DE2236588A1

DE2236588A1 - Elektromotorischer antrieb mit stufenloser drehzahlregelung

Info

Publication number: DE2236588A1
Application number: DE19722236588
Authority: DE
Inventors: Arnold Mueller
Original assignee: MUELLER ARNOLD FA
Current assignee: MUELLER ARNOLD FA
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1972-07-26
Publication date: 1974-02-07
Also published as: CH559452A5; FR2194064A1; FR2194064B1

Description

Arnold Müller _.,-.,. -l,,·. W.

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Kirchheim/Teck .

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Elektromotorischer Antrieb mit stufenloser Drehzahlregelung

Bei elektromotorischen Antrieben mit Drehzahlregelung ist es bekannt, Regelmotore mit Zwischenläufer einzubauen· Deren Anwendbarkeit ist jedoch durch die thermische Belastbarkeit begrenzt, so daß bei großen Regelbereichen die Leistung kleiner wird. Bei anderen Antrieben ist es bekannt, zweierlei Motore zu verwenden, die jedoch zu einer selbsttätigen Drehzahlregelung nur mit hohem Aufwand einsetzbar sind» Auch ist der Platzbedarf bei dieser Antriebsart unverhältnismäßig groß·

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich demgegenüber auf einen elektromotorischen Antrieb mit stufenloser Drehzahlregelung unter Anwendung eines Planeten- oder Umlaufgetriebes· Das Erfinderische besteht darin, daß mindestens zwei Elektromotoren hintereinander oder nebeneinander liegen und deren Wellen konzentrisch in die Eingangsräder des Getriebes greifen, dessen Anzugsräder mit der vorzugsweise konzentrisch angeordneten Abtriebswelle verbunden sind· Dabei ist die Welle des einen Elektromotors als Hohlwelle ausgebildet, in welchem die Welle des anderen Motors umläuft und beide Wellenenden in dem seitlich daneben angeordneten Getriebe enden·

Der eine der beiden Motore ist als Üblicher Induktionsmotor und der andere als Regelmotor ausgeführte Der erstere Elektromotor kann auch polumschaltbar und gegebenenfalls ebenso wie der andere Motor ein Regelnotor sein. Als Regelmotor eignen sich Motore mit

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Zwischenläufer und Spannungseinstellung mittels Phasenanschnittsteuerung. Innerhalb des Zwischenläufers kann ein Lüfterläufer vorgesehen sein, welcher die Lüftung unabhängig von der Drehzahl des Regelmotors übernimmt·

Die Hohlwelle des Induktionsmotors ist mit dem innen verzahnten Eingangsrad und die Welle des Regelmotors mit dem außen verzahnten Eingangsrad des Getriebes verbunden. Deren Ausgangsräder laufen dazwischen in einer umlaufenden Abtriebsscheibe um, die axial nach außen in eine konzentrisch liegende Abtriebswelle übergeht·

Durch den Antrieb nach der Erfindung ist es nicht nur möglich, die gesamten Teile konzentrisch zueinander mit geringstem Raumbedarf anzuordnen, sondern auch Regelbereiche bfi/)zu mehr als 1 : 6000 zu erreichen, ohne die thermische Belastbarkeit hinsichtlich der Leistung des gesamten Antriebes herabzusetzen. Außerdem werden die Leistungen beider Motore addiert, so daß je nach dem Untersetzungsverhältnis die Antriebsleistung bis zu einem Mehrfachen des Regelmotors betragen kann· Beispielsweise kann mittels eine« Regelmotors mit einem KW und einem nicht regelbaren Induktionsmotor von 3 KW eine Abgangsleistung von 4 KW erreicht werden.

Wenn ferner das innenverzahnte Eingangsrad des Planetengetriebes mit hSchster Drehzahl und der Regelmotor mit kleinster Drehzahl umläuft, so wird die Abtriebsdrehzahl am größten«, Bei gleichbleibender Drehzahl des Eingangsrades und bei Erhöhung des Drehzahl des Regelmotors wird die Drehzahl der Abgangswelle langsamer.

Bei gleicher Drehzahl beider Wellen wird die Drehzahl der Abtriebswelle Null. D₀ h„ die Abtriebswelle steht still.

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Wenn die Drehzahl des Regelmotors über die Drehzahl des Induktionsmotors steigt, wird selbsttätig eine Umkehr des Drehsinnes der Abtriebswelle hervorgerufen. Dies hat den Vorteil^ daß durch Erhöhen und Senken der Drehzahlen eine Umkehr der Drehrichtung stattfindet, ohne daß dabei die Motoren umgepolt werden müssen. Diese Regelung kann auch dadurch erfolgen, daß der Induktionsmotor polumschaltbar ist. Eine Abbremsung der Abtriebswelle kann somit Über die Polumschaltung selbsttätig erzielt werden· Die Abtriebswelle besitzt nun eine entsprechend hohe umgekehrte Drehzahl. Dies ist z· B. bei Vorschubantrieben an Werkzeugmaschinen oder Bremsen von größter Wichtigkeit· So kann z. B* bei Erreichung des Endpunktes des Vorschubs auf volle Drehzahl (auf Eilrückgang) geschaltet werden·

Die Vorteile der Erfindung sind also folgende· Läuft der eine Motor mit gleichbleibender und der andere mit kleinster Drehzahl, ist die Drehzahl der Abtriebswelle am grössten· Dieser Vorgang ist genau umgekehrt wie bei allen bisher bekannten Regelantrieben irgendeiner Art. Wenn die Abtriebswelie mit niedriger Drehzahl umlaufen soll, muß der Regelmotor ^ehnieller werden, so dcß bei Erreichung der gleichen Drehzahl des anderen Motors die Abtriebswelle stillsteht· Eine solche Ausführung ist "thermisch am günstigsten. Auch kann z. B. durch den Einbau von zusätzlichen elektromagnetischen Bremsen ein schneller und genauer Halt oder Umkehr des Drehsinnes der Abtriebswelle erzielt werden. Ein Drehzahlwechsel ist ohne Umschaltung bis zur beidseitiger Höchstdrehzahl rasch möglich und beliebig einstellbar· Dies ist ebenfalls ein großer Vorteil, so z. B. bei Eilrückgängen·

Bei Verwendung von zwei Regelmotoren ergeben sich noch weitere Vorteile· Wenn z, B, ein Motor mit Widerstandsläufer umläuft, se kann ein solcher Antrieb in Verbindung mit der dazugehörigen Steuer- oder Regelelektronik als Wickelantrieb eingesetzt

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werden. Dabei läßt sich die Steuerung oder Regelung den jeweiligen Einsatzbedingungen anpassen. Eine solche Drehzahlregelung der Abtriebswelle hat auch den Vorteil, daß der Antrieb nach der Erfindung z. B. bei Vorschubantrieben oder bei Antrieben von Pressen sowie ferner auch Überall dort angewendet werden kann, wo sonst ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb üblich ist. Die Programmierung eines Antriebes nach der Erfindung ist zudem wesentlich einfacher und billiger als eine hydraulische oder pneumatische Regelung.

Durch den Gegenstand der Erfindung wird somit die Aufgabe gelöst, einen elektromotorischen Antrieb mit stufenloser Drehzahlregelung auf einfachste und zuverlässige Weise zu erhalten, der ganz allgemein verwendbar ist und Überall dort eingesetzt werden kann, wo eine Drezahlregelung in beiden Drehrichtungen von Null bis Maximum unter Beibehaltung des erforderlichen Drehmomentes vorzunehmen ist. Dabei kann das Planeten- und das Umlaufgetriebe ein- oder mehrstufig in beliebiger Ausfuhrung und in Anpassung auf den jeweiligen Einzelfall ausgeführt werden.

V/eitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung sind den auf der Zeichnung jeweils schematisch in Längsschnitt sowie teilweise in Ansicht dargestellten Ausfuhrungsbeispielen zu ersehen. Hierbei zeigen

Fig. 1 ein Beispiel mit zwei Motoren und einem Planetengetriebe, Fig. 2 dasselbe Beispiel mit abgeändertem Getriebe, Fig. 3 ein Beispiel mit Umlaufgetriebe,

Fig. 4 ein Beispiel mit zwei Motoren und einem doppelten Planetengetriebe.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig„ 1 sind zwei Elektromotore 1 und 14 koaxial nebeneinander angeordnet« Der Motor 1 besitzt als Regelmotor den Stator 2, in welchem der Rotor 3 und der Zwischenläufer 4 nebeneinanderliegend umlaufen· Innerhalb des Zwischenläufers 4 läuft der Lüfterläufer 5 um, dessen nach außen geführte Hohlwelle 7 außerhalb des Lagerschildes 8 den Lüfterflügel 9 antreibt, der von der Lüfterhaube 13 umgeben ist. Der Rotor 3 und der Zwischenlüfter 4 sind mit der durchlaufenden Regelwelle 6 verbunden·

Der Motor 14 ist ein üblicher Induktionsmotor und läuft mit konstanter Drehzahl um. Gegebenenfalls kann er auch polumschaltbar ausgeführt sein· Er besitzt· wie üblich den Stator 15, in welchem der Rotor 16 umläuft, der auf der Hohlwelle 17 befestigt ist, innerhalb welcher die Regelwelle 6 umläuft· Die beiden,Motore 1 und 14 sind über das gemeinsame Zwischenlagerschild 24 miteinander verbunden·

Beide Hellen 6 und 17 durchsetzen das äußere Lagerschild 23, wobei die Hohlwelle 17 mit dem innerzahnten Eingangsrad 19 des Planetengetriebes und die Regelwelle 6 mit dem außenverzahnten Eingangsrad 18 des Planetengetriebes verbunden sind. In die Verzahnungen der beiden Räder 18 und 19 greifen die Ausgangsräder 20 ein, die auf der Abtriebsscheibe 21 in gleichmäßiger Verteilung drehbar gelagert sind und die letztere mit der jeweils gewünschten Drehzahl antreibt· Die Abtriebsscheibe 21 endet als Abtriebswelle 22, die konzentrisch zu der Welle 6 liegt·

Wenn z. B. das Rad 18 und das Rad 19 gleich schnell umlaufen, stehen die Räder 20 still und die Abtriebswelle 22 läuft nicht um. Bei jeder Änderung der Dre'zahl des Regelmotors läuft dagegen die Abtriebswelle 22 'je nach den Umdrehungszahlen der beiden Motore um,

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so dass jede Drehzahl in beide Drehrichtungen der Abtriebswelle 22 oder eine Umkehr des Drehsinnes einstellbar ist.

An dem Eingangsrad 19 kann im Bedarfsfalle zur schnellen Abbremsung des Motors 14 eine elektromagnetische Bremse 25 angeordnet sein, die zwischen dem Rad 19 und dem äußeren Lagerschild angebracht ist. Im Bedarfsfalle lässt sich auch außerhalb der Lüftung auf Übliche Heise noch ein Tachometer 10 anbringen, der als Istgeber für den Regelmotor 1 ausgeführt ist, wobei die Welle 6 den Rotor des Tachodynamos 11 antreibt. Im Bedarfsfalle kann der Motor 14 als Regelmotor ausgeführt sein, oder er ist polumschaltbar, um die Drehzahlumkehrung an der Abtriebswelle 22 um so rascher zu erhalten, so z. B. wenn ein Vorschubantrieb im Eilgang zurückzubringen ist·

Bei dem Beispiel nach Fig, 2 handelt es sich um die gleiche Motoranordnung mit der Hohlwelle 17 und der Regelwelle 6 wie bei dem Beispiel nach Fig· 1. Auf der Hohlwelle 17 sitzt das innenverzahnte Eingangsrad 19 und auf der Regelwelle 6 das außenverzahnte Antriebsrad 18. In das letztere greifen in gleichmäßiger Verteilung Ausgangsräder 20 und auf die Eingangsräder 18 Zwischenräder 37. Die letzteren und die Ausgangsräder 20 sitzen auf den jeweils gemeinsamen Zwischenwellen 36, die in der Abtriebsscheibe 21 mit der Abtriebswelle 22 gelagert sind· Auf diese Weise ist es möglich, auch außerhalb eines Planetengetriebes die Übersetzung zu ändern und den jeweils gegebenen Verhältnissen anzupassen·

Bei dem Beispiel nach Fig. 3 handelt es sich um ein Planetengetriebe, welches auf einem Motorsatz wie in Fig_o 1 aufgesetzt ist₀ Auf der Hohlwelle 17 und der Regelwelle 6 sitzen außenverzahnte Eingangsräder J8 und 39, die selbst wieder in Ausgangsräder 20 und eingreifen, die auf den Zwischenwellen 36 sitzen, die in gleichmäßiger Verteilung in der Abtriebsscheibe 21 gelagert sind_o Auch bei dieser Ausfuhrung eines Umlaufgetriebes sind beliebige Variationen mit verschiedenen Übersetzungen der hierzu verwendeten Zahnräder möglich»

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Das Beispiel nach Fig· 4 ist mit den gleichen Motoren 1 und 14 wie das Beispiel nach Fig. 1, Auf den seitlich austretenden Wellen 6 und 17 ist im Gegensatz zu dem Beispiel nach Fig. 1 ein doppeltes Planetengetriebe in einem als auf das Lagerschild 23 angeflanschten Getriebegehäuse 31 untergebracht. Das innenverzahnte Eingangsrad 19 und das außenverzahnte Eingangsrad 18 greifen in die Ausgangsräder 20, die in einer Zwischenscheibe 26 gleichmäßig verteilt umlaufen. Die letztere ist mit einer Innenverzahnung 27 versehen, die in die Ausgangsräder 29 eingreift, die außerdem auch mit der äußeren Innenverzahnung 28 in Eingriff stehen. Diese Innenverzahnung 28 läuft nicht um und ist auf der Innenseite des Getriebegehäuses 31 eingebaut.

Die Anzugsräder 29 sind in der Abtriebsscheibe 21 gelagert, welche als Abtriebswelle 22 endet· Die letztere läuft in der Lagerscheibe 30 des Getriebegehäuses 31 um. Durch den Einbau eines solchen doppelten Planetengetriebes können die Beanspruchungen durch das abgegebene Drehmoment wesentlich besser als bei einem einstufigen Planetengetriebe abgestützt werden. Bei Planeten-und Umlaufgetrieben können im Übrigen auch ondere beliebige Kombinationen mit jeweils angepassten Übersetzungen eingebaut sein.

Die Magnetbremse 25 ist in diesem Fall zwischen dem Eingangsrad 19 und dem Getriebegehäuse 31 angeordnet und dient zur raschen Abbremsung des Motors 14. Eine weitere elektromagnetische Bremse für die rasche Abbremsung des Regelmotors 1 kann außerhalb de<j Tachometer 10 aufgesetzt sein,

Desweiteren kann an dem Umfang der umlaufenden Antriebsscheibe eine Außenverzahnung 33 angebracht sein, die in ein Zahnrad 34 eingreift, welches das Getriebegehäuse 31 durchsetzt und mit einem Meßwertgeber 35 verbunden ist« Der letztere ist außen an dem Getriebegehäuse 31 befestigt und dien^zur genauen Ermittlung der

ORlGlNALtNSPECTED

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Umdrehungszahl der Abtriebswelle 22 (Sollwertgeber)_o Auf diese Weise ist es möglich, den Istwert und den Sollwert des Antriebes nach der Erfindung miteinander laufend zu vergleichen und entsprechend einzuregeln· Auch kann damit eine Prograwmierschaltung verbunden sein, so z. B. beim Antrieb von Vorschubeinheiten fUr Werkzeugmaschinen oder Pressen usw. Durch entsprechende Bemessung der Gewindegänge einer mit der Abtriebswelle 22 verbundenen Vorschubwelle kann der Vorschub durch den Meßwertgeber 35 justiert und so eingestellt werden, daß fUr jede Umdrehung dieses Gebers ein vorbestimmter Vorschub erzeugt wird· Der gesamte Vorgang läßt sich somit vollständig selbsttätig durchfuhren, wobei zur Programmierung lediglich Zahlenangaben in den Meßwertgeber 35 einzuführen sind ο

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Claims

Patentansprüche

M.!Elektromotorischer Antrieb mit stufenloser Drehzahlregelung unter Anwendung eines Planeten- oder Umlaufgetriebes, da, gek., daß mindestens zwei Elektromotoren (1,14) hintereinander oder nebeneinander liegen, deren Wellen konzentrisch in die Eingangsräder des Getriebes greifen, dessen Ausgangsräder mit der vorzugsweise konzentrisch angeordneten Abtriebswelle (22) verbunden sind.

2. Antrieb nach Anspruch 1, d a. gek., daß die Welle des Elektromotors (14) als Hohlwelle (17) ausgebildet ist, in welcher die Welle (6) des Motors (1) umläuft und beide Enden der Wellen (17, 6) in dem seitlich daneben angeordneten Getriebe enden·

3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, da. ge k·, daß ein Motor (z. B. 14) als üblicher Induktionsmotor und der Motor (z. B₀ 1) als Regelmotor ausgeführt sind, der auch ein Gleichstrommotor sein könnte·

4o.Antrieb nach Anspruch 1, d a. ge k·, daß ein Elektromotor (z. B. 14) polumschaltbar oder im Bedarfsfalle ebenfalls als Regelmotor ausgeführt ist_o

5o Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, d a. gek., dass weitere Motoren ( z, B· ein besonderer Lüftermotor oder ein weiterer Induktionsmotor mit anderer Polzahl oder ein zweiter Regelmotor) vorgesehen sind, die nebeneinander oder einander gegenüberliegend angeordnet **««l· und erforderlichenfalls über Kegelräder oder dergl. mit ihren Wellen verbunden sind.

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6, Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, da. ge k., daß die Hohlwelle (17) mit dem innenverzahnten Eingangsrad (19) und die Welle (6) mit dem außenverzahnten Eingangsrad (18) verbunden sind, zwischen denen vorzugsweise mehrere Ausgangsräder (20) ein- oder mehrstufig umlaufen, die in einer Abtriebsscheibe (21) gelagert sind, die axial nach außen in eine konzentrisch liegende Abtriebswelle (22) Übergeht.

7· Antrieb nach einem oder mehrerer¹ der Ansprüche 1-6, da gek., daß bei Verwendung eines Umlaufgetriebes mit den Wellen (6, 17) außenverzahnte Eingangsrä'der (38, 39) aufgesetzt sind, die in außenverzahnte Abgangsräder (20, 40) greifen, welche auf mehreren gleichmäßig verteilten,in der Abtriebsscheibe (21) umlaufenden Zwischenwellen (36) gelagert sind·

8« Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetenoder Umlaufgetriebe zweistufig ausgebildet und mit einer Zwischenscheibe (26) für die Ausgangsräder (20) versehen ist, die außerdem eine weitere Innenverzahnung aufweist, die in die weiteren Ausgangsräder (29) eingreift, die Über die äußere, in dem Getriebegehäuse (31) fest eingebaute Innenverzahnung (28) in Eingriff stehen und in der Abtriebsscheibe (21) mit der Abtriebswelle (22) umlaufen·

9. Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Abtriebsscheibe (21) an ihrem Umfang mit einer Aussenverzahnung (33) versehen ist, in welche ein Zahnrad (34) eingreift, das mit einem außen an dem Getriebegehäuse (31) befestigten Messwertgeber

(35) (Sollwertgeber) verbunden ist,

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10· Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß außen an dem Motor (1) ein Tachodynamo (ΊΟ) als Istwertgeber aufgesetzt ist und die Welle (6) in einer elektromagnetischen Bremse (32) für den Motor (1) endet.

11· Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsrad (19) mit einer elektromagnetischen Bremse (24) für den Motor (14) versehen ist, die zwischen dem Eingangsrad (19) und dem äußeren Lagerschild (23) oder dem Getriebegehäuse (31) angebracht ist·

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