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Die Erfindung betrifft Antriebsvorrichtung für eine Gurtförderanlage, umfassend einen Elektromotor und ein Kühlsystem wobei der Elektromotor eine Nenndrehzahl zwischen 5000 U/min und 15000 U/min aufweist, wobei der Elektromotor eine Antriebswelle, einen Rotor einen Stator und ein Gehäuse umfasst, wobei das Kühlsystem ausgeführt ist, den Elektromotor mit einem flüssigen Kühlmittel zu kühlen, und zumindest eine Kühlmittelpumpe, Kühlmittel und Kühlmittelleitungen umfasst.
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Gurtförderanlagen werden im Stand der Technik für den kontinuierlichen Transport von Schüttgütern im Tagebau verwendet. Der Transport erfolgt dabei oft über lange Strecken von mehreren Kilometern auf endlos umlaufenden Förderbändern, die von einer Vielzahl von Antriebsvorrichtungen angetrieben werden. Die
DE847427 A zeigt beispielsweise einen solchen Antrieb, der mittels Antriebstrommel an ein Umlenkrolle einer Gurtförderanlage antreibt. Aus dem Stand der Technik sind Antriebsleistungen von mehr als 2 MW bekannt, so zeigt die
EP2678254 B1 beispielsweise einen Direktantrieb langsam laufende elektrische Antriebseinheit mit einem großen elektrischen Motor. Die großen Elektromotoren sind dabei meist luftgekühlt, oft gestützt durch einen, direkt an der Antriebswelle angebrachten, Ventilator.
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Ein Betrieb mit kleineren, schnell laufenden Antrieben ist im Stand der Technik nicht üblich, da hier ein größeres Übersetzungsgetriebe erforderlich ist. Weiterhin ist eine Kühlung der Elektromotoren in der rauen Umgebung der Gurtförderanlagen eine technische Herausforderung. Die großen in Stand der Technik verwendeten Antriebe können bei einer konstanten Drehzahl betrieben werden, für das Anfahren wird oft eine hydrodynamische Kupplung und/oder eine Drehzahlveränderungseinrichtung verwendet. Für die Montage der Gurtförderanlagen sind kompakte vormontierte Antriebssysteme vorteilhaft, die eine schnelle Installation der Gurtförderanlage ermöglichen. Modulare Antriebsvorrichtungen mit kleineren Elektromotoren können eine Installation vereinfachen. Werden die Elektromotoren mit einem eigenen Kühlsystem gekühlt, kann vorteilhaft die Ausfallrate reduziert werden. Weiterhin ist eine Kühlung auch schon vor dem Anfahren möglich. Kleinere Elektromotoren erleichtern ferner die Wartung und Servicierbarkeit der Antriebsvorrichtungen an der Gurtförderanlage.
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Arbeitsmaschinen, wie z.B. Gurtförderanlagen, zeichnen sich durch ein konstantes Lastmoment aus. Hierbei muss bei Anfahrvorgängen die Antriebsmaschine bereits volles Moment aufbringen. Vorteilhaft ist hierbei die Ölkühlung, da auch in Teildrehzahlen volle Kühlleistung zur Verfügung.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es einen kompakte, Antriebsvorrichtung mit integrierter Kühlung für eine Gurtförderanlage bereitzustellen. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung eine Antriebsvorrichtung bereitzustellen, die vorteilhaft in den rauen Bedingungen an Tagebauanlagen, mit Verschmutzungen und Vibrationen, betrieben werden kann und eine kompakte Integration in ein Antriebssystem ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, durch eine Antriebsvorrichtung, für eine Gurtförderanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei die Antriebsvorrichtung eine axial angeordnete Kühlmitteleitung umfasst, die ausgeführt ist Kühlmittel von außerhalb des Gehäuses aufzunehmen, und mittels zumindest zwei weiteren radial symmetrisch angeordnete Kühlmittelleitungen an den Rotor zu übergeben, wobei der Rotor zumindest zwei Kühlmittelleitungen umfasst, die ausgeführt sind das Kühlmittel aus der Antriebswelle aufzunehmen an zumindest einer axial außen liegenden Seite des Rotors aus dem Rotor auszuleiten, wobei der Stator weitere Kühlmittelleitungen oder Kanäle umfasst, und wobei das Gehäuse des Elektromotors Öffnungen aufweist, ausgeführt um das Kühlmittel auszuleiten und/oder an das Kühlsystems zurückzuführen.
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Eine Kühlung ist besonders wirksam, wenn der Rotor gekühlt wird, wobei die Kühlmittelzuführung besonders vorteilhaft durch die Welle erfolgt. Hier hat es sich gezeigt, dass die Verteilung des Kühlmittels aus der zentrischen Kühlmittelleitung der Welle hin zum Motor besonders vorteilhaft symmetrisch erfolgt. Dabei können über den Umfangskreis des Rotors zwei Kühlmittelleitungen deren Mittelachsen radial um 180° gedreht von der Achse aus losgehen. Weiterhin vorteilhaft können drei Kühlmittelleitungen vorgesehen sein, deren Mittelachsen je in einem Abstand von 120° radial angeordnet sind. Auch eine symmetrische Konfiguration mit 4, 5 oder 6 Kühlmittelleitungen, die von der zentrischen Kühlmittelversorgungsleitung abzweigen, haben sich als vorteilhaft gezeigt. Weiterhin hat sich vorteilhaft gezeigt, dass die Kühlmittelversorgungsleitungen parallel zur Drehachse verlaufend sowie auch als Spirale ausgeführt sein können. Diese in der Welle angeordneten radialen Kühlmittelleitungen führen das Kühlmittel in weitere Kühlmittelleitungen, die in dem Rotor angeordnet sind, wobei Wärme aus dem Rotor in das Kühlmittel überführt wird. Die 2 -20 radialen Kühlmittelleitungen in der Welle können auch vorteilhaft in mehreren Ebenen angeordnet sein, um eine gleichmäßige Kühlmittelversorgung des Rotors zu ermöglichen. Eine symmetrische Anordnung der Kühlmittelleitungen vermindert eine Unwucht in der Welle, und kann so vorteilhaft die auftretenden Lagerkräfte reduzieren. Dies ist insbesondere bei Drehzahlen des Rotors von größer 3000 U/min. wichtig, um die Belastungen in den Lagern zu minimieren und Schwingungen zu reduzieren.
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Das Kühlsystem umfasst weiterhin vorteilhaft Zuleitungen über das Gehäuse, die mittels Kühlmittelkanälen oder Kühlmittelleitungen ausgeführt sind den Stator zu Kühlen. So kann eine Kühlung des gesamten Elektromotors erreicht werden, wobei das Kühlmittel vorteilhaft zentral an dem geometrisch tiefsten Punkt aus dem Gehäuse ausgeleitet wird, und dem Kühlsystem wieder zugeführt wird. Das Kühlsystem kann dabei vorteilhaft einen Kühlmitteltank umfassen, um Kühlmittel aufzunehmen und/oder mittels eines separaten Wärmetauschers das Kühlmittel zu kühlen.
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Für eine Gurtförderanlage kann mit dem erfindungsgemäßen gekühlten, schnelllaufenden Elektromotor ein deutlich kompakterer Aufbau erreicht werden, der den rauen Umweltbedingungen im Tagebau dank separater Kühlung standhalten kann. Gleichzeitig lassen sich die verwendeten kleineren, schnelllaufenden Elektromotoren besser in ihrer Leistung und Drehzahl regeln, was den Aufwand für eine Kupplung vorteilhaft verringert. Insbesondere können durch den kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung Installation, Montage und Wartung vereinfacht werden. Besonders vorteilhaft kann durch die verbesserte Regelmöglichkeit und Modularität der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auf eine hydrodynamische Anfahrkupplung und/oder eine Drehzahlveränderungseinrichtung verzichtet werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei an dem Rotor ein ringförmiger Schutzschild angeordnet ist, der den Spalt zwischen Rotor und Stator abschirmt, wobei der Schutzschild ausgeführt ist Kühlmittel aus dem Spalt zwischen Rotor und Stator fernzuhalten.
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Das aus dem Rotor ausdringende Kühlmittel wird durch Zentrifugalkräfte bzw. Massenträgheitskräfte von dem Rotor in Richtung Gehäuse transportiert. Da es bei Drehzahlen des Motors größer 3000 U/min hier zu hohen Fließgeschwindigkeiten kommt, ist es wichtig, dass kein Kühlmittel in den Spalt zwischen Rotor und Stator gelangt, da es hier zu einer erhöhten Reibung führen würde. Gelangt Kühlmittel in den Spalt zwischen Rotor und Stator wird auch die Effizienz des Elektromotors stark gemindert. Der Schutzschild ist dabei besonders vorteilhaft als Schleuderring ausgeführt, der flüssigkeitsdicht mit dem Rotor verbunden ist, und den Spalt zwischen Rotor und Stator überragt.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei das Kühlmittel für eine Verwendung auch als Schmiermittel ausgeführt ist, wobei das Schmiermittel mittels Kühlmittelleitungen zu den Lagern und/oder zu einem Getriebe geführt wird.
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Als Kühlmittel wird vorteilhaft ein Öl verwendet, da Öle ausreichend temperaturstabil sind, und gleichzeitig die metallischen Bauteile nicht belasten. Die verwendeten Öle können dabei sowohl als Kühlmittel verwendet werden, als auch als Schmiermittel. Ein Schmiermittel hat dabei die Aufgabe an beweglichen metallischen Teilen die Reibung zu vermindern und Verschleiß zu reduzieren. Während ein Kühlmittel die Aufgabe hat Wärmeenergie aufzunehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben, z.B. an einen Wärmetauscher oder an einen Öltank oder über ein Gehäusekühler an die Umwelt. Die Aufgaben Kühlung und Schmierung können sich dabei überschneiden, sodass auch beide Aufgaben gleichzeitig erfüllt werden können.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei das Kühlmittel ein Öl umfasst, wobei das Öl eine kinematische Viskosität bei 100°C in einem Bereich von 10 - 100 mm2/s aufweist.
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Um das Kühlmittel auch als Schmiermittel verwenden zu können, werden hier vorteilhaft Öle mit spezifischen Viskositätsanforderungen verwendet. Da in dem Getriebe und Elektromotor im Betrieb Temperaturen in einem Bereich von 50° - 150° C auftreten ist eine Temperaturstabiles Öl vorteilhaft. Dabei sind insbesondere Öle in den Viskositätsklassen von ISO VG 100 - 300 vorteilhaft. Besonders vorteilhaft zeigen sich Öle in der Viskositätsklasse ISO VG 150 - 250, besonders vorteilhafte Beispiele sind Kühl- und Schmieröle mit einer Viskosität von ISO VG 200 und ISO VG 220. Die ISO Viskositätsklassen, beziehen sich auf die kinematische Viskosität eines Schmieröls bei 40° C bzw. 20° C gemäß der Definition ISO 3448. Die kinematische Viskosität beim Betrieb der Antriebsvorrichtung ist aufgrund der höheren Temperaturen vorteilhaft niedriger, insbesondere in dem oben beschriebenen Bereich oder in einem Bereich von 20 - 150 mm2/s.
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Öle in diesem Viskositätsbereich zeigen einerseits vorteilhaft gute Kühleigenschaften, also eine vorteilhafte Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit. Andererseits sind diese Öle als Schmiermittel auch gut geeignet, um Reibung und Verschleiß in der Antriebsvorrichtung zu reduzieren, insbesondere an Zahnflächen des Getriebes und an den Wälzlagern.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei die Welle mit zwei Lagern gelagert ist, wobei die Lager vorzugsweise als Hybridkugellager ausgeführt sind, die Keramikkugeln umfassen.
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Eine Lagerung der Welle mit nur zwei Wälzlagern ist besonders vorteilhaft, da so eine kompakte Integration des Motors in ein folgendes Getriebe ermöglicht wird. Die Lagerung mit zwei Lagern ermöglicht auch eine Ausführung mit einem Festlager und einem Loslager. So können thermische Ausdehnungen der Welle vorteilhaft ausgeglichen werden, ohne dass thermische Spannungen in Welle oder Lager induziert werden. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung als Hybridkugellager mit Keramikkugeln. Die Keramikkugeln haben vorteilhaft eine sehr hohe Festigkeit und ermöglichen einen störungsfreien Betrieb über eine sehr lange Zeit, insbesondere für 10.000 bis 50.000 Betriebsstunden. Ein weiterer Vorteil der Keramikkugeln ist es, das sie elektrisch isolierend wirken, ein unkontrollierter Übergang von elektrischer Spannung von der Welle an das Gehäuse kann so vermieden werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei die Welle eine Kontaktfläche umfasst, die ausgeführt ist, einen Potentialausgleich der Welle zu ermöglichen, vorzugsweise mittels einem Erdungsring, der in elektrischer Verbindung zu der Welle steht. Eine bearbeitete Fläche der Welle kann definiert und vorteilhaft eine elektrische Spannung der Welle aufnehmen, so können unkontrollierte Entladungen in dem Motor und/oder dem folgenden Getriebe vermieden werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei die Welle an dem getriebeseitigen Ende eine Zahnwelle ausbildet, die ein Zahnrad des Getriebes ausbildet. Das getriebeseitige Ende der Welle ist als der Endbereich zu verstehen, der aus dem Elektromotor hinausragt und geeignet ist ein folgendes Getriebe anzutreiben. Die Zahnwelle ermöglicht das Verwenden der Welle als Zahnrad in der ersten Stufe des verbundenen Getriebes. So kann eine besonders kompakte Ausführung der Antriebsvorrichtung erreicht werden. Weiterhin kann der Motor vorteilhaft mit der Zahnwelle in dem Getriebe justiert und vormontiert werden. Eine derartige integrierte Baugruppe ermöglicht eine Vormontage und Justierung, die eine Montage vor Ort an der Gurtförderanlage erleichtert. Weiterhin vorteilhaft ist die Kombination von Elektromotor und Getriebe, da so eine gemeinsame Kühlung bzw. Kühlung und Schmierung erfolgen kann.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei das Kühlsystem zumindest eine Filtervorrichtung umfasst, wobei die Filtervorrichtung vorzugsweise ein magnetisches Funktionselement umfasst. Die Verwendung eines Kühlsystems, das sowohl den Motor als auch das Getriebe kühlt und/oder schmiert, ermöglicht eine kostengünstige kompakte Ausführung der Antriebsvorrichtung. Allerdings sind die Anforderungen an das Kühlmittel und/oder Schmiermittel besonders hoch, da selbst kleinste Metallabriebe und/oder Verunreinigungen das Getriebe und/oder den Elektromotor beschädigen können. Besonders vorteilhaft ist es daher einen Ölfilter und insbesondere eine Magnetschraube zu verwenden, um das Kühl- und/oder Schmiermittel zu reinigen. Metallische Abriebe werden dabei an den Magneten gehalten.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei das Getriebe als Planetengetriebe ausgeführt ist, und wobei die Motorausgangswelle das Sonnenrad des Getriebes ausbildet. Diese Motorausgangswelle ist vorteilhaft ausgebildet in ein Getriebe integriert zu werden, wobei auf der Welle eine Zahnwelle ausgebildet ist, die beispielsweise ein Sonnenrad eines Planetengetriebes ausbildet.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei der Rotor des Elektromotors Kupferstäbe aufweist, die in dem Rotor eingeschweißt sind. Die Kupferstäbe im Rotor dienen als elektrische Leitung, die die elektromagnetische Wirkung des Motors unterstützen. Die Kupferstäbe sind dabei in ein sogenanntes Blechpaket eingebaut, und werden an den Enden für eine hohe Stabilität WIG-geschweißt. Dabei eignet sich diese WIG (Wolfram Inert Gas) Methode durch die Verwendung von einem Wolfram-Elektrodenstab, um hier mittels Elektrobogen eine besonders präzise und feste Verbindung der Kupferstäbe mit dem Blechpaket zu erreichen. Weiterhin kann die Schweißstelle vorteilhaft mittels einer Faser-Wicklung verstärkt werden, nur so kann der Elektromotor die hohen Drehzahlen ermöglichen. Hier eignet sich insbesondere eine Wicklung die Kohlefasern und/oder Kevlar-Fasern umfasst.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei der Rotor und/oder der Stator ein Blechpaket umfassen, wobei die Bleche flüssigkeitsdicht verbacken oder verklebt sind. Der Rotor umfasst Bleche, die gemeinsam als Blechpaket auf der Welle angeordnet sind. Da das Blechpaket zur Kühlung Kühlmittelleitungen und/oder Kühlmittelkanäle umfasst, ist es wichtig, eine eindringen von Kühlmittel zwischen den Belchen zu vermeiden. Dazu werden die Bleche vorteilhaft verbacken und/oder verklebt. Das Verbacken ist eine thermisch aktivierte Verklebung, die eine flüssigkeitsdichte flächige Verbindung zwischen den einzelnen Blechen des Blechpakets bereitstellt. So kann eine Kühlung erfolgen, ohne das Kühlmittel unkontrolliert durch den Rotor und/oder Stator gelangt. Dadurch wird insbesondere der Spalt zwischen Rotor und Stator frei von Kühlmittel gehalten.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Antriebsvorrichtung, wobei der Elektromotor ausgeführt ist, bei einer Drehzahl von 5000 bis 15000 U/min betrieben zu werden. Ein Nenndrehzahl in dem Bereich von 5000 bis 15000 U/min ist vorteilhaft, um eine Antriebsvorrichtung mit kompakten Motoren bereitzustellen. Diese kleineren schnell drehenden Elektromotoren können vorteilhaft besser geregelt werden und ermöglichen eine kompakte Integration zusammen mit Getriebe und Kühlsystem in eine besonders günstige Antriebsvorrichtung. Bei den hohen Drehzahlen von 5000 - 15000 U/min und insbesondere von 6000 - 12000 U/min ist eine Kühlsystem erforderlich, um einen stabilen und effizienten Betrieb zu erreichen. Weiterhin können die Elektromotoren bei dieser Drehzahl vorteilhaft eingesetzt werden, um eine modulare Antriebsvorrichtung bereitzustellen.
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Die Elektromotoren sind im Vergleich zu langsam laufenden Direktantrieben mindestens 50 % kleiner und sind typischerweise 60 % - 80 % kleiner bezogen auf Geometrie und/oder Gewicht. So kann der Elektromotor einfach an das Getriebe angeflanscht werden und eine Justierung durch das Fügen Zahnwelle bereits bei der Vormontage erfolgen. Dies ist bei den großen im Stand der Technik verwendeten Direktantrieben nicht möglich.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1: Übersichtsdarstellung Gurtförderanlage mit Antriebssystem
- 2: Antriebssystem
- 3: elektrische Antriebsmaschine
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1 zeigt eine schematische nicht maßstäbliche Übersichtsdarstellung einer Gurtförderanlage 2 umfassend ein Antriebssystem 1 mit Merkmalen der Erfindung. Die Gurtförderanlage 2 zeigt einen Fördergurt, der mit einem Schüttgut beladen ist. Der Gurt wird von zwei Antriebstrommeln 5 angetrieben, und durch Stützrollen gestützt. Optional und vorteilhaft werden eine Vielzahl von Antriebssystemen 1 verwendet, um die kilometerlangen Gurtförderanlagen 2 in Berg- und Tagebau Anwendungen zu betreiben. Die Antriebssysteme 1 können dabei vorteilhaft mittels eines gemeinsamen Steuerungssystems geregelt werden. Die elektrischen Antriebsmaschinen werden dabei direkt an einem Stromnetz betrieben, oder vorteilhaft mittels Frequenzumrichter in ihrer Leistung und/oder Drehzahl geregelt. Jedes Antriebssystem ist dabei vorteilhaft wartungsarm und stabil gegen Wetter und Verschmutzungen aus der Umgebung abgeschirmt. Ein Antriebssystem 1 umfasst dabei eine elektrische Antriebsmaschine 3, die mittels optional und vorteilhaft mittels Frequenzumrichter in der Leistung und/oder Drehzahl gesteuert wird. Die elektrische Antriebsmaschine ist mit einem Getriebe 4 verbunden, das wiederum mittels Antriebstrommel 5 den Fördergurt antreibt. Das Getriebe 4 kann vorteilhaft als mehrstufiges Getriebe 4 aufgebaut sein. Besonders vorteilhaft umfasst das Getriebe 4 zumindest ein Planetengetriebe. Das Antriebssystem 1 kann auch, nicht bildlich dargestellt, optional und vorteilhaft zwei Antriebsmaschinen umfassen, die dann über eine weitere Getriebestufe gemeinsam eine Tragtrommel antreiben. Ein derartiger Aufbau, kann mittels einer Mehrzahl kleinerer, schnell drehender Antriebe 3 eine größere Leistung an das Förderband der Gurtförderanlage 2 übertragen.
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2 zeigt eine schematische nicht maßstäbliche Teilschnittdarstellung eines Antriebssystems 1 mit Merkmalen der Erfindung. Auf der rechten Seite der Darstellung ist eine elektrische Antriebsmaschine 3 gezeigt, die eine Welle 6 drehend antreibt. Die elektrische Antriebsmaschine 3 umfasst einen Stator 21, der in einem Gehäuse 9 angeordnet ist. Weiterhin umfasst die elektrische Antriebsmaschine 3 einen Rotor, der auf der Welle 6 angeordnet ist, und mittels Lagern 8 drehbar im Gehäuse 9 befestigt ist. Das Gehäuse 9 kann dabei sowohl die Antriebsmaschine 3 als auch das Getriebe 4 umschließen und vorteilhaft gegenüber der Umwelt abschirmen. Das Gehäuse 9 kann dabei vorteilhaft und optional ein gemeinsames Kühlsystem 10 umfassen. Das Kühlsystem 10 kann mittels einer Kühlmittelpumpe 13 Kühlmittel 11 sowohl in die elektrische Antriebsmaschine 3 als auch in das Getriebe 4 einleiten. In dem Getriebe 4 und an den Lagern 8 kann das Kühlmittel 11 auch als Schmiermittel verwendet werden, da es sich dabei optional und vorteilhaft um ein Öl handelt. Die Kombination von elektrischer Antriebsmaschine 3 bzw. Elektromotor 3 und Getriebe 4, ermöglicht eine besonders vorteilhafte kompakte Anordnung. Das Gehäuse 9 ist vorteilhaft mehrteilig aufgebaut, kann aber als gemeinsame, das Antriebssystem 1 weitgehend umhüllende Baugruppe ausgeführt werden. So kann vorteilhaft eine Vormontage erfolgen, und das Antriebssystem 1 als Gesamtsystem vormontiert und geprüft zu dem Einsatzort transportiert werden. Die Kühlung mittels Kühlsystem 10 erfolgt dabei besonders vorteilhaft gemeinsam für Getriebe 4 und Antriebsmaschine 4. So ist beispielsweise nur ein Filtersystem 4, und eine Kühlmittelpumpe 11 erforderlich, wobei die Kühlmittelpumpe 13 auch vorteilhaft redundant ausgeführt werden kann. Das Kühlsystem 10 umfasst eine Mehrzahl von Kühlmittelleitungen 12 die an dem Gehäuse angeordnet oder mittels Bohrung durch Teile der Antriebsvorrichtung geführt werden. Die Kühlmittelleitungen 12 sind vorteilhaft und optional gegenüber der Umgebung isoliert. In der Welle 6, im Rotor 20 und im Stator 21 in sind die Kühlmittelleitungen 12 so ausgeführt das in ihnen geführtes Kühlmittel Wärme dieser aufnehmen kann. Die Kühlmittelleitungen laufen vorteilhaft in einem Kühlmittelbehälter zusammen. Weiterhin können die Kühlmittelleitungen 12 Kühlmittel 11 über einen Wärmetauscher führen, um das Kühlmittel 11 so zu kühlen, und die transportierte Wärme an die Umgebung abzugeben. Zwischen Gehäuse 9 und Welle 6 kann die Kühlmittelleitung 12 einen Spalt aufweisen, der eine geringe Menge an Kühlmittel 11 als Schmiermittel an die Lager 8 abgibt. So kann vorteilhaft auf eine Dichtung zwischen Welle 6 und Gehäuse 9 verzichtet werden, und gleichzeitig eine Lagerschmierung der Lager 8 erreicht werden. An Welle 6 und Gehäuse 9 ist ein Erdungsring 23 angeordnet, der mit der Welle 6 an einer Kontaktfläche 24 elektrisch in Verbindung steht und so einen Potentialausgleich 23 zwischen Welle 6 und Gehäuse 9 ermöglicht. So kann verhindert werden, dass ein elektrisches Potential aus der Antriebsmaschine 3 in das Getriebe 4 eingebracht wird. Das Getriebe 4 umfasst eine erste Getriebestufe die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Planetengetriebe 30 ausgeführt ist. Das Kühlsystem 10 umfasst, wie dargestellt, Kühlmittelleitungen 12 die in das Getriebe geführt werden, und dort optional und vorteilhaft eine Schmierung und/oder Kühlung von Zahnflächen und/oder Lagern 8 ausführen. Das Planetengetriebe 30 umfasst neben der als Sonnenrad 31 ausgeführten Zahnwelle 7, Planeten 32 sowie ein Hohlrad 33. Das Planetengetriebe 30 kann optional und vorteilhaft mit einer weiteren Getriebestufe 34 verbunden sein, um die Eingangsdrehzahl des Elektromotors 3 weiter zu verringern. Optional und nicht bildlich dargestellt, können auch zwei oder mehrere elektrische Antriebsmaschinen 3 über die weitere Getriebestufe 34 gemeinsam eine Antriebstrommel 5 antreiben. So können kleinere Antriebe mit hoher Drehzahl, vorteilhaft je mittels einem vorgeschalteten Planetengetriebe 30 über die weitere Getriebestufe 34 zusammengeschaltet werden. Diese Konfiguration erlaubt einen modularen Aufbau mit mehreren kleinen Elektromotoren 3. Die weitere Getriebestufe 34 kann dabei vorteilhaft als Stirnradgetriebe ausgeführt werden. Das Getriebe 4 ist ausgangsseitig mit der Antriebstrommel 5 verbunden, wobei mittels der Antriebstrommel 5 der Gurt einer Gurtförderanlage 1 angetrieben wird. Zwischen Getriebe 4 und Antriebstrommel kann optional und vorteilhaft eine weitere Kupplungsvorrichtung 35 und/oder eine weitere Getriebestufe 34 angeordnet sein. Die Kupplungsvorrichtung 35 kann optional und vorteilhaft ein hochelastisches Kupplungselement umfassen, und so Schwingungen und Stoßbelastungen bedämpfen. Weiterhin kann die Kupplungsvorrichtung 35 auch eine hydrodynamische Kupplung umfassen, um insbesondere Anfahrvorgänge mechanisch zu entlasten. Je nach örtlichen Gegebenheiten kann die Kupplungsvorrichtung auch eine Gelenkwelle und/oder ein Umlenkgetriebe umfassen, um die Aufbauposition des Antriebssystems entsprechend frei positionieren zu können.
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3 zeigt eine schematische, nichtmaßstäbliche Teilschnittdarstellung einer elektrischen Antriebsmaschine 3 umfassend einen Elektromotor 3 und Teile eines Kühlsystems 10 mit Merkmalen der Erfindung. Der Elektromotor 3 umfasst eine zentrale Welle 6, die an zwei Stellen durch Lager 8 drehbar gelagert ist. Die Welle 6 umfasst an dem getriebeseitigen Ende eine Verzahnung, und bildet damit eine Zahnwelle 7 aus, die in ein nicht bildlich dargestelltes Getriebe 4 eingreifen kann (vergleiche 2). Besonders vorteilhaft bildet die Zahnwelle 7 ein Sonnenrad 31 aus, das ein nicht bildlich dargestellten Planetengetriebe 30 antreibt. Die Welle 6 umfasst eine Kühlmittelleitung 12, die ausgeführt ist durch das Gehäuse hindurch mit Kühlmittel 11 aufzunehmen. Der Gehäusedeckel umfasst dazu einen Anschluss für eine nicht bildlich dargestellte weitere Kühlmittelleitung 12 die mit einer Kühlmittelpumpe 13 in Verbindung steht. Zwischen Lagerdeckel und Welle 6 kann vorteilhaft ein kleiner Spalt ausgebildet sein, der einerseits eine freie Bewegung der Welle 6 ermöglicht und andererseits eine geringe Menge an Kühlmittel als Schmiermittel an das Lager überträgt. Dieser Spalt ist vorteilhaft in Axialer Richtung 5 - 500 µm groß. Aus der Welle 6 wird das Kühlmittel 11 mittels zumindest einer weiteren radial geführten Kühlmittelleitung 12 zum inneren des Rotors 20 geführt, wo es über Kühlmittelkanäle axial nach außen zu den Enden des Rotors 20 geführt wird, und so den Rotor 20 kühlt. Das Kühlmittel 11 wird durch die schnelle Drehung des Rotors 20 abgeführt, und mittels einem Schutzschild 22 daran gehindert in den Spalt zwischen Rotor 20 und Stator 21 einzudringen. Das Kühlmittel wird schließlich im unteren Bereich des Gehäuses 9 durch zumindest eine Öffnung über eine weitere Kühlmittelleitung 12 wieder dem Kühlmittelkreislauf zugeführt, wobei vorteilhaft mittels Wärmetauscher die von dem Elektromotor aufgenommene Wärme wieder aufgenommen wird. Auch der Stator 21 verfügt über Kanäle durch die Kühlmittel 11 geführt wird, um eine Kühlung des Stators 21 zu ermöglichen. Die Welle 6 umfasst eine bearbeitete Kontaktfläche 24 die elektrisch leitend mit einem Erdungsring 23 zum Potentialausgleich 23 in Verbindung steht. Das dem Getriebe 4 zugewandte Ende der Welle 6 (auf der linken Seite der 3) ist als Zahnwelle 7 ausgebildet, und umfasst vorteilhaft eine gerade Verzahnung parallel zur Drehachse. So kann die elektrische Antriebsmaschine 3 vorteilhaft direkt mit der Welle 6 ein Sonnenrad 31 in einem nicht bildlich dargestellten Planetengetriebe 30 ausbilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Gurtförderanlage
- 3
- Elektrische Arbeitsmaschine
- 4
- Getriebe
- 5
- Antriebstrommel
- 6
- Welle
- 7
- Zahnwelle
- 8
- Lager
- 9
- Gehäuse
- 10
- Kühlsystem
- 11
- Kühlmittel
- 12
- Kühlmittelleitung
- 13
- Kühlmittelpumpe
- 14
- Filtervorrichtung
- 20
- Rotor
- 21
- Stator
- 22
- Schutzschild
- 23
- Potentialausgleich / Erdungsring
- 24
- Kontaktfläche
- 30
- Planetengetriebe
- 31
- Sonnenrad
- 32
- Planeten
- 33
- Hohlrad
- 34
- Getriebestufe
- 35
- Kupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 847427 A [0002]
- EP 2678254 B1 [0002]