WO2016090390A1 - Antriebsstrang und verfahren zum anfahren eines antriebsstranges - Google Patents

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WO2016090390A1
WO2016090390A1 PCT/AT2015/000121 AT2015000121W WO2016090390A1 WO 2016090390 A1 WO2016090390 A1 WO 2016090390A1 AT 2015000121 W AT2015000121 W AT 2015000121W WO 2016090390 A1 WO2016090390 A1 WO 2016090390A1
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drive
differential
drive train
train according
gear
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PCT/AT2015/000121
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Gerald Hehenberger
Miha ERJAVEC
Original Assignee
Set Sustainable Energy Technologies Gmbh
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    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors
    • H02P5/747—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors mechanically coupled by gearing
    • H02P5/753—Differential gearing

Definitions

  • the invention relates to a drive train with a
  • Planetary gear with three input and output drives one output to the drive shaft, one drive to the prime mover and a second drive is connected to a differential drive.
  • the invention further relates to a method for starting a drive train with a drive shaft, a
  • Conveyors e.g. Pumps and compressors
  • Three-phase machines such as Asynchronous motors and synchronous motors with fixed speed.
  • Pole pair number of the drive machine defined. At e.g. Two-pole machines are therefore the synchronous speeds at approximate
  • Planetary gear stage with three input and output drives, wherein an output to the drive shaft of a work machine, a first drive to the prime mover and a second drive is connected to a differential drive.
  • Working machine can be operated at variable speed of the prime mover variable speed by the differential drive compensates for the speed difference.
  • the desired speed range is above the synchronous speed of the prime mover. This means that both the highest and the lowest speed point of the driven machines clearly above the
  • Synchronous speed (rated speed) of the prime mover is. In the case of a differential system, the speed depends on the
  • Output shaft from the synchronous speed of the drive machine and from the speed of the controllable shaft, which e.g. with the
  • Sun wheel is connected, starting from. With such a structure, however, it is difficult to control a super-synchronous speed, i. a
  • the object of the invention is therefore to find a transmission solution for a drive train, with which one can realize a differential stage and on the other hand a high speed on the drive shaft of a work machine without much effort on the one hand.
  • Another object of the invention is to facilitate the start-up of the prime mover.
  • Fig. 1 shows the principle of a differential system for a
  • Fig. 3 shows another embodiment of a differential system for a drive train according to the invention and for a method according to the invention for starting up a
  • Fig. 4 shows yet another embodiment of a
  • FIG. 1 shows the principle of a differential system for a drive train using the example of a pump. It is the
  • Planetary gear 3 executed differential gear 3 is driven by a prime mover 4.
  • the prime mover 4 is preferably a medium voltage three-phase machine connected to a network 12, which in the example shown due to the
  • Medium voltage three-phase machine is a medium voltage network is connected.
  • the selected voltage level depends on the application and v.a. the level of performance of
  • Planet carrier 7 is connected to the drive shaft 2, the prime mover 4 with a ring gear 8 and a sun gear 9 of the differential gear 3 with a differential drive 5.
  • the core of the differential system in this embodiment is thus a simple planetary gear with three inputs and outputs, with a Output with the drive shaft 2 of the work machine 1, a first drive to the drive unit 4 and a second drive to the differential drive 5 is connected.
  • a gear precursor 10 is between the
  • the gear precursor 10 may also be multi-stage, for example, or designed as a toothed belt, chain drive or planetary stage.
  • Transmission precursor 10 can also realize an axial offset for the working machine 1, and thus realize a coaxial arrangement of differential drive 5 and drive machine 4, which is a simple embodiment of the
  • the differential drive 5 is connected to the network 12 by means of a preferably low-voltage inverter 6, consisting of a motor-side and a grid-side inverter, and a transformer 11.
  • a preferably low-voltage inverter 6 consisting of a motor-side and a grid-side inverter, and a transformer 11.
  • Transformer 11 is similar to any existing ones
  • the main advantage of this concept is that the drive machine 4 directly, that is without consuming
  • Power electronics can be connected to the network 12.
  • the balance between the variable speed of the work machine 1 and the fixed speed of the network-connected drive machine 4 is determined by the variable-speed (controllable) differential drive 5
  • Torque differential drive torque drive shaft * y / x, where the size factor y / x is a measure of the
  • the power of the differential drive 5 is substantially proportional to the product of percent deviation of the pump speed of the basic speed x
  • Fig. 2 shows a differential system according to the invention, which allows a super-synchronous speed range without precursor.
  • a drive shaft 2 a prime mover 4 and a differential drive 5 for a differential gear 3, which by means of an inverter 6 (consisting of preferably motor Jeem and netz gloveem inverter - shown here simplified as a unit ) and one
  • Transformers 11 is connected to a network 12.
  • the inverter may be designed as a so-called 2Q system, whereby the differential drive 5 is then operated only by motor.
  • the drive shaft 2 is to be operated at a speed which is well above the synchronous speed of the prime mover 4, the drive shaft 2 with a sun gear 13 and the prime mover 4 with a ring gear 14 of a differential stage 15, with two or more Planet gears 16, connected.
  • This can be achieved in a simple way with a planetary gear stage and without gear precursor a translation between the prime mover 4 and working machine 1, for example, 2.5 to 6.5.
  • a stepped planetary set much higher ratios can be achieved beyond that.
  • Planet gears 16 each have two gears, which are rotatably connected to each other and different
  • Planet carrier 17 may, for example, in one or more parts be executed with non-rotatably interconnected components.
  • Differential drive 5 to implement.
  • a spur gear on for example, a spur gear on, but this, because of the high torque, very solid.
  • an additional separate planetary stage and / or an angular gear stage could be used.
  • Planet carrier 17 is required. This thus carries the two or more planet gears 16 of the main path (first planetary stage 15) and the planet gears 19 of the secondary path (second
  • the ring gear 20 of the sub-path is (directly or indirectly) connected to the transmission housing.
  • Differential drive 5 is coupled directly or indirectly to the sun gear 21 of the second planetary stage 15.
  • the ring gear 20 of the differential drive 5 can be driven variable speed.
  • the differential drive 5 is then directly or indirectly coupled to the ring gear 20.
  • the sun gear 21 is rotatably connected to the transmission housing.
  • the arrangement of the differential drive 5 is either coaxial with the sun gear 21 and ring gear 20, but may be offset in both cases and as shown in Fig. 2, via a matching gear 22.
  • the adjustment gear 22 is either coaxial with the sun gear 21 and ring gear 20, but may be offset in both cases and as shown in Fig. 2, via a matching gear 22.
  • the adjustment gear 22 is either coaxial with the sun gear 21 and ring gear 20, but may be offset in both cases and as shown in Fig. 2, via a matching gear 22.
  • the adjustment gear 22 is either coaxial with the sun gear 21 and ring gear 20, but may be offset in both cases and as shown in Fig. 2, via a matching gear 22.
  • the adjustment gear 22 is either coaxial with the sun gear 21 and ring gear 20, but may be offset in both cases and as shown in Fig. 2, via a matching gear 22.
  • the adjustment gear 22 is either coaxial with the sun gear 21 and ring gear 20, but may be offset in both cases and as shown in Fig. 2, via a matching gear 22.
  • the planet gears 16, 19 of both planetary stages 15, 18 can be mounted together on planet pins 23. In this variant, it follows that the axial distance of the planet wheels 16, 19 from the axis of rotation of the planet carrier 17 for both
  • the number can be as needed
  • the planet gears for the planetary stage 15 and / or 18 can also be designed as a stepped planet.
  • the planet gears 19 preferably offers a rolling bearing.
  • the planetary gears 16 are operated at a relatively high speed, which preferably offers a sliding bearing for this purpose.
  • the bearing of the planetary gears is to be selected according to the given technical conditions and not limited to the respectively preferred embodiment.
  • a helical gearing is required, for example for vibration or noise reasons, the following alternatives are available.
  • gears Disadvantage of an arrow toothing is an increased production and assembly costs. Instead of an arrow toothing, the gears can each consist of two gears and it can thereby subsequently, by selective choice of
  • the drive machine 1 operates in
  • a differential drive 5 for a pump as a work machine 1 has an output of about 15% of the total system power. That in turn means that with the
  • prime mover 4 can reduce the startup current, it also reduces the realizable startup torque.
  • Fig. 3 shows an embodiment according to the invention for a start-up method, which is characterized in that the drive machine 4 in a first step to a
  • Ring gear 20 is synchronized by means of a synchronization device 25 with the speed of the differential drive 5.
  • the synchronization device 25 is positioned in FIG. 3 between the sun gear 21 and the adaptation gear 22. However, it can also after the adjustment gear 22 and in multi-stage execution of a matching gear on an intermediate shaft of the
  • Adaptation gear 22 are attached. Thus, one can vary the specific torque and the specific speed for the synchronization device 25.
  • a corresponding matching gear can also be between
  • Synchronization device 25 apply analogously.
  • a Synchronization device 25 for example, if it is designed as a preferably oil-cooled multi-plate clutch, in a first step, for example, only flushed with oil and / or not or only
  • Synchronizer 25 a so-called drag torque (external braking torque), whereby the working machine 1 is set in slight rotational movement, wherein the
  • Differential drive 5 has to provide a counter-torque in the at least the same height. According to the constructive
  • Synchronization device 25 are preferably transmitted 2-20%, in particular 5 to 15%, of the transferable nominal torque.
  • the resulting advantage is that, by the working machine 1 is set in rotational motion, the maximum speed of the planet carrier 17 and thus the maximum on the bearing of the planet gears 16, 19 acting (and growing quadratically with the speed) centrifugal forces are reduced. With e.g. 5% of the rated torque as a drag torque can be achieved in the case of a pump about 25% of the rated speed of the working machine 1. This in turn means that the maximum centrifugal forces at the bearing of the planet wheels 16, 19 can be reduced by about 40%. In addition, the maximum rotational speed of the planetary gears 16, 19 that occurs during the startup process is reduced by about 25%.
  • the drag torque can also be selected to be higher, for example. 15-20%
  • a multi-plate clutch (also referred to as Reiblamellenkupplung) consists of at least one inner and one outer plate.
  • the inner plate (s) is (are) toothed with a shaft and the outer plate (s) is (are) of an internally toothed,
  • Actuating force can be transmitted through the larger surface area higher torques.
  • the characteristic feature of a multi-plate clutch compared to other clutches is the arrangement of several friction linings in series. The same contact pressure acts on all friction pairs. Multi-plate clutches are switchable under load. Most of these are in oil and running
  • the multi-plate clutch is designed as a so-called fail-safe clutch, then it is e.g. closed against spring pressure or oil pressure, etc.
  • the advantage is that it allows the system to be "fail-safe.” This means that in the event of a system failure (e.g., power failure, etc.), the clutch will automatically open, thus protecting the differential drive 5 from damaging overspeed, for example.
  • a viscous coupling or a retarder can also be used as the synchronization device 25.
  • a viscous coupling or a retarder preferably a locking device must be provided in order to synchronize the rotational movement of the
  • a visco-coupling is e.g. in the powertrain of
  • Used motor vehicles In principle, it transmits in its interior a rotary motion over a circular disk
  • Differential drive 5 the speed difference between this (taking into account a possibly existing matching gear 22) and the sun gear 21 (or ring gear 20) are controlled according to the desired torque to be transmitted.
  • Differential drive 5 can transmit slippage.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the invention
  • Ring gear 20 freely with and it can build up no significant torque throughout the drive train.
  • the work machine 1 remains smaller in an area
  • Speed and the prime mover 4 can be synchronized with the network 12 without appreciable external counter-torque.
  • a star / delta circuit may be implemented or the prime mover 4 may be implemented by an auxiliary device - e.g. a small, preferably
  • Variable speed drive - brought to (nearly) synchronous speed and then synchronized with the network 12
  • the control speed range is the speed range in which the
  • Differential drive 5 operates to realize the working speed range of the working machine 1 can.
  • Control speed range is thereby v.a. determined by the voltage, current and speed limits specified by the manufacturer.
  • the differential drive 5 can not be connected to the network 12.
  • a synchronization brake 27 for example a
  • Differential drive-side part of the clutch 26 (preferably by means of differential drive 5) preferably synchronized with the speed of the second drive of the differential gear and then the clutch 26 is closed.
  • the coupling 26 is preferably a positive-locking dog clutch or a frictional multi-plate clutch.
  • non-positive multi-plate clutch is that, if it is designed for this, no synchronization of the two coupling halves is necessary.
  • Synchronization brake 27 on the one hand and the tilting torque of the engine 4 on the other hand is determined. That In contrast to the starting options according to the prior art, the multiple rated torque can be realized as a starting torque of zero speed away, since the typical overturning a
  • Three-phase machine is at about 2 to 3 times their rated torque.
  • a so-called synchronous brake 27 can also be used
  • Rotational movement is offset) can be applied.
  • this start-up method can also be used at e.g.
  • the clutch 26 and the synchronization brake 27 are positioned in FIG. 4 between the sun gear 21 and the adjustment gear 22. However, you can also after the adjustment gear 22 and in multi-stage design on an intermediate shaft of the
  • Adaptation gear 22 are attached.
  • the clutch 26 and the synchronization brake 27 also need not necessarily be positioned one behind the other and can be realized to realize the start-up procedure according to the design conditions freely between
  • Differential drive 5 and sun shaft 21 are positioned.
  • Differential drive 5 and ring gear 20 are attached.
  • Adaptation gear 22 protects against unauthorized overspeed.
  • Retarder hydraulic brake
  • Hydrodynamic retarders usually work with oil or water, which is directed into a converter housing if necessary.
  • the converter housing consists of two rotationally symmetrical and opposite
  • Paddle wheels and previously a rotor, which is connected to the driveline of the system, and a fixed stator.
  • the rotor accelerates the supplied oil and the centrifugal force pushes it outwards. Due to the shape of the rotor blades, the oil is conducted into the stator, which thereby induces a braking torque in the rotor and subsequently also brakes the entire drive train.
  • an electrodynamic retarder e.g. an eddy current brake
  • rotors e.g. two steel discs (rotors), which are not magnetized, connected to the drive train. In between lies the stator with electric coils.
  • When power is applied by activation of the retarder magnetic fields are generated which are closed by the rotors. The opposing magnetic fields then generate the braking effect.
  • the resulting heat is e.g. discharged through internally ventilated rotor discs again.
  • An essential advantage of a retarder as service brake is its freedom from wear and good controllability.
  • the drive train according to the invention (according to FIGS. 3 and 4) can also be used to drive the engine 4 in FIG.
  • Drive machine 4 can supply reactive power in or out of the network 12, without the work machine 1 is operated.

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Abstract

Ein Antriebsstrang weist eine Antriebswelle (2), eine Antriebsmaschine (4) und ein Planetengetriebe (3) mit drei An- bzw. Abtrieben auf, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle (2), ein Antrieb mit der Antriebsmaschine (4) und ein zweiter Antrieb mit einem Differenzialantrieb (5) verbunden ist. Das Planetengetriebe (3) weist zwei Planetenstufen (15, 18) auf, wobei die Antriebswelle (2) mit dem Sonnenrad (13) einer Planetenstufe (15) verbunden ist, mit deren Hohlrad (14) die Antriebsmaschine (4) verbunden ist, und wobei der Differenzialantrieb (5) mit dem Sonnenrad (21) oder dem Hohlrad (20) der anderen Planetenstufe (18) verbunden ist und die Planetenträger (17) der beiden Planetenstufen (15, 18) drehfest miteinander verbunden sind.

Description

Antriebsstrang und Verfahren zum Anfahren eines Antriebsstranges
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einer
Antriebswelle, einer Antriebsmaschine und mit einem
Planetengetriebe mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle, ein Antrieb mit der Antriebsmaschine und ein zweiter Antrieb mit einem Differenzialantrieb verbunden ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Anfahren eines Antriebsstrangs mit einer Antriebswelle, einer
Antriebsmaschine und mit einem Differenzialgetriebe mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle, ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine und ein zweiter Antrieb mit einem Differenzialantrieb verbunden ist.
Ein allgemeines Problem von Arbeitsmaschinen, wie
Fördereinrichtungen, z.B. Pumpen und Verdichter, ist ein
effizienter drehzahlvariabler Betrieb. Im Weiteren werden elektrische Maschinen als Beispiel für Antriebsmaschinen
herangezogen, das beschriebene Antriebskonzept ist aber für alle möglichen Arten von Antriebsmaschinen so wie z.B. für
Verbrennungskraftmaschinen einsetzbar .
Die am häufigsten verwendeten elektrischen Antriebe sind
Drehstrommaschinen wie z.B. Asynchronmotoren und Synchronmotoren mit fixer Drehzahl. Die Nenndrehzahl eines herkömmlichen
elektrischen Antriebs ist über die Netzfrequenz und der
Polpaarzahl der Antriebsmaschine definiert. Bei z.B. zweipoligen Maschinen liegen daher die Synchrondrehzahlen bei annähernd
3000rpm (50Hz Netzfrequenz) bzw. 3600rpm (60Hz Netzfrequenz) .
Um die anwendungsspezifischen Prozesse zu optimieren, werden elektrische Maschinen, anstatt direkt an ein Netz angeschlossen zu werden, häufig in Kombination mit einem Frequenzumrichter als drehzahlvariabler Antrieb ausgeführt. Damit kann man zwar einen drehzahlvariablen Betrieb des Antriebs realisieren, die Lösung ist jedoch teuer und mit wesentlichen Wirkungsgradeinbußen verbunden.
Eine vergleichsweise kostengünstigere und auch bezüglich des Wirkungsgrades bessere Alternative ist der Einsatz von
Differenzialsystemen, beispielsweise gemäß EP 2 342 454 A.
Der Kern eines Differenzialsystems ist ein Differenzialgetriebe, das in einer einfachen Ausführung eine einfache
Planetengetriebestufe mit drei An- bzw. Abtrieben ist, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle einer Arbeitsmaschine, ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine und ein zweiter Antrieb mit einem Differenzialantrieb verbunden ist. Damit kann die
Arbeitsmaschine bei konstanter Drehzahl der Antriebsmaschine drehzahlvariabel betrieben werden, indem der Differenzialantrieb die Drehzahldifferenz ausgleicht.
In vielen Anwendungsfällen liegt der gewünschte Drehzahlbereich oberhalb der Synchrondrehzahl der Antriebsmaschine. Das heißt, dass sowohl der höchste als auch der niederste Drehzahlpunkt der anzutreibenden Arbeitsmaschinen deutlich über der
Synchrondrehzahl (Nenndrehzahl) der Antriebsmaschine liegt. Im Falle eines Differenzialsyst-ems hängt die Drehzahl der
Abtriebswelle von der Synchrondrehzahl der Antriebmaschine und von der Drehzahl der regelbaren Welle, welche z.B. mit dem
Sonnenrad verbundenen ist, ab. Mit einem derartigen Aufbau ist es jedoch schwer, eine übersynchrone Drehzahl, d.h. eine
Drehzahl der Arbeitsmaschine, die über der Drehzahl der
Antriebsmaschine liegt, zu erreichen. Daher versieht man das System z.B. mit einer zusätzlichen Übersetzungsstufe
(Getriebevorstufe) , um eine deutliche Erhöhung der
Antriebsdrehzahl für eine Arbeitsmaschine zu erreichen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Getriebelösung für einen Antriebsstrang zu finden, mit der man ohne großen Aufwand einerseits eine Differenzialstufe und andererseits eine hohe Drehzahl an der Antriebswelle einer Arbeitsmaschine realisieren kann.
Gelöst wir diese Aufgabe mit einem Antriebsstrang mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das Hochfahren der Antriebsmaschine zu erleichtern.
Gelöst wird diese Aufgabe des Weiteren mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der ünteransprüche .
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die angeschlossenen Zeichnungen erläutert. Es zeigt :
Fig. 1 das Prinzip eines Differenzialsystems für einen
Antriebsstrang einer Pumpe gemäß Stand der Technik,
Fig. 2 eine Ausführungsform eines Differenzialsystems für einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Differenzialsystems für einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang und für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Hochfahren einer
Antriebsmaschine und
Fig. 4 noch eine weitere Ausführungsform eines
Differenzialsystems für einen erfindungsgemäßen
Antriebsstrang und für ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren zum Hochfahren einer Antriebsmaschine. Fig. 1 zeigt das Prinzip eines Differenzialsystems für einen Antriebsstrang am Beispiel einer Pumpe. Dabei ist die
Arbeitsmaschine 1 der schematisch dargestellte Rotor einer Pumpe, welcher über eine Antriebswelle 2 und ein als
Planetengetriebe 3 ausgeführtes Differenzialgetriebe 3 von einer Antriebsmaschine 4 angetrieben wird. Die Antriebsmaschine 4 ist vorzugsweise eine Mittelspannungs-Drehstrommaschine, welche an ein Netz 12, welches im gezeigten Beispiel aufgrund der
Mittelspannungs-Drehstrommaschine ein Mittelspannungsnetz ist, angeschlossen wird. Das gewählte Spannungsniveau hängt jedoch vom Einsatzfall und v.a. dem Leistungsniveau der
Antriebsmaschine 4 ab und kann ohne Einfluss auf die
Grundfunktion des Systems jedes gewünschte Spannungsniveau haben. Entsprechend der Polpaarzahl der Antriebsmaschine 4 ergibt sich eine bauartspezifische Synchrondrehzahl. Ein
Planetenträger 7 ist mit der Antriebswelle 2 verbunden, die Antriebsmaschine 4 mit einem Hohlrad 8 und ein Sonnenrad 9 des Differenzialgetriebes 3 mit einem Differenzialantrieb 5. Der Kern des Differenzialsystems ist in dieser Ausführungsform somit eine einfache Planetengetriebestufe mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle 2 der Arbeitsmaschine 1, ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine 4 und ein zweiter Antrieb mit dem Differenzialantrieb 5 verbunden ist.
Um den Drehzahlbereich der Arbeitsmaschine 1 optimal anpassen zu können, wird eine Getriebevorstufe 10 zwischen dem
Planetenträger 7 und der Antriebswelle 2 implementiert.
Alternativ zur gezeigten Stirnradstufe kann die Getriebevorstufe 10 beispielsweise auch mehrstufig sein, bzw. als Zahnriemen, Kettentrieb oder Planetenstufe ausgeführt werden. Mit der
Getriebevorstufe 10 kann man darüber hinaus einen Achsversatz für die Arbeitsmaschine 1 realisieren, und damit eine koaxiale Anordnung von Differenzialantrieb 5 und Antriebsmaschine 4 realisieren, was eine einfache Ausführung des
Differenzialsystems erlaubt. Elektrisch ist der Differenzialantrieb 5 mittels eines vorzugsweise Niederspannungs- Wechselrichters 6, bestehend aus einem motorseitigen und einem netzseitigen Wechselrichter, und eines Transformators 11 an das Netz 12 angeschlossen. Der
Transformator 11 gleicht allfällige vorhandene
Spannungsdifferenzen zwischen dem Netz 12 und dem Wechselrichter 6 aus und kann bei Spannungsgleichheit zwischen der
Antriebsmaschine 4, dem Wechselrichter 6 und dem Netz 12
entfallen. Wesentlicher Vorteil dieses Konzeptes ist, dass die Antriebsmaschine 4 direkt, das heißt ohne aufwändige
Leistungselektronik, an das Netz 12 angebunden werden kann. Der Ausgleich zwischen variabler Drehzahl der Arbeitsmaschine 1 und fixer Drehzahl der netzgebundenen Antriebsmaschine 4 wird durch den drehzahlvariablen (regelbaren) Differenzialantrieb 5
realisiert.
Die Drehmomentgleichung für das Differenzialsystem lautet:
DrehmomentDifferenzialantrieb = DrehmomentAntriebswelle * y / x, wobei der Größenfaktor y/x ein Maß für die
Übersetzungsverhältnisse im Differenzialgetriebe 3 und in der Getriebevorstufe 10 ist. Die Leistung des Differenzialantriebes 5 ist im Wesentlichen proportional dem Produkt aus prozentueller Abweichung der Pumpendrehzahl von deren Grunddrehzahl x
Antriebswellenleistung. Dementsprechend erfordert ein großer Drehzahlbereich grundsätzlich eine entsprechend große
Dimensionierung des Differenzialantriebs 5. Darin ist auch der
1
Grund zu sehen, warum Differenzialsysteme für kleine
Drehzahlbereiche besonders gut geeignet sind, wobei aber
grundsätzlich jeder Drehzahlbereich realisierbar ist.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Differenzialsystem, das einen übersynchronen Drehzahlbereich ohne Vorstufe ermöglicht. Der gezeigte Triebstrang weist auch hier wie in Fig. 1 eine Arbeitsmaschine 1, eine Antriebswelle 2, eine Antriebsmaschine 4 und einen Differenzialantrieb 5 für ein Differenzialgetriebe 3 auf, welcher mittels eines Wechselrichters 6 (bestehend aus vorzugsweise motorseitigem und netzseitigem Wechselrichter - hier vereinfacht als Einheit dargestellt) und eines
Transformators 11 an ein Netz 12 angeschlossen ist. In einer besonders einfachen Ausführungsform eines Differenzialsystems kann der Wechselrichter als sogenanntes 2Q-System ausgelegt sein, wodurch der Differenzialantrieb 5 dann nur motorisch betrieben wird.
Da in dem beschriebenen Beispiel die Antriebswelle 2 mit einer Drehzahl betrieben werden soll, die deutlich über der synchronen Drehzahl der Antriebsmaschine 4 liegt, wird die Antriebswelle 2 mit einem Sonnenrad 13 und die Antriebsmaschine 4 mit einem Hohlrad 14 einer Differenzialstufe 15, mit zwei oder mehreren Planetenrädern 16, verbunden. Damit kann man auf einfache Art mit einer Planetengetriebestufe und ohne Getriebevorstufe eine Übersetzung zwischen Antriebsmaschine 4 und Arbeitsmaschine 1 von beispielsweise 2,5 bis 6,5 erreichen. Mit beispielsweise einem Stufenplanetensatz sind darüber hinaus noch wesentlich höhere Übersetzungsverhältnisse erreichbar. Ein
Stufenplanetensatz ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Planetenräder 16 jeweils zwei Zahnräder aufweisen, welche miteinander drehfest verbunden sind und unterschiedliche
Teilkreisdurchmesser aufweisen.
Mit einer von der Antriebsmaschine 4 bestimmten fixen Drehzahl des Hohlrades 14 und einer betriebsbedingt geforderten Drehzahl des Sonnenrades 13, ergibt sich zwangsläufig eine einzustellende Drehzahl bzw. ein einzustellendes Drehmoment am Planetenträger 17, welche vom Differenzialantrieb 5 zu regeln sind. Der
Planetenträger 17 kann beispielsweise einteilig oder mehrteilig mit drehfest miteinander verbundenen Komponenten ausgeführt sein.
Da das Drehmoment am Planetenträger 17. das größte im gesamten Differenzialgetriebe 3 ist, empfiehlt es sich, z.B. eine
Obersetzungsstufe zwischen dem Planetenträger 17 und dem
Differenzialantrieb 5 zu implementieren. Dafür bietet sich z.B. eine Stirnradstufe an, jedoch wird diese, aufgrund der hohen Drehmomente, sehr massiv. Alternativ wäre eine zusätzliche separate Planetenstufe und/oder eine Winkelgetriebestufe einsetzbar.
Als wesentlich bessere Alternative wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, in das Differenzialgetriebe 3 eine zweite
Planetenstufe 18 an die erste Planetenstufe 15 anzubinden bzw. in diese zu integrieren - und zwar derart, dass nur ein
Planetenträger 17 erforderlich ist. Dieser trägt somit die zwei oder mehr Planetenräder 16 des Hauptpfades (erste Planetenstufe 15) und die Planetenräder 19 des Nebenpfades (zweite
Planetenstufe 18) . Das Hohlrad 20 des Nebenpfades ist (direkt oder indirekt) mit dem Getriebegehäuse verbunden. Der
Differenzialantrieb 5 ist mit dem Sonnenrad 21 der zweiten Planetenstufe 15 direkt oder indirekt gekoppelt.
In einer alternativen Ausführungsform, kann das Hohlrad 20 des Differenzialantriebs 5 drehzahlvariabel angetrieben werden. Der Differenzialantrieb 5 ist dann mit dem Hohlrad 20 direkt oder indirekt gekoppelt. In diesem Fall ist das Sonnenrad 21 drehfest mit dem Getriebegehäuse verbunden.
Die Anordnung des Differenzialantriebes 5 ist entweder koaxial zum Sonnenrad 21 bzw. Hohlrad 20, kann aber in beiden Fällen und wie in Fig. 2 dargestellt, über ein Anpassungsgetriebe 22 versetzt sein. Alternativ kann das Anpassungsgetriebe 22
beispielsweise auch mehrstufig sein, bzw. als Zahnriemen, Kettentrieb, Planetenstufe oder als Winkelgetriebe ausgeführt werden.
Die Planetenräder 16, 19 beider Planetenstufen 15, 18 können gemeinsam auf Planetenbolzen 23 gelagert werden. In dieser Variante ergibt sich, dass der Axialabstand der Planetenräder 16, 19 von der Drehachse des Planetenträgers 17 für beide
Planetenstufen 15, 18 gleich ist. Sind unterschiedliche
Axialabstände für Planetenräder 16 und 19 notwendig, wären separate Planetenbolzen für die Planetenräder 16 bzw. 19 erforderlich. Die Anzahl der Planetenräder 16, 19 pro
Planetenstufe 15, 18 ist entsprechend den technischen
Anforderungen zu wählen. Die Anzahl kann bei Bedarf
unterschiedlich für die Planetenstufen 15 und 18 sein. Darüber hinaus können die Planetenräder für die Planetenstufe 15 und/oder 18 auch als Stufenplaneten ausgeführt werden.
Da der Differenzialantrieb 5 vorzugsweise motorisch und
generatorisch betrieben wird, ergeben sich für die Planetenräder 16 und 19 sehr unterschiedliche DrehzahlVerhältnisse. Es sind die Drehzahlen für die Planetenräder 19 grundsätzlich wesentlich niedriger als für die Planetenräder 16 und werden darüber hinaus im Regelbetrieb zeitweise auch mit Drehzahl gleich Null
betrieben. Somit bietet sich für die Lagerung der Planetenräder 19 vorzugsweise eine Wälzlagerung an. Andererseits werden die Planetenräder 16 mit verhältnismäßig hoher Drehzahl betrieben, womit sich hierfür vorzugsweise eine Gleitlagerung anbietet. Die Lagerung der Planetenräder ist entsprechend den gegebenen technischen Rahmenbedingungen auszuwählen und nicht auf die jeweils vorzugsweise genannte Ausführungsform zu beschränken.
Wird aus z.B. schwingungs- bzw. lärmtechnischen Gründen eine Schrägverzahnung gefordert, so bieten sich folgende Alternativen an. Einerseits kann man die Planetenräder 16 und/oder 19 mit einer sogenannten Pfeilverzahnung versehen, wodurch als zusätzlicher Vorteil keine durch eine Schrägverzahnung hervorgerufenen Querkräfte und Kippmomente entstehen. Dies schafft optimale Rahmenbedingungen für die Lagerung der
Zahnräder. Nachteil einer Pfeilverzahnung ist ein erhöhter Fertigungs- und Montageaufwand. Anstelle einer Pfeilverzahnung können die Zahnräder aus jeweils zwei Zahnrädern bestehen und es können dadurch in weiterer Folge, durch gezielte Wahl der
Schrägungswinkel, resultierende Querkräfte und Kippmomente vermieden werden. Dies bietet sich u.a. auch für bereits
erwähnte Stufenplaneten an, die entsprechend gegensinnig
verzahnt sein können.
Als Arbeitsmaschine 1 ist in den Figuren beispielhaft eine Pumpe dargestellt. Das hier beschriebene Konzept ist jedoch auch bei Antrieben für Arbeitsmaschinen wie z.B. Kompressoren,
Ventilatoren und Förderbänder, Mühlen, Brecher, etc. oder
Energiegewinnungsanlagen und dergleichen anwendbar.
Im Falle des Einsatzes des erfindungsgemäßen Systems bei einer Energiegewinnungsanlage arbeitet die Antriebsmaschine 1 im
Wesentlichen im generatorischen Betrieb und demzufolge dreht sich der Leistungsfluss im gesamten Antriebsstrang im Vergleich zur Darstellung bzw. Beschreibung in Fig. 2 um.
Ein Differenzialantrieb 5 für eine Pumpe als Arbeitsmaschine 1 hat beispielsweise eine Leistung von rund 15% der System- Gesamtleistung. Das wiederum bedeutet, dass mit dem
Differenzialsystem bzw. dem Antriebsstrang im Regelbetrieb keine niedrigen Drehzahlen an der Arbeitsmaschine 1 realisiert werden können. Muss die Arbeitsmaschine 1 von Drehzahl Null in ihren Arbeitsdrehzahlbereich (dies ist der Drehzahlbereich, in dem die Arbeitsmaschine 1 im Wesentlichen arbeitet) gebracht werden, so kann dies realisiert werden, indem z.B. der Differenzialantrieb 5 eingebremst (entweder elektrisch oder mittels Motorbremse) und die Antriebsmaschine 4 an das Netz geschaltet wird. Die Antriebsmaschine 4 wiederum kann aus dem Stand nur ein reduziertes Drehmoment aufbringen, bzw. zieht sie einen
vielfachen- Nennstrom, um auf annähernd Synchrondrehzahl zu beschleunigen. Durch Einsatz einer sogenannten Stern/Dreieck- Schaltung oder einer sogenannten Dämpferwicklung in der
Antriebsmaschine 4 kann man zwar den Hochfahr-Strom reduzieren, reduziert damit jedoch auch das realisierbare Hochfahr- Drehmoment .
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform für ein Hochfahr-Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antriebsmaschine 4 in einem ersten Schritt auf eine
Betriebsdrehzahl beschleunigt wird (Hochstarten der
Antriebsmaschine 4), während der Differenzialantrieb 5 vom zweiten Antrieb getrennt ist, und dass in einem weiteren Schritt die Arbeitsmaschine 1 beschleunigt wird, indem die Drehzahl des bis dahin ungebremsten zweiten Antriebs (Sonnenrad 21 bzw.
Hohlrad 20) mittels einer Synchronisationseinrichtung 25 mit der Drehzahl des Differenzialantriebs 5 synchronisiert wird. Die Synchronisationseinrichtung 25 ist in Fig. 3 zwischen Sonnenrad 21 und Anpassungsgetriebe 22 positioniert. Sie kann jedoch auch nach dem Anpassungsgetriebe 22 bzw. bei mehrstufiger Ausführung eines Anpassungsgetriebes auf einer Zwischenwelle des
Anpassungsgetriebes 22 angebracht werden. Damit kann man das spezifische Drehmoment und die spezifische Drehzahl für die Synchronisationseinrichtung 25 variieren.
Wenn der Differenzialantrieb 5 das Hohlrad 20 antreibt, kann ein entsprechendes Anpassungsgetriebe auch zwischen
Differenzialantrieb 5 und Hohlrad 20 angebracht werden. Die Feststellungen bezüglich Positionierung der
Synchronisationseinrichtung 25 gelten analog.
Um die während des Hochfahrens entstehenden hohen Drehzahlen am Planetenträger 17 zu vermeiden, kann eine Synchronisationseinrichtung 25, wenn sie z.B. als vorzugsweise ölgekühlte Lamellenkupplung ausgeführt ist, in einem ersten Schritt z.B. nur mit öl gespült und/oder nicht oder nur
teilweise geschlossen werden. Dadurch entsteht in der
Synchronisationseinrichtung 25 ein sogenanntes Schleppmoment (äußeres bremsenden Drehmoment) , wodurch die Arbeitsmaschine 1 in leichte Drehbewegung versetzt wird, wobei der
Differenzialantrieb 5 ein Gegenmoment in der zumindest gleichen Höhe bereitzustellen hat. Entsprechend der konstruktiven
Ausgestaltung und der ölviskosität bzw. der Regelung der
Synchronisationseinrichtung 25 werden dabei vorzugsweise 2-20%, insbesondere 5 bis 15%, des übertragbaren Nenndrehmomentes übertragen. Der dabei entstehende Vorteil ist, dass, indem die Arbeitsmaschine 1 in Drehbewegung versetzt wird, die maximale Drehzahl des Planetenträgers 17 und damit die maximalen auf die Lagerung der Planetenräder 16, 19 wirkenden (und quadratisch mit der Drehzahl wachsenden) Fliehkräfte reduziert werden. Mit z.B. 5% des Nenndrehmomentes als Schleppmoment kann man im Falle einer Pumpe etwa 25% der Nenndrehzahl der Arbeitsmaschine 1 erreichen. Dies wiederum bedeutet, dass die maximal auftretenden Fliehkräfte an der Lagerung der Planetenräder 16, 19 um etwa 40% reduziert werden können. Darüber hinaus wird auch die sich während des Hochfahr-Prozesses einstellende maximale Drehzahl der Planetenräder 16, 19 um etwa 25% reduziert.
Entsprechend den geforderten Rahmenbedingungen für das Anfahren der Antriebsmaschine 4 bzw. der Arbeitsmaschine 1, kann das Schleppmoment auch höher gewählt werden und z.B. 15-20%
betragen, wobei es hierbei keine prinzipielle Begrenzung nach oben gibt, ein Schleppmoment zwischen 2 und 20% jedoch technisch mit einfachen Mitteln zu realisieren ist und aufgrund der quadratisch mit der Drehzahl wachsenden Fliehkräfte diese sehr effektiv reduziert. Wählt man für das Hochstarten der Antriebsmaschine 4 einen
Prozess in Anlehnung an die WO 2014/169302 A, gestaltet man idealerweise das Hochfahrverfahren derart, dass die maximale für den Hochfahrprozess erforderliche Leistung des Wechselrichters die Nennleistung des Wechseltrichters 6 nicht überschreitet, um diesen für das Anfahren der Antriebsmaschine 4 einsetzen zu können.
Eine Lamellenkupplung (auch als Reiblamellenkupplung bezeichnet) besteht aus wenigstens einer Innen- und einer Außenlamelle. Die Innenlamelle (n) ist (sind) mit einer Welle verzahnt und die Außenlamelle (n) wird (werden) von einem innenverzahnten,
rohrförmigen Träger aufgenommen, üm das zu übertragende
Drehmoment zu erhöhen, werden oft mehrere Innen- und
Außenlamellen abwechselnd angeordnet, so dass bei gleicher
Betätigungskraft durch die größere Belagfläche höhere Momente übertragen werden können. Das charakteristische Merkmal eine Lamellenkupplung im Vergleich zu anderen Kupplungen ist die Anordnung mehrerer Reibbeläge in Reihe. Dabei wirkt die gleiche Anpresskraft auf alle Reibpaare. Lamellenkupplungen sind unter Last schaltbar. Meistens sind diese in öl laufend und
überwiegend in hochbelasteten Haupt- oder Anfahrkupplungen oder in Sperrdifferenzialen im Einsatz.
Wird die Lamellenkupplung als sogenannte fail-safe-Kupplung ausgeführt, dann wird sie z.B. gegen Federdruck oder Öldruck, etc. geschlossen. Der Vorteil ist, dass das System damit „fail- safe" ausgeführt werden kann. Dies bedeutet, dass bei einem Systemfehler (z.B. Stromausfall, etc.) die Kupplung automatisch öffnet und damit der Differenzialantrieb 5 vor z.B. schädigender Überdrehzahl geschützt werden kann.
Alternativ zu einer Lamellenkupplung ist auch eine Visco- Kupplung, oder ein Retarder als Synchronisationseinrichtung 25 einsetzbar. Bei Einsatz einer Visco-Kupplung oder eines Retarders muss vorzugsweise eine Sperrvorrichtung vorgesehen werden, um nach erfolgter Synchronisation die Drehbewegung des
Differenzialantriebes 5 schlupffrei übertragen zu können.
Eine Visco-Kupplung wird z.B. im Antriebsstrang von
Kraftfahrzeugen eingesetzt. Im Prinzip überträgt sie in ihrem Inneren eine Drehbewegung über eine kreisförmige Scheibe
(Lamelle) an der Eingangsseite an ein Fluid, welches wiederum eine weitere Lamelle an der Ausgangsseite antreibt. Durch diese Bauform überträgt die Visco-Kupplung ein Drehmoment und
ermöglicht einen Drehzahlausgleich. Je größer die
Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangslamelle ist, umso größer wird das Drehmoment, welches die Visco-Kupplung übertragen kann. Durch Drehzahlregelung des
Differenzialantriebes 5 kann die Drehzahldifferenz zwischen diesem (unter Berücksichtigung eines allenfalls vorhandenen Anpassungsgetriebes 22) und der Sonnenradwelle 21 (bzw. Hohlrad 20) entsprechend dem gewünschten zu übertragenden Drehmoment geregelt werden.
Weiters kann durch Erhöhung der Anpresskraft zwischen den
Lamellen der Visco-Kupplung einerseits das übertragbare
Drehmoment geregelt bzw. die Visco-Kupplung gesperrt werden, womit diese in weiterer Folge die Drehbewegung des
Differenzialantriebes 5 schlupffrei übertragen kann.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines
Triebstranges für ein alternatives Verfahren zum Hochfahren eines Antriebes gemäß der Erfindung.
Beim Hochfahren werden in dieser Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Schritt der Differenzialantrieb 5 und das
Anpassungsgetriebe 22 durch eine Kupplung 26 vom Rest des
Triebstranges entkoppelt. Wird nun die Antriebsmaschine 4 hochgestartet und mit dem Netz verbunden, so dreht das Sonnenrad 21 (bzw. alternativ, wie schon zu Fig. 3 beschrieben, das
Hohlrad 20) frei mit und es kann sich im gesamten Triebstrang kein nennenswertes Drehmoment aufbauen. Somit verbleibt auch in diesem Fall die Arbeitsmaschine 1 in einem Bereich kleiner
Drehzahl und die Antriebsmaschine 4 kann ohne nennenswertes äußeres Gegenmoment mit dem Netz 12 synchronisiert werden.
Um Stromspitzen beim Synchronisieren der Antriebsmaschine 4 mit dem Netz 12 zu vermeiden, kann entweder eine Stern/Dreieck- Schaltung implementiert oder die Antriebsmaschine 4 durch eine Hilfseinrichtung - z.B. einen kleinen, vorzugsweise
drehzahlvariablen Antrieb - auf (annähernd) Synchrondrehzahl gebracht und anschließend mit dem Netz 12 synchronisiert
und/oder verbunden werden, oder ein Verfahren zum Hochfahren in Anlehnung an das in der WO 2014/169302 A beschriebene Verfahren, wie schon zu Fig. 3 beschrieben, eingesetzt werden.
Alternativ kann bei geschlossener Kupplung 26 die
Antriebsmaschine 4 mit dem Differenzialantrieb 5 auf Drehzahl gebracht werden. Dabei kann die Antriebsmaschine 4 zwar nicht bis zu ihrer Synchrondrehzahl beschleunigt werden, zumindest ist jedoch der sich einstellende Anfahrstrom kleiner. Die Kupplung 26 wird abschließend wieder geöffnet.
Die hier beschriebenen Verfahren zum Hochstarten der
Antriebsmaschine 4 sind analog auch auf das Verfahren gemäß Fig. 3 anzuwenden.
Sobald die mit dem ersten Antrieb des Differenzialgetriebes 3 verbundene Antriebsmaschine 4 über eine gewisse Drehzahl
beschleunigt wurde und die Arbeitsmaschine 1 sich währenddessen nur langsam dreht, stellt sich- am Sonnenrad 21 (bzw. am Hohlrad 20) eine entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des
Differenzialgetriebes hohe Drehzahl ein, welche (unter Berücksichtigung des Anpassungsgetriebes 22) über dem erlaubten Regeldrehzahlbereich für den Differenzialantrieb 5 liegt. Der Regeldrehzahlbereich ist der Drehzahlbereich, in dem der
Differenzialantrieb 5 arbeitet um den Arbeitsdrehzahlbereich der Arbeitsmaschine 1 realisieren zu können. Der
Regeldrehzahlbereich wird dabei v.a. durch die vom Hersteller spezifizierten Spannungs-, Strom- und Drehzahlgrenzen bestimmt. In dieser Phase kann der Differenzialantrieb 5 nicht mit dem Netz 12 verbunden sein. In einem weiteren Schritt wird daher mit einer Synchronisationsbremse 27, beispielsweise einer
Scheibenbremse, der mit dem Sonnenrad 21 (bzw. Hohlrad 20) verbundene, zweite Antrieb des Differenzialgetriebes 3 auf eine Drehzahl verzögert, welche im Regeldrehzahlbereich des
Differenzialantriebs 5 liegt. In weiterer Folge wird der
differenzialantriebseitige Teil der Kupplung 26 (vorzugsweise mittels Differenzialantrieb 5) vorzugsweise mit der Drehzahl des zweiten Antriebs des Differenzialgetriebes synchronisiert und anschließend die Kupplung 26 geschlossen. Die Kupplung 26 ist vorzugsweise eine formschlüssige Klauenkupplung oder eine kraftschlüssige Lamellenkupplung. Ein Vorteil der
kraftschlüssigen Lamellenkupplung ist, dass, wenn sie dafür ausgelegt ist, keine Synchronisation der beiden Kupplungshälften notwendig ist.
Durch Aktivierung der Synchronisationsbremse 27 wird
zwangsläufig die Antriebswelle 2 beschleunigt, wobei das dazu zur Verfügung stehende Drehmoment durch das Minimum aus der auf die Antriebswelle 2 wirkenden Bremskraft der
Synchronisationsbremse 27 einerseits und dem Kippmoment der Antriebsmaschine 4 andererseits bestimmt wird. D.h. im Gegensatz zu den Anfahroptionen gemäß Stand der Technik kann hier das mehrfache Nenndrehmoment als Anfahrmoment von Drehzahl Null weg realisiert werden, da das typische Kippmoment einer
Drehstrommaschine beim ca. 2 bis 3-fachen ihres Nenndrehmomentes liegt. In einem ersten Schritt kann (wie schon zu Fig. 3 beschrieben) auch durch die Synchronisationsbremse 27 ein sogenanntes
Schleppmoment (mit dem die Arbeitsmaschine 1 in leichte
Drehbewegung versetzt wird) aufgebracht werden.
Grundsätzlich kann diese Anfahrmethode auch bei z.B.
Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden, was mitunter erforderlich ist, weil diese im Teildrehzahlbereich nur ein Drehmoment erzeugen können, welches wesentlich geringer als ihr Nenndrehmoment ist .
Die Kupplung 26 und die Synchronisationsbremse 27 sind in Fig. 4 zwischen Sonnenrad 21 und Anpassungsgetriebe 22 positioniert. Sie können jedoch auch nach dem Anpassungsgetriebe 22 bzw. bei mehrstufiger Ausführung auf einer Zwischenwelle des
Anpassungsgetriebes 22 angebracht werden. Damit kann man das Drehmoment und die Drehzahl für die Synchronisationsbremse 27 variieren. Die Kupplung 26 und die Synchronisationsbremse 27 müssen auch nicht zwangsläufig hintereinander positioniert werden und können zur Realisierung des Hochfahr-Verfahrens entsprechend den konstruktiven Gegebenheiten frei zwischen
Differenzialantrieb 5 und Sonnenwelle 21 positioniert werden.
Wenn der Differenzialantrieb 5 das Hohlrad 20 antreibt, kann analog ein entsprechendes Anpassungsgetriebe auch zwischen
Differenzialantrieb 5 und Hohlrad 20 angebracht werden.
Die Feststellungen bezüglich Positionierung von Kupplung 26 und Synchronisationsbremse 27 gelten dabei analog. Als
Synchronisationsbremse 27 wird beispielweise eine Scheibenbremse (= mechanische Bremse) eingesetzt, womit diese auch als
Betriebs- und Sicherheitsbremse für den Differenzialantrieb 5 dienen kann. Damit kann die Synchronisationsbremse 27
grundsätzlich auch die Funktion einer Sicherheitsbremse erfüllen, welche den Differenzialantrieb 5 und das
Anpassungsgetriebe 22 vor unerlaubter Überdrehzahl schützt.
Alternativ kann jedoch auch jede Art von Bremse eingesetzt werden. Insbesondere bieten sich hier sogenannte Retarder an. Hier ist zunächst einmal die Gruppe der hydrodynamischen
Retarder (= hydraulische Bremse) zu nennen. Hydrodynamische Retarder arbeiten meist mit öl oder Wasser, das bei Bedarf in ein Wandlergehäuse geleitet wird. Das Wandlergehäuse besteht aus zwei rotationssymmetrischen und sich gegenüberliegenden
Schaufelrädern, und zuvor einem Rotor, der mit dem Triebstrang der Anlage verbunden ist, und einem feststehenden Stator. Der Rotor beschleunigt das zugeführte öl und die Zentrifugalkraft drückt es nach außen. Durch die Form der Rotorschaufeln wird das öl in den Stator geleitet, der dadurch ein bremsendes Drehmoment im Rotor induziert und in weiterer Folge dann auch den gesamten Triebstrang bremst. Bei einem elektrodynamischen Retarder (= elektrische Bremse), z.B. einer Wirbelstrombremse, sind z.B. zwei Stahlscheiben (Rotoren) , die nicht magnetisiert sind, mit dem Antriebsstrang verbunden. Dazwischen liegt der Stator mit elektrischen Spulen. Wenn durch Aktivierung des Retarders Strom eingesteuert wird, werden Magnetfelder erzeugt, die durch die Rotoren geschlossen werden. Die gegenläufigen Magnetfelder erzeugen dann die Bremswirkung. Die entstandene Wärme wird z.B. durch innenbelüftete Rotorscheiben wieder abgegeben.
Ein wesentlicher Vorteil eines Retarders als Betriebsbremse ist dessen Verschleißfreiheit und gute Regelbarkeit.
Der erfindungsgemäße Triebstrang (gemäß Figuren 3 und 4) kann auch dazu verwendet werden, die Antriebsmaschine 4 im
Phasenschiebebetrieb zu betreiben. D.h., dass die
Antriebsmaschine 4 Blindstrom in das bzw. aus dem Netz 12 liefern bzw. beziehen kann, ohne dass die Arbeitsmaschine 1 betrieben wird.

Claims

Ansprüche :
1. Antriebsstrang mit einer Antriebswelle (2), einer
Antriebsmaschine (4) und mit einem Planetengetriebe (3) mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein Abtrieb mit der
Antriebswelle (2), ein Antrieb mit der Antriebsmaschine (4) und ein zweiter Antrieb mit einem Differenzialantrieb (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das
Planetengetriebe (3) zwei Planetenstufen (15, 18) aufweist, dass die Antriebswelle (2) mit dem Sonnenrad (13) einer Planetenstufe (15) verbunden ist, mit deren Hohlrad (14) die Antriebsmaschine (4) verbunden ist, dass der
Differenzialantrieb (5) mit dem Sonnenrad (21) oder dem Hohlrad (20) der anderen Planentenstufe (18) verbunden ist und dass die Planetenträger (17) der beiden Planetenstufen (15, 18) drehfest miteinander verbunden sind.
2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Planetenträger (17) für beide Planetenstufen (15, 18).
3. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anzahl der Planetenräder (16, 19) der beiden Planetenstufen (15, 18) unterschiedlich ist.
4. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass Planetenräder (16, 19) der beiden Planetenstufen (15, 18) gemeinsam auf Planetenbolzen (23) gelagert sind.
5. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (16/ 19)
Stufenplaneten sind.
6. Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenplaneten gegensinnig verzahnt sind.
7. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (16, 19) eine
Pfeilverzahnung aufweisen.
8. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (5) über eine Anpassungsgetriebestufe (22) mit dem zweiten Antrieb verbunden ist.
9. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine (4) eine mit einem Stromnetz (12) verbundene Drehstrommaschine oder eine Verbrennungskraftmaschine ist.
10. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (5) eine
Drehstrommaschine ist.
11. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb mit einer
Synchronisationseinrichtung (25) verbunden ist.
12. Antriebsstrang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (25) eine Kupplung, insbesondere eine, vorzugsweise ölgekühlte, Lamellenkupplung oder eine Visco-Kupplung ist.
13. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb mit einer
Synchronisationsbremse (27), z.B. einer Scheibenbremse, verbunden ist.
14. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (25) oder die Synchronisationsbremse (27) ein Retarder ist.
15. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (5) über eine Kupplung (26) mit dem zweiten Antrieb verbunden ist.
16. Pumpe, Kompressor, Lüfter, Energiegewinnungsanlage oder
dergleichen mit einem Antriebsstrang, dadurch
gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang nach einem der
Ansprüche 1 bis 15 ausgeführt ist.
17. Verfahren zum Anfahren eines Antriebsstrangs mit einer
Antriebswelle (2), einer Antriebsmaschine (4) und mit einem Differenzialgetriebe (3) mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle (2) , ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine (4) und ein zweiter Antrieb mit einem Differenzialantrieb (5) verbunden ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine (4) beschleunigt wird, während auf den zweiten Antrieb ein äußeres
bremsendes Drehmoment wirkt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das bremsende Drehmoment 2 bis 20%, insbesondere 5 bis 15%, des übertragbaren Nenndrehmomentes beträgt.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das bremsende Drehmoment auf den zweiten Antrieb wirkt, während die Antriebsmaschine (4) von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, dass das bremsende Drehmoment von einer mechanischen Lamellenkupplung aufgebracht wird, welche beim Beschleunigen der Antriebsmaschine (4) nur gespült wird.
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