DE4402337A1

DE4402337A1 - Elektromotorischer Antrieb

Info

Publication number: DE4402337A1
Application number: DE19944402337
Authority: DE
Inventors: Yng Tyan Li
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 1995-08-03

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den elektro motorischen Antrieb von Geräten, Maschinen, Fahran triebsvorrichtungen und dergl., die mit nicht sehr hoher Drehzahl und mittleren bis höheren Drehmomenten ange trieben werden. Dabei geht es z. B. um Haushaltsgeräte wie Wasch- und Spülmaschinen, Kühlschränke, Klimageräte, Ventilatoren, aber auch um elektrische Kraftwagen oder Motorräder.

Zum Antrieb solcher Geräte und Vorrichtungen dienen ge wöhnlich Elektromotore, die mit 110 bzw. 220 V Spannung gespeist werden und bei niedrigen Drehzahlen von 2000 bis 3000 U/min arbeiten und dabei relativ hohe Drehmo mente entwickeln. Diese Motore verbrauchen große Mengen an elektrischer Energie und erzeugen im Betrieb Vibra tionen, beträchtlichen Lärm und Hitze. Die Umweltver träglichkeit läßt zu wünschen übrig und elektrische Energie wird verschwendet.

Dagegen verbrauchen elektrische Kleinmotore und Minia turmotore nur sehr wenig elektrische Energie. Sie arbei ten bei hohen Drehzahlen von über 4000 U/min und ent wickeln dabei nur geringe Drehmomente. Sie werden in hohen Stückzahlen hergestellt und sind billig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Nutzung der Vorteile elektrischer Kleinmotore für Anwendungsfälle, die niedrigere Drehzahlen und höhere Drehmomente verlan gen, wobei die Anzahl der einzusetzenden Kleinmotore und die erforderliche Drehzahluntersetzung in Abhängigkeit von den jeweils geforderten Betriebsbedingungen des an zutreibenden Geräts einfach, leicht und schnell angepaßt werden können. Somit soll ein flexibel anpassungsfähiger elektromotorischer Antrieb bereitgestellt werden, der baukastenartig die verschiedenen Bedürfnisse zu befrie digen gestattet.

Es soll eine Mehrzahl von elektrischen Kleinmotoren mit einer multifunktionalen energiesparenden Kraftübertra gung kombiniert werden.

Allgemein geht es um die Schaffung eines neuen Konzepts eines elektromotorischen Antriebs.

Die Lösung der gestellten Aufgaben ist in den Patentan sprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die perspektivische Explosionsdarstellung eines elektromotorischen Antriebs mit vier Kleinmoto ren;

Fig. 2 die perspektivische Explosionsdarstellung eines Untersetzungsgetriebes

Fig. 2A die perspektivische Explosionsdarstellung einer Variante des Untersetzungsgetriebes;

Fig. 3 die perspektivische Explosionsdarstellung eines Abtriebswellengetriebes;

Fig. 3A eine Längsschnittdarstellung der Zusammenwir kung des Abtriebswellengetriebes mit dem Unter setzungsgetriebe;

Fig. 4 die perspektivische Darstellung eines elektri schen Kleinmotors;

Fig. 5 die perspektivische Darstellung eines Motorla gerblocks;

Fig. 6 die perspektivische Darstellung einer Bauein heit mit einstückig geformtem Motorlagerblock und Getriebelagerblock mit den Motoren, Rädern und Wellen;

Fig. 7 die perspektivische Darstellung eines Gestells aus zwei einstückig geformten Motorlagerblöcken und drei Untersetzungsgetriebelagerblöcken so wie einem Abtriebswellenlagerblock;

Fig. 8 einen Abtrieb mittels Riemen;

Fig. 9 einen Abtrieb mittels Kette;

Fig. 10 einen Abtrieb mittels Stirnrädern;

Fig. 11 eine Kupplung zum Ankuppeln von zusätzlichen Antriebsmotoreinheiten;

Fig. 11A eine andere Ausbildung einer Kupplung gemäß Fig. 11;

Fig. 12 schematisch in perspektivischer Darstellung ei nen elektromotorischen Antrieb mit zwei An triebsmotoreinheiten;

Fig. 12A den Antrieb gemäß Fig. 12 in einer Längs schnittdarstellung;

Fig. 12B eine Variante des Antriebs mit zwei Antriebs motoreinheiten in einer Längsschnittdarstel lung;

Fig. 13 eine schematische Querschnittsdarstellung des Zusammenwirkens von vier Motorstirnrädern mit einem Hohlrad des Untersetzungsgetriebes.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind vier elek trische Kleinmotore 4 zentralsymmetrisch verteilt in einem Motorlagerblock 5 untergebracht und bilden die Antriebsmotoreinheit 40. Ihre Wellen 41 tragen Stirnrä der 42. Die Motore sind in Motorlageröffnungen 50 des Motorlagerblocks 5 eingesetzt.

Vor der Antriebsmotoreinheit 40 ist ein Untersetzungs getriebe 2 angeordnet, dessen Eingangsrad mit den Motor stirnrädern 42 an entsprechend der Motoranordnung gleichmäßig über dem Umfang verteilten Eingriffsstellen kämmt. Das in Fig. 1 und 2 gezeigte Eingangsrad ist ein innenverzahntes Hohlrad 23; Fig. 2A zeigt ein Stirnrad 25 als Eingangsrad.

Das Eingangsrad 23/25 sitzt auf dem hinteren Ende einer im Lagerblock 20 gelagerten zentralen Hauptwelle 21, welche an ihrem vorderen Ende ein Stirnrad 22 trägt, das mit gleichmäßig auf seinem Umfang verteilten Zwischenrä dern 204/203 kämmt, welche auf Zahnradachsen 202 sitzen, die fliegend in Lagerbohrungen 201 des Lagerblocks 20 stecken.

Jedes Zwischenrad besteht aus zwei starr miteinander verbundenen oder einstückig ausgeformten Zwischenrad hälften, wobei die hintere Zwischenradhälfte 204 einen größeren Durchmesser hat und mit dem Stirnrad 22 der Hauptwelle 21 kämmt, und die vordere Stirnradhälfte 203 kleineren Durchmessers an ihren außen gelegenen Umfangs stellen mit der Innenverzahnung eines Hohlrades 312 kämmt, das zu einem Abtriebswellengetriebe 3 gehört.

Das Abtriebswellengetriebe 3 hat einen Lagerblock 30, in dem die Abtriebswelle 31 gelagert ist, auf deren hinte rem Ende das Hohlrad 312 sitzt. Auf dem vorderen Ende sitzt ein Stirnrad 311 als Abtriebsrad, welches auf das anzutreibende Gerät bzw. die anzutreibende Maschine wirkt.

Der Motorlagerblock 5 weist im Beispiel vier Motorlager öffnungen 50 auf, so daß je nach Bedarf zwei Motore ne beneinander oder übereinander oder vier Motore einge setzt werden können. Wenn eine unsymmetrische Beauf schlagung des Eingangsrades 23/25 und damit das Auftre ten von Querkräften im Untersetzungsgetriebe 2 hingenom men werden kann, könnten auch drei Motore verwendet wer den bzw. die Mehrzahl von Motoren nicht gleichmäßig auf dem Umfang verteilt sein.

Der Lagerblock 20 des Untersetzungsgetriebes 2 weist eine Vielzahl von gleichmäßig auf dem Umfang um die La geröffnung der zentralen Hauptwelle 21 herum verteilten Lagerbohrungen 201 auf. Die dadurch ermöglichte Anord nung einer Mehrzahl von Zwischenrädern 204/203 dient zur Verringerung der jeweils zu übertragenden Kräfte und zur Vergleichmäßigung dieser Übertragung auf das Hohlrad 312.

Die die Drehung auf das Hohlrad 312 übertragenden Zwi schenräder könnten einfache Stirnräder sein, die innen mit dem zentralen Stirnrad 22 und außen mit der Innen verzahnung des Hohlrades 312 kämmen. Die gezeigte zwei stufige Ausbildung aus Hälften verschiedenen Durchmes sers und Zähnezahl bewirkt eine Vergrößerung des Unter setzungsverhältnisses des Untersetzungsgetriebes 2. Au ßerdem können verschiedene Zahnräder dieser Art vorrätig gehalten werden und zur Anpassung des elektromotorischen Antriebs an die vorgesehenen Betriebsbedingungen leicht und schnell ausgewechselt werden.

In der betrachteten Ausbildung wird die Leistung der vier Kleinmotore 4 ohne wesentliche Verluste durch Her untersetzen der Drehzahl und entsprechende Erhöhung des Drehmoments so umgewandelt, daß eine Pumpe, ein Verdich ter, ein Fahrzeugantriebsstrang oder dergl. angetrieben werden kann, wobei dies gemäß Fig. 8 bis 10 über einen Riemen 7, eine Kette 8 oder ein Stirnrädergetriebe 9 geschehen kann.

Wenn die Leistung von vier Kleinmotoren nicht ausreicht, können zwei oder mehr Antriebsmotoreinheiten 40 in Axi alrichtung hintereinander angeordnet und im Parallelbe trieb betrieben werden, wie dies in Fig. 7 und 12, 12A und 12B gezeigt ist. Dabei werden die hinteren Antriebs motoreinheiten über eine Kupplung 55 (Fig. 11, 11A) an geschlossen, die aus einer Kupplungswelle 56 besteht, an deren vorderem Ende ein Kupplungsformende 59 angeformt und am hinteren Ende ein Kupplungswelleneingangsrad 57, 58 befestigt ist. Im jeweils vorausliegenden Motorlager block 5 ist eine zentrale Bohrung zum Durchtritt und zur Lagerung der Kupplungswelle 56 vorgesehen. Im Zentrum des Eingangsrades 23, 25 des Untersetzungsgetriebes 2 und ggfs. auch im Zentrum des Kupplungswelleneingangs rades 57, 58 ist eine Kupplungsformausnehmung 231 ausge arbeitet, in die das Kupplungsformende 59 der rückwärtig anschließenden Antriebsmotoreinheit eingreift. Auf diese Weise wird die Leistung der vorderen Antriebsmotorein heit in die Verzahnung des Eingangsrades 23 und die der rückwärtigen Antriebsmotoreinheit(en) in deren Kupp lungsformausnehmung 231 eingeleitet und alle Kleinmotore arbeiten parallel. Es ist zu sehen, daß praktisch eine beliebige, dem jeweiligen Bedarf entsprechende Anzahl von Kleinmotoren zum Einsatz gebracht werden kann.

Ebenso können mehrere Untersetzungsgetriebe 2 hinterein ander angeordnet und hintereinandergeschaltet werden, wenn die mittels eines Untersetzungsgetriebes erreichte Drehzahlabsenkung nicht ausreicht. Fig. 7 zeigt, wie drei Untersetzungsgetriebe-Lagerblöcke 20 hintereinander angeordnet sein können. Das zentrale Stirnrad 22 des hintersten Untersetzungsgetriebes wirkt dann über seine Zwischenräder 204/203 auf das Eingangsrad 23 des vorauf benachbarten Untersetzungsgetriebes und dessen zentrales Stirnrad 22 in gleicher Weise auf das Eingangsrad des vordersten Untersetzungsgetriebes und erst dessen zen trales Stirnrad treibt über seine Zwischenräder das Hohlrad 312 des Abtriebswellengetriebes. Unter Berück sichtigung dessen, daß dabei auch noch verschiedene zweistufige Zwischenräder 204/203 Verwendung finden kön nen, können auch die Untersetzungsverhältnisse in einem breiten Bereich frei gewählt werden.

Fig. 7 zeigt darüber hinaus, wie die Lagerblöcke 20 meh rerer Untersetzungsgetriebe und der Lagerblock 30 des Abtriebswellengetriebes 3 als einstückiges Bauteil her gestellt werden können, z. B. als Druckgußteil. Das glei che gilt für hintereinander angeordnete Motorlagerblöcke 5.

Wie der Erfinder festgestellt hat, können konventionelle elektrische Antriebsmotore einer Leistung von 0,75 bis 2,5 kW ersetzt werden durch einen Antrieb der vorge schlagenen Art mit einer Mehrzahl von 12 V-Minimotoren, die bei Vollast einen Strom von 560 mA ziehen und eine Drehzahl von 13340 U/min entwickeln.

Bei entsprechend bemessenem Untersetzungsverhältnis wer den die gewünschten Abtriebsdrehzahlen erreicht und er hebliche Einsparungen an elektrischer Energie erzielt.

Claims

1. Elektromotorischer Antrieb mit wenigstens einer Antriebsmotoreinheit (40), die eine Mehrzahl von elektrischen Kleinmotoren (4) aufweist, einem von der Motoreinheit (40) getriebenen Unterset zungsgetriebe (2)
und einem Abtriebswellengetriebe (3), dessen Abtriebs welle (31) ein mit dem letzten Untersetzungsgetriebe zusammenwirkendes Hohlrad (312) trägt und mit dem anzu treibenden Gerät gekoppelt ist.

2. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch l, gekenn zeichnet durch wenigstens ein weiteres Untersetzungsge triebe, wobei die mehreren Untersetzungsgetriebe hinter einandergeschaltet sind und das erste derselben von der Motoreinheit getrieben ist und das letzte derselben auf das Hohlrad (23) des Abtriebswellengetriebes (3) wirkt.

3. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Antriebsmotorein heiten (40), die mittels Kupplungswellen (56) parallel geschaltet sind.

4. Elektromotorischer Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Untersetzungsgetriebe (2) einen Lagerblock (20) aufweist, in dem zentral eine Hauptwelle (21) gela gert ist, auf der motorseitig ein Eingangsrad (23; 25) und abtriebsseitig ein Stirnrad (22) befestigt ist, und in dem zentralsymmetrisch eine Mehrzahl von das zen trale Stirnrad (22) umgebenden und mit diesem kämmenden Zwischenrädern (204/203) angeordnet sind und auf in La gerbohrungen (201) sitzenden Zwischenradachsen (202) gelagert sind, wobei die Zwischenräder außenseitig mit der Innenverzah nung des Hohlrades (312) des Abtriebswellengetriebes (3) kämmen.

5. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsrad des Untersetzungs getriebes (2) ein innenverzahntes Hohlrad (23) ist.

6. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsrad des Untersetzungs getriebes (2) ein Stirnrad (25) ist.

7. Elektromotorischer Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zwischenrad aus zwei hintereinanderliegenden und miteinander verbundenen Zwischenradhälften besteht, deren erste (204) einen grö ßeren Durchmesser aufweist und mit dem zentralen Stirn rad (22) kämmt, während die zweite Zwischenradhälfte (203) kleineren Durchmessers mit dem Hohlrad (312) kämmt.

8. Elektromotorischer Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen Montage von Zwischenradachsen (202) im Lager block (20) eine Vielzahl von Lagerbohrungen (201) um die Zentralbohrung der Hauptwelle (21) herum angeordnet sind.

9. Elektromotorischer Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleinmotore (4) jeder Antriebsmotoreinheit (40) in zentralsymmetrischer Verteilung angeordnet sind und ihre Abtriebswellen (41) Stirnräder (42) tragen, die an zentralsymmetrisch verteilten Umfangsstellen des Ein gangsrades (23) des Untersetzungsgetriebes (2) mit die sem kämmen.

10. Elektromotorischer Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antriebsmotoreinheit (40) einen Motorblock (5) aufweist, in dem eine Mehrzahl von Motorlageröffnungen (50) zur wahlweisen Bestückung mit Kleinmotoren (4) aus gearbeitet ist (Fig. 5).

11. Elektromotorischer Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in Spritzgießtechnik hergestelltes Gestell, in dem die erforderliche Anzahl von Motorlagerblöcken (5), die er forderliche Anzahl von Untersetzungsgetriebe-Lagerblöc ken (20) und der Lagerblock (30) des Abtriebswellenge triebes (3) ein einstückiges Bauteil bilden.

12. Elektromotorischer Antrieb mit einer Mehrzahl von in Axialrichtung hintereinanderliegenden Antriebsmotorein heiten nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der letzte zur Ab triebsseite hin gelegene Motorlagerblock (5) und ggfs. die weiteren Motorlagerblöcke mit Ausnahme des ersten eine Zentralbohrung für den Durchtritt einer Kupplungs welle (56) aufweisen,
welche am hinteren Ende ein Kupplungswelleneingangsrad (57) trägt, mit dem die Stirnräder (42) der Kleinmotore (4) der rückwärtig benachbarten Antriebsmotoreinheit (40) kämmen,
und welche am vorderen Ende mit dem Eingangsrad (23; 25) des Untersetzungsgetriebes (2) bzw. mit dem Kupplungs welleneingangsrad (57, 58) einer voranliegenden An triebsmotoreinheit (40) drehkuppelbar sind.

13. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 12, gekenn zeichnet durch ein Kupplungsformende (59) am vorderen Ende der Kupplungswelle (56) und eine zum Eingriff des selben ausgebildete Kupplungsformausnehmung (231) im Zentrum des Kupplungswelleneingangsrades (57, 58).

14. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungswelleneingangs rad ein innenverzahntes Hohlrad (57) ist.

15. Elektromotorischer Antrieb nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungswelleneingangs rad ein Stirnrad (58) ist.

16. Elektromotorischer Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (31) ein Zahnrad (9; Fig. 10) treibt.

17. Elektromotorischer Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (31) eine Kette (8; Fig. 9) treibt.

18. Elektromotorischer Antrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (31) einen Riemen (7; Fig. 8) treibt.