie in die
entsprechenden Antriebsmotoren hineinragt.
-
Um einen schlanken Aufbau der Antriebsvorrichtung
zu ermöglichen,
kann die Antriebswelle senkrecht zur Längsrichtung des Betätigungselements
angeordnet sein. Entsprechend verläuft auch der Antriebsstrang
im wesentlichen in dieser Längsrichtung.
-
Um die Antriebseinrichtung bei ähnlich kompakten
Aufbau und einer Vielzahl von verwendeten Antriebsmotoren mit höherem Wirkungsgrad
auszubilden und gegebenenfalls sogar das Bauvolumen der Antriebseinrichtung
noch zu verkleinern, kann zur Bildung eines Doppelschraubgetriebes
die Drehbewegungseinleiteinrichtung als schrägverzahntes Stirnrad ausgebildet
und auf jeder Antriebswelle ein schrägverzahntes Antriebsrad angeordnet
sein. Durch dieses Doppelschraubgetriebe ergeben sich insbesondere
keine Axialkräfte
und im Gegensatz zu dem Schneckengetriebe ein linienhafter Kontakt
zwischen den entsprechenden Zähnen
von Stirnrad und Antriebsrad. Außerdem weist ein solches Doppelschraubgetriebe
eine hohe Lebensennrartung, hohe Zuverlässigkeit, geringe Abnutzung
und eine einfache Bauweise auf. Der Wirkungsgrad kann dabei durchaus
bis zu 85% betragen.
-
Auch bei Anordnung von mehreren Antriebswellen
mit entsprechend schrägverzahnten
Antriebsrädern
ist nur ein schrägverzahntes
Stirnrad notwendig, falls die entsprechenden Antriebsräder in Umfangsrichtung
des Stirnrades beabstandet zueinander angeordnet sind. Auch auf
diese Weise ist es möglich,
beispielsweise zwei, drei oder auch vier Antriebsräder bei
nur einem Stirnrad zu verwenden.
-
Um die Leistung der Antriebsvorrichtung
weiter zu erhöhen
oder auch eine Redundanz bezüglich der
Antriebsmotore zu erhalten, können
der Antriebswelle an ihren Enden wenigstens zwei Antriebsmotoren
zugeordnet sein. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass an Stelle einer
Anordnung von jeweils einem Antriebsmotor an einem Ende nur an einem Ende
der Antriebswelle wenigstens zwei Antriebsmotoren angeordnet sind.
Selbstverständlich
ist es auch möglich,
drei, vier oder mehr Antriebsmotore zu verwenden.
-
Um gegebenenfalls die von den Antriebsmotoren
erzeugte Drehzahl entsprechend zu untersetzen, kann zwischen Motor
und schrägverzahnten
Antriebsrad als Übersetzungsänderungseinrichtung eine
Untersetzungsgetriebeeinheit, insbesondere ein sogenannter Harmonic
Drive, angeordnet sein. Ein solcher Harmonic Drive besteht in der
Regel aus drei Teilen. Das erste Teil ist ein allgemein fixierter
Ring mit Innenverzahnung. Das zweite Teil ist eine flexible, becherförmige Hülse mit
Außenverzahnung,
die mit der Innenverzahnung des fixierten Rings in Eingriff ist.
Der Eingiff von Außenverzahnung
der Hülse
und Innenverzahnung des Rings erfolgt durch das dritte Bauteil,
den Wellengenerator, der gegenüberliegend Bereiche
der flexiblen Hülse
auslenkt, so daß im
Wesentlichen nur ein Eingriff der entsprechenden Zähne in diesen
ausgelenkten Bereichen erfolgt.
-
Insbesondere bei den Doppelschraubgetrieben
besteht die Möglichkeit,
die Antriebswelle parallel zur Längsrichtung
des Betätigungselements
anzuordnen.
-
Insbesondere bei nur an einem Ende
der Antriebswelle angeordneten Antriebsmotoren kann der Aufbau der
Antriebsvorrichtung weiterhin dadurch vereinfacht werden, wenn gegebenenfalls
die Antriebswelle schwimmend am anderen Ende gelagert ist.
-
Um die Verstellung des Betätigungselements über die
Antriebsvorrichtung festzustellen, kann beispielsweise der Drehbewegungseinleiteinrichtung ein
Positionssensor zugeordnet sein. Dieser erfaßt die entsprechende Drehstellung
der Einrichtung und über
den Drehwinkel ist dann eine Drehung oder auch lineare Verstellung
des Betätigungselements berechenbar.
Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, den
Positionssensor alternativ oder auch zusätzlich anderen Teilen der Antriebsvorrichtung
zuzuordnen, wie beispielsweise der Schnecke, dem schrägverzahnten
Antriebsrad, einem der Antriebsmotore oder dergleichen.
-
Sollte eine weitere Untersetzung
oder auch Übersetzung
der Drehzahl bei der Antriebsvorrichtung erwünscht sein, kann der Antriebsstrang
eine Drehspindel und/oder eine Kugelumlaufmutter und/oder eine weitere
Untersetzungsgetriebeeinheit anschließend an die Drehbewegungseinleiteinrichtung
aufweisen. Durch Kombination von Drehspindel und Kugelumlaufmutter
besteht beispielsweise die Möglichkeit,
in einfacher Weise die Drehbewegung der Elektromotoren in eine lineare
Bewegung umzusetzen, so dass durch diese Drehspindel/Kugelumlaufmutter-Kombination
ein Dreh- /Linearbewegungswandler
realisiert ist.
-
Da erfindungsgemäß wenigstens zwei oder auch
mehr Antriebswellen zum gleichzeitigen Drehen bzw. Antreiben des
Betätigungselements
verwendet werden, ist eine entsprechende Synchronisierung der Drehbewegung
von Vorteil. Diese kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Eine
einfach zu realisierende Synchronisierung kann beispielsweise durch eine
mechanische Kopplungseinrichtung mit Zahnriemen, Ketten oder dergleichen
erfolgen, die die verschiedenen Antriebswellen zwangskoppeln. Eine weitere
Möglichkeit
zur Synchronisierung besteht darin, dass die als Elektromotoren
ausgebildeten Antriebsmotoren elektrisch synchronisiert sind, beispielsweise
durch eine Master-Slave-Schaltung.
-
Um zu verhindern, dass die Antriebsvorrichtung
bei gegebenenfalls Ausfall der Leistungsversorgung der entsprechenden
Antriebsmotore eine selbsttätige
Verstellung des Betätigungselements
erlaubt, können
die Getriebe aus Schneckenrad/Schnecke und Doppelschraubgetriebe
selbsthemmend ausgebildet sein. Bei dem Doppelschraubgetriebe ist
hierbei weiterhin von Vorteil, dass auch bei Übersetzungen von weniger als
25 und gar weniger als 1 noch eine Selbsthemmung gegeben ist. Außerdem ist
eine ent sprechende Brems- bzw. Selbsthemmungsgröße bei dem Doppelschraubgetriebe noch
größer als
beim Schneckengetriebe.
-
Bezüglich der Doppelschraubgetriebe
kann deren Aufbau noch dadurch vereinfacht werden, dass beispielsweise
die Anzahl der Zähne
bis auf jeweils einen Zahn reduziert wird, wobei die Anzahl der Zähne vom
Schrägwinkel
der Zähne
abhängt.
Es sind beispielsweise Bereiche für den Schrägwinkel von 40 bis 85° und insbesondere
von 60 bis 80° verwendbar.
-
Bezüglich der mechanischen Kopplungseinrichtung
ist noch zu beachten, dass diese auch Antriebswellen miteinander
synchronisieren kann, von denen beispielsweise nur eine durch einen
oder mehrere entsprechende Motoren angetrieben ist. Die entsprechende
Antriebskraft wird dann über
die mechanische Kopplungseinrichtung auch auf die anderen Antriebswellen
ohne eigenen Antrieb übertragen.
Die mechanische Kopplungseinrichtung kann an einer passenden Stelle
der Antriebswelle angeordnet sein, wobei beispielsweise eine solche
Anordnung bei den Antriebswellen mit Schneckengetriebe benachbart zu
den Schnecken oder auch benachbart zu Enden oder an Enden der Antriebswellen
angeordnet sein kann. Weiterhin ist bei der mechanischen Kopplungseinrichtung
zu beachten, dass durch diese auch die Selbstbremsung oder Selbsthemmung
der entsprechenden Getriebeeinheiten auf alle Antriebswellen übertragbar
ist, so dass beispielsweise die Anordnung einer selbstbremsenden
oder selbsthemmenden Getriebeeinheit zwischen Drehspindel und einer der
Antriebswellen ausreichend ist.
-
Zusammen mit der mechanischen Kopplungseinrichtung
ist es möglich,
bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung auf eine Getriebeeinheit zwischen Drehspindel und
einer oder allen der Antriebswellen zu verzichten, wobei die Antriebskraft
in diesem Zusammenhang durch die mechanische Kopplungseinrichtung übertragen
werden kann, das heißt,
die im wesentlichen scheiben- oder radförmige Drehbewegungseinleiteinrichtung
kann mit der mechanischen Kopplungseinrichtung antriebsverbunden
sein. Bei entsprechender Auslegung der mechanischen Kopplungseinrichtung
kann diese auch entsprechend selbstbremsend oder selbsthemmend ausgelegt
sein.
-
Zur Realisierung der mechanischen
Kopplungseinrichtung sind verschiedene Ausführungsbeispiele denkbar. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist ein entsprechendes Ritzel auf jeder der Antriebswellen mittels
einer Kette oder eines Zahnriemens mit den anderen Ritzeln bewegungsverbunden.
Weiterhin besteht die Möglichkeit,
dass die Ritzel der Antriebswellen mit einem im Gehäuse gelagerten
Zahnkranz in Eingriff sind und dadurch die mechanische Kopplung
und Synchronisierung erfolgt. Bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel
der mechanischen Kopplungseinrichtung kann diese durch einen Zahnradsatz
oder dergleichen gebildet sein.
-
Es ist selbstverständlich,
dass verschiedene Kominationen von mechanischer Kopplungseinrichtung,
Anzahl der Antriebswellen, Anzahl und Anordnung der selbsthemmenden
Getriebeeinheit usw. möglich
sind.
-
Im Folgenden werden vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 einen
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1,
wobei der Längsschnitt
einem Schnitt entlang der Linie I – I aus 2 entspricht;
-
2 einen
Schnitt entlang der Linie II – II aus 1, und
-
3 eine
vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
mit Doppelschraubgetriebe.
-
1 zeigt
einen Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1.
Zur Vereinfachung ist nur ein Teil eines entsprechenden Betätigungselements 2 bzw. eine
mit einem solchen Betätigunselement
verbundene Drehspindel 27 dargestellt. Außerdem sind
zur Vereinfachung entsprechende Einrichtungen insbesondere der Gas-
oder Ölförderung,
wie Ventile, Drosseln, Ausbruchsventilanordnungen oder dergleichen
nicht dargestellt, in welchen durch das Betätigungselement eine entsprechende
Tätigkeit,
wie Öffnen
und Schließen
des Ventils, Änderungen
der Drosselung oder dergleichen stattfindet.
-
Die Antriebsvorrichtung 1 weist
ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 31 auf, das in
Richtung zum Betätigungselement 2 über entsprechend schräg verlaufende
Paßflächen 32 im
Querschnitt stufenförmig
verkleinert ist. Durch diese Paßflächen 32, 33, 34 und
die Querschnittsverringerung wird ein Einsetzen des Vorrichtungsgehäuses in
einer entsprechenden Einrichtung unterhalb des Meeresspiegels, auf
dem Meeresboden oder in anderen unwegsamen Gebieten durch insbesondere
ferngesteuerte Fahrzeuge erleichtert.
-
Innerhalb des Vorrichtungsghäuses 31 ist
ein das Betätigungselement 2, 27 mit
Antriebsmotoren 4, 7, 8, 9,
siehe 2, verbindender
Antriebsstrang 3 angeordnet. Dieser umfaßt bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel
nach 1 beispielsweise
die Drehspindel 27, eine als Harmonic Drive ausgebildete Übersetzungsgetriebeeinheit 28,
eine Übersetzungsänderungseinheit 5,
eine im wesentlichen scheiben- oder radförmige Drehbewegungseinleiteinrichtung 6 und
die weiteren Antriebsverbindungen zu den Antriebsmotoren 4, 7, 8, 9,
siehe hierzu insbesondere 2 und
das weitere Ausführungsbeispiel nach 3.
-
Bezüglich der Drehspindel 27 sei
noch angemerkt, dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel diese drehbar,
aber axial unverschieblich gelagert ist. Es besteht ebenfalls die
Möglichkeit,
statt einer Bewegungsverbindung zur Drehspindel 27 eine Bewegungsverbindung
zu einer Kugelumlaufmutter mit der Untersetzungsgetriebeeinrichtung 28 herzustellen,
wobei die Kugelumlaufmutter drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert
ist, so dass entsprechend die Drehspindel 27 in axialer
Richtung verstellbar wäre.
Weitere Möglichkeiten
insbesondere zur Verbindung der Untersetzungsgetriebeeinheit 28 mit einem
entsprechenden Betätigungselement 2 sind denkbar.
-
Die als Harmonic Drive ausgebildete
Untersetzungsgetriebeeinheit 28 ist so eingesetzt, daß die flexible,
becherförmige
Hülse des
Harmonic Drive mit der Drehspindel 27 und der Wellengenerator
des Harmonic Drive mit der Drehbewegungseinleiteinrichtung 6 verbunden
ist. Das weitere Teil des Harmonic Drives, der fixierte Ring mit
Innenverzahnung, dient zum Abrollen der mit einer ensprechenden
Außenverzahnung
versehenen becherförmigen
Hülse, wobei
im wesentlichen einander gegenüberliegende Bereiche
der Hülse
durch den Wellengenerator in Eingriff mit der Innenverzahnung des
fixierten Rings gedrückt
werden.
-
Die Drehbewegungseinleiteinrichtung 6 ist scheiben-
bzw. radförmig
und mit entlang ihrer Umfangsrichtung 15, siehe 2, angeordneter Außenverzahnung 14 ausgebildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel
nach den 1 und 2 ist die Drehbewegungseinleiteinrichtung 6 als
Schneckenrad 16 ausgebildet, das mit entsprechenden Schnekken 17, 18 und
deren Außenverzahnung
in Eingriff ist. Die Schnecken 17, 18 sind an
im wesentlichen gegenüberliegenden
Stellen des Schneckenrades 16 in Anlage und sind auf entsprechenden
Antriebswellen 10, 11 angeordnet.
-
Das Schneckenrad 16 ist über Drehlager 33, 34 relativ
zum Vorrichtungsgehäuse 31 drehbar
gelagert. Weiterhin ist einem Ende des Antriebsstrangs 3 ein
Positionssensor 26 zugeordnet, durch den insbesondere der
Drehwinkel des Antriebsstrangs bzw. des Schneckenrads 16 erfaßbar und
in eine Verdrehung bzw. lineare Verstellung des Betätigungselements 2 umrechenbar
ist.
-
2 entspricht
einem Schnitt entlang der Linie II – II aus 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
in dieser wie auch den übrigen
Figuren versehen sind und teilweise zur Beschreibung der entsprechenden
gekennzeichneten Teile auf die jeweils anderen Figuren verwiesen
wird.
-
In 2 ist
insbesondere erkennbar, wobei 2 einem
Schnitt entlang der Linie I – I 2 entspricht, dass zwei
verschiedene Antriebswellen 10, 11 beidseitig
zum Schneckenrad 16 angeordnet sind und dieses über entsprechende
Schnecken 17, 18 antreiben. Jede der Antriebswellen 10, 11 weist
an ihren gegenüberliegenden
Enden Antriebsmotore 4, 7 bzw. 8, 9 auf.
Direkt benachbart zu den Antriebsmotoren sind die Antriebswellen
jeweils drehbar gelagert und im wesentlichen einteilig mit den Motorwellen
ausgebildet.
-
Es besteht ebenfalls die Möglichkeit,
dass die Antriebswellen, siehe auch weiteres Ausführungsbeispiel
nach 3, schwimmend gelagert sind.
-
Weiterhin besteht die Möglichkeit,
dass weitere Antriebswellen angeordnet sind, die in entsprechender
Weise mit dem Schneckenrad 16 oder mit einem zu diesem
parallel versetzten weiteren Schneckenrad in Bewegungsverbindung
sind. Auch diesem zusätzlichen
Schnecken-/Antriebsrad sind weitere Antriebsmotore/Antriebswellen
zugeordnet.
-
Zur Synchronisierung der verschiedenen
Antriebswellen kann einerseits eine elektrische Synchronisierung
der Elektromotore 4, 7 und 8, 9 und
andererseits eine im wesentlichen mechanische Synchronisierung der
Antriebswellen 10, 11 direkt miteinander über nicht
dargestellte Zahnriemen, Ketten oder dergleichen erfolgen.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 ist noch zu beachten, dass die entsprechenden Antriebswellen 10, 11 im
wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung 21 des
Betätigungselements 2 bzw. der
Drehspindel 27 ausgerichtet sind: Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel
nach 3, das einer vereinfachten
Ansicht nach 1 entspricht,
ist die Drehbewegungseinleiteinrichtung 6 als schrägverzahntes
Stirnrad 22 ausgebildet. Die übrige Ausbildung des Antriebsstrangs
kann analog zu 1 aufgebaut
sein.
-
Das schrägverzahnte Stirnrad 22 bildet
einen Teil eines doppelangeordneten Doppelschraubgetriebes 30,
wobei jeweils ein Doppelschraubgetriebe 30 durch schrägverzahntes
Stirnrad 22 und mit diesem in Eingriff stehendes schrägverzahntes
Antriebsrad 23 gebildet ist. Jeweils eins dieser Antriebsräder 23 ist
mit einer entsprechenden Antriebswelle 12 bzw. 13 antriebsverbunden.
-
Die Antriebswellen 12, 13 nach 3 sind an beiden Enden drehbar
im Vorrichtungsgehäuse gelagert
und an einem Ende einer jeden Antriebswelle 12, 13 sind
zwei Antriebsmotore 4, 7 bzw. 8, 9 zugeordnet.
Zwischen den Antriebsmotoren 4, 7 bzw. 8, 9 einer
jeden Antriebswelle 12, 13 und dem zugehörigen Antriebsrad 23 ist
eine als Harmonic Drive 25 ausgebildete Untersetzungsgetriebeeinheit 24 angeordnet.
Bei dieser ist die flexible, becherförmige Hülse mit der jeweiligen Antriebswelle
und der Wellengenerator mit dem Antriebsrad 23 antriebsverbunden.
-
Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 besteht die Möglichkeit,
3, 4 oder auch mehr Antriebswellen in Umfangsrichtung beabstandet
um das Stirnrad 22 als Drehbewegungseinleiteinrichtung 6 anzuordnen,
wobei entsprechend alle Antriebsräder 23 mit dem Stirnrad 22 in
Eingriff sind. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, zwei der schrägverzahnten Stirnräder parallel
versetzt zueinander anzuordnen und jeweils mit 2, 3 oder auch mehr
Antriebsrädern zu
verbinden.
-
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass
selbstverständlich
auch eine Kombination der Ausführungsbeispiele
nach 1, 2 bzw. 3 möglich ist,
so dass ein Schneckengetriebe nach 1 bzw. 3 und ein Doppelschraubgetriebe 30 nach 3 gemeinam für einen
Antriebsstrang 3 eingesetzt werden.
-
Die Zuordnung von zwei oder auch
mehr Antriebsmotoren, die vorzugsweise als Elektromotore ausgebildet
sind, zu jeder Antriebswelle ermöglicht eine
Redundanz bezüglich
der Motore und weiterhin die Verwendung von kleineren und leistungsärmeren Elektromotoren,
wobei durch die Vielzahl der Motoren eine entprechende Leistung
zur Verstellung des Betätigungselements 2 erzeugt
wird. Die verschiedenen Antriebsmotoren sind in dem Vorrichtungsgehäuse 31 verteilt
angeordnet, so dass auch entsprechend die Erzeugung von Verlustwärme im Gehäuse verteilt
ist. Dadurch sind keine separaten Kühleinrichtungen notwendig und
stattdessen kann die entsprechende Verlustwärme über die Umgebung abgeführt werden.
Im Hinblick auf die beiden eingesetzten Getriebe, Schneckengetriebe
und Doppelschraubgetriebe, sei noch darauf verwiesen, dass diese
selbsthemmend ausgebildet sind, so dass eine selbsttätige Verdrehung
der Getriebe insbesondere entgegengesetzt zu der von den Elektromotoren übertragenen Drehrichtung
verhindert ist. Bei dem Doppelschraubgetriebe 30 nach 3 ist weiterhin auch auf
der Antriebsseite der entsprechenden Getriebe eine Selbstbremsmöglichkeit
realisiert.
-
In den 2 und 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Antriebsvorrichtung mit einer mechanischen Kopplungseinrichtung 35 angedeutet.
Die mechanische Kopplungseinrichtung 35 koppelt die Drehbewegung
der verschiedenen Antriebswellen so miteinander, dass diese synchronisiert
sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist
die mechanische Kopplungseinrichtung ein Ritzel 36 auf
jeder der Antriebswellen 10, 11 bzw. 12, 13 und
eine die verschiedenen Ritzel miteinander bewegungsverbindende Kette 37 bzw.
einen entsprechenden Zahnriemen auf. Es besteht weiterhin die Möglichkeit,
dass auch ein Zahnkranz im Gehäuse
gelagert ist, mit dem alle Ritzel zur Bildung einer mechanischen
Kopplungseinrichtung in Eingriff sind.
-
Schließlich ist es noch möglich, dass
die Kopplungseinrichtung 35 durch einen Zahnradsatz gebildet
ist.
-
Die mechanische Kopplungseinrichtung 35 ermöglicht es,
beispielsweise auch die Selbstbremsung oder Selbsthemmung durch
die entsprechenden Getriebeeinheiten, siehe Schneckengetriebe und
Doppelschraubgetriebe in den 2 und 3, von beispielsweise einer
durch eine solche Getriebeeinheit selbstgebremsten oder selbstgehemmten
Antriebswelle auf die anderen Antriebswellen zu übertragen. Die Übertragung
kann auch für
die Antriebskraft eingesetzt sein, so dass bei Antrieb nur einer der
Antriebswellen direkt durch Motore die Antriebskraft auf alle anderen
Antriebswellen über
die mechanische Kopplungseinrichtung übertragbar ist.
-
Ist die entsprechende scheiben- oder
radförmige
Drehbewegungseinleiteinrichtung des Antriebsstrangs direkt mit der
mechanischen Kopplungseinrichtung antriebsverbunden, besteht bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung die Möglichkeit,
auf die selbstbremsenden oder selbsthemmenden Getriebeeinheit vollständig zu
verzichten, so dass Antriebskraft auf die Drehspindel durch die
mechanische Kopplungseinrichtung übertragbar ist und diese entsprechend
so ausgelegt ist, dass zumindest eine gewisse Selbstbremsung und
Selbsthemmung gegeben ist.
-
Entsprechende Kombinationen von mechanischer
Kopplungseinrichtung, Anzahl der Antriebswellen, Antrieb der Antriebswellen
durch einen oder mehrere Motoren, Anordnung und Anzahl der Getriebeeinheiten
sind möglich.