DE1259164B - Antriebsanordnung mit hohem Drehzahlsteuerbereich, insbesondere fuer Pruefstaende - Google Patents

Description

• Antriebsanordnung mit hohem Drehzahlsteuerbereich, insbesondere für Prüfstände Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung mit hohem Drehzahlsteuerbereich, insbesondere für Prüfstände, mit mindestens einem die Drehzahl kontinuierlich verändernden Steuerglied mit relativ kleinem Drehzahlsteuerbereich, der unter Verwendung von schaltbaren Ubersetzungsgliedern mit den Ubersetzungsverhältnissen il, i2 usw. sowie von mindestens einem Planetenrädersatz mit dem Übersetzungsverhältnis zwischen Sonne und Hohlrad mehrfach durchlaufen werden kann.
• Bei bekannten Antrieben, z. B. nach den Patenten 828 187, 1036 636, 1125 247 und dem französischen Patent 1088 976 wird als Steuerglied meist ein Getriebe oder ein Hilfsmotor mit veränderlicher Drehzahl verwendet. Bei diesen Anordnungen wird aber der Steuerbereich nur einmal durchlaufen, d. h., er ist verhältnismäßig klein. Anordnungen der eingangs genannten Art dagegen haben Keilriemen-oder Kettengetriebe oder andere Wandler, und demnach den Nachteil, daß die Steuerung dieser Wandler oft nicht einfach bzw. im Aufbau recht kompliziert und störanfällig ist. Außerdem sind derartige Getriebe für größere Antriebsleistungen meist sehr groß und schwer. Der gesamte Steuerbereich ist auch in den meisten Fällen beschränkt, wenn man nicht einen übermäßigen Aufwand an Schaltgliedern und Steuermitteln für diese treffen will.
• Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, die obigen Nachteile zu vermeiden. Sie strebt ferner eine Antriebsanordnung an, bei der möglichst viele einfache und konstruktiv leicht zu beherrschende Teile verwendet werden können.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei den eingangs genannten Anordnungen dadurch gelöst, daß ein an sich bekannter, in seiner Drehzahl beschränkt und kontinuierlich veränderbarer Antriebsmotor selbst als Steuerglied dient, und daß dieser Motor einerseits durch ein erstes Zahnradvorgelege mit dem Übersetzungsverhältnis il mit der Welle eines an sich bekannten, in seiner Drehzahl konstanten Hilfsmotors kuppelbar und andererseits mit der Sonne des Planetenrädergetriebes fest verbunden ist, dessen mit der Sonne kuppelbares Hohlrad den Abtrieb bildet und dessen Träger durch ein zweites Zahnradvorgelege mit dem Übersetzungsverhältnis i2 mit der Welle des Hilfsmotors in ständiger Treibverbindung steht, wobei die Gesamtübersetzung i = il - i2 der beiden Zahnradvorgelege nur unwesentlich kleiner ist als der Wert des Planetenrädergetriebes. In den Übersetzungsverhältnissen und bedeutet S die Sonne, H das Hohlrad und T den Träger des Planetenrädergetriebes.
• Durch die Erfindung wird zunächst infolge der Verwendung an sich bekannter Motoren für die Funktion des Steuergliedes der Gesamtaufbau sowie die Steuerung selbst stark vereinfacht. Dabei ist in .erster Linie an einen Drehstrom-Nebenschlußmotor bekannter Bauart als Antrieb und an einen Drehstrom-Kurzschlußläufermotor als Hilfsmotor gedacht. Ferner läßt sich nach der Erfindung - meist sogar unter Verwendung üblicher Bauteile - eine sehr große Gesamtübersetzung erreichen, wie im folgenden näher erläutert werden soll.
• Ausgehend von den Anordnungen, bei denen der Steuerbereich eines Getriebegliedes mehrfach durchlaufen wird, würde es einleuchten, auch hier den Steuerbereich am Motor stets voll auszunutzen. Ebenso würde es einleuchten, die Kupplungen beim Umkehren der Steuerbereiche stets im Gleichlauf zu schalten. Wenn man diese Gesichtspunkte auch bei der vorliegend vorgeschlagenen Anordnung anwendet, so würde sich ergeben: worin n, die konstante Drehzahl des Hilfsmotors, n ","x die höchste Antriebsdrehzahl und n",i" die kleinste Antriebsdrehzahl bedeutet. Damit ist aber Das heißt also, die Übersetzung beider Zahnradvorgelege wäre auf die Größe des Steuerbereiches am Motor beschränkt, der seinerseits nicht groß ist. Die Erfindung macht sich nun einen anderen Gedankengang zu eigen. Sie verzichtet auf das vollständige Ausfahren des Steuerbereiches zugunsten einer insgesamt größeren Drehzahlspanne. Man kann nämlich in diesem Fall mit der Ubersetzung der beiden Zahnradvorgelege so nahe wie möglich an den Wert T der Ubersetzung des Planetenrädergetriebes hei ankommen, die sich konstruktiv stets in gewissen Grenzen bewegen wird. Dadurch lassen sich - wie das nachfolgende Zahlenbeispiel beweisen wird - ganz erhebliche Drehzahlspannen erreichen. Bevorzugt wird dann bei der Aufteilung der gesamten Übersetzung auf die beiden Vorgelege eine derartige Lösung, daß das Übersetzungsverhältnis il des ersten Zahnradvorgeleges gleich oder kleiner ist als das Verhältnis von Maximaldrehzahl des Antriebsmotors zur konstanten Drehzahl des Hilfsmotors. Besonders zweckmäßig wird es dabei sein, wenn il nur unwesentlich kleiner ist als das erwähnte Drehzahlverhältnis.
• Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist zwischen dem Abtriebsrad des ersten Zahnradvorgeleges und dem Antriebsrad des zweiten Zahnradvorgeleges auf der Welle des Hilfsmotors eine erste Kupplung und auf der nach der Abtriebsseite hin über das Sonnenrad hinaus verlängerten Antriebswelle eine zweite Kupplung angeordnet. Diese beiden Kupplungen können als an sich bekannte Lamellenreibungskupplungen ausgebildet sein, obwohl - da sie bei Gleichlauf geschaltet werden - auch einfachere Kupplungsbauarten, z. B. Konuskupplungen, denkbar wären.
• Zweckmäßigerweise bildet das Hohlrad des Planetenrädergetriebes auf der Abtriebsseite ein die zweite Kupplung in sich einschließendes Gehäuse, welches in die Abtriebswelle übergeht. Der Abtrieb von diesem Hohlradgehäuse kann naturgemäß auch in anderer Weise, z. B. mittels eines aufgeschnittenen Zahnkranzes, über ein Vorgelege oder einen Schnekkentrieb od. dgl. erfolgen.
• Um ein Durchfahren der einzelnen Steuerbereiche ohne Zugkraftunterbrechung sicherzustellen, schlägt die Erfindung eine gegenseitige Verriegelung der Schaltung des Hilfsmotors mit der Kupplungsbetätigung vor. Dies soll erfindungsgemäß derart erfolgen, daß das Schaltorgan zum Ein- und Ausschalten des Hilfsmotors zwangläufig mit den Steuergliedern für die Kupplungsbetätigung derart gekoppelt ist, daß der Hilfsmotor einschaltet, wenn die erste Kupplung ausrückt und ausschaltet, wenn die zweite Kupplung einrückt. Der Hilfsmotor dient erfindungsgemäß dazu, den Träger des Planetenrädergetriebes auf einer konstanten Drehzahl zu halten, während der Antriebsmotor von seiner Maximal- auf seine Minimaldrehzahl heruntergesteuert wird.
• Für die Steuerung der ganzen Antriebsanordnung läßt sich eine Programmsteuerung denken. Da der Antriebsmotor seinen Steuerbereich zumindest teilweise mehrmals durchläuft, sind aber gewisse Maßnahmen zur gegenseitigen Verriegelung der Schaltorgane zweckmäßig. So wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Ausschaltpunkt der ersten Kupplung bei einer Drehzahl des Antriebsmotors liegt, welche gleich der Drehzahl des Hilfsmotors mal dem Übersetzungsverhältnis ii des ersten Zahnradvorgeleges ist und daß das Wiedereinrücken dieser Kupplung so lange gesperrt bleibt, bis der Antriebsmotor wieder auf seine Minimaldrehzahl abfällt. Andernfalls würde nämlich die Drehzahl der Welle des Hilfsmotors entweder zu hoch oder zu niedrig sein, so daß ein Einschalten des Hilfsmotors nicht ohne. Stoß erfolgen könnte.
• Zweckmäßigerweise liegt gemäß der Erfindung der Einschaltpunkt der zweiten Kupplung bei einer solchen Drehzahl der Abtriebswelle, die gleich der Drehzahl des Hilfsmotors geteilt durch das Übersetzungsverhältnis i2 des zweiten Zahnradvorgeleges ist. In diesem Fall laufen nämlich alle Glieder des Planetenrädergetriebes mit derselben Drehzahl um, nämlich mit der durch den Hilfsmotor bestimmten Trägerdrehzahl. Dieser Gedanke kann dann noch dahingehend weitergebildet werden, daß auch die erste Kupplung von der Abtriebswelle aus steuerbar ist und ihr Ausschaltpunkt bei einer solchen Drehzahl an der Abtriebswelle liegt, die gleich ist worin n1 dieAntriebsdrehzahl = Hilfsmotordrehzahl - il bedeutet.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Danach treibt ein steuerbarer Antriebsmotor 10 über ein erstes Zahnradvorgelege 11 und eine erste Kupplung 12 die Welle 13 eines Hilfsmotors 14 an. Der Antriebsmotor 10 hat eine Minimaldrehzahl von n",;" = 600 und eine Maximaldrehzahl von n",", = 2400 U/Min., d. h., sein Steuerbereich ist 1 :4. Das erste Zahnradvorgelege 11 übersetzt ins Langsame und hat ein Ubersetzungsverhältnis von il = 1,6. Der Hilfsmotor 14 hat eine konstante Drehzahl von n, = 1420 U/Min.
• Die Welle 15 des Antriebsmotors 10 ist nach der Abtriebsseite hin verlängert und treibt das Sonnenrad 16 eines Planetenrädergetriebes 17 an. Sie trägt ferner die Lamellen einer zweiten Kupplung 18, durch die das Sonnenrad 16 mit dem Hohlrad 19 des Planetenrädergetriebes 17 kuppelbar ist. Das Hohlrad 19 ist zu einem Gehäuse 20 ausgebildet, welches die Kupplung. 18 umschließt und welches in die Abtriebswelle 21 übergeht. Der Planetenrädersatz 17 hat das Übersetzungsverhältnis Auf der Welle 13 des Hilfsmotors 14 ist noch ein zweites Zahnradvorgelege 22 angeordnet, dessen größeres Rad 23 den Träger 24 des Planetenrädergetriebes 17 antreibt. Auch dieses zweite Vorgelege 22 übersetzt ins Langsame. Es hat ein Übersetzungsverhältnis von i2 = 2,0, so daß sich das gesamte Übersetzungsverhältnis der beiden Zahnradvorgelege zu i = il - i2 = 3,2 ergibt.
• Die beiden Kupplungen 12 und 18 sind als an sich bekannte Lamellenreibungskupplungen ausgebildet, und ihre nicht dargestellten Betätigungsorgane sind mit dem ebenfalls nicht dargestellten Schaltorgan des Hilfsmotors 14 und des Antriebsmotors 10 in einer aus den nachfolgenden Ausführungen hervorgehenden Art und Weise gekoppelt.
• Beim Anlaufen des Antriebsmotors 10 ist die Kupplung 12 eingerückt und der Hilfsmotor 14 stromlos. Auf diese Weise wird der Träger 24 des Planetenrädergetriebes 17 mit einer Drehzahl angetrieben, die sich aus der minimalen Antriebsdrehzahl und dem Übersetzungsverhältnis der beiden Zahnradvorgelege ergibt. Für diesen Fall erreicht die minimale Abtriebsdrehzahl den Wert Darin bedeutet In diesem Steuerbereich wird jetzt der Antriebsmotor 10 so weit hochgefahren, bis an der Welle 13 die Drehzahl des Hilfsmotors erreicht ist. Dies ist bei einer Antriebsdrehzahl von n, = n, - il = 2272 U/Min.
• der Fall. Für diese Antriebsdrehzahl n, = 2272 U/Min. ergibt sich nun erstens die entsprechende Drehzahl des Planetenräderträgers 24 zu und ferner ergibt sich die entsprechende Drehzahl der Abtriebswelle nach der ersten Formel zu Dieser Bereich stellt gewissermaßen den ersten Gang dar. Da die Welle 13 jetzt genau mit 1420 U/Min. umläuft, wird nunmehr der Hilfsmotor 14 eingeschaltet und die Kupplung 12 ausgerückt. Der Hilfsmotor 14 treibt jetzt weiterhin den Planetenräderträger 24 mit der konstanten Drehzahl von ti,j = 710 U/Min. Der Antriebsmotor 10 wird jetzt von seiner erreichten Drehzahl von n, = 2272 U/Min. wieder in Richtung auf seine Minimaldrehzahl heruntergesteuert. Da hierbei das Sonnenrad 16 am Planetenrädergetriebe 17 bei gleichbleibender Trägergeschwindigkeit langsamer wird, muß sich die Drehzahl am Hohlrad 19 und damit an der Abtriebswelle 21 steigern. Die Abwärtssteuerung des Antriebsmotors 10 wird aber nur so lange fortgesetzt, bis er die Drehzahl des Trägers von 710 U/Min. erreicht. In diesem Fall laufen alle Glieder des Planetenrädergetriebes 17 mit gleicher Drehzahl um, d. h. die Abtriebsgeschwindigkeit wird dann n.?" = 710 U/Min.
• Bei dieser Drehzahl kann nun die Kupplung 18 eingerückt und der Hilfsmotor 14 wieder ausgeschaltet werden. Der Antriebsmotor 10 wird nun wieder auf seine volle Maximaldrehzahl beschleunigt. Auch der Abtrieb erreicht bei gesperrtem Planetenrädergetriebe 17 damit die Maximaldrehzahl n.4""., = 2400 U/Min.
• Es ergibt sich also für das gesamte Übersetzungsverhältnis der Wert Dieser Wert kann selbstverständlich durch entsprechende Wahl der Ubersetzungsverhältnisse noch verbessert werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Antriebsanordnung mit hohem Drehzahlsteuerbereich, insbesondere für Prüfstände, mit mindestens einem die Drehzahl kontinuierlich verändernden Steuerglied mit relativ kleinem Drehzahlsteuerbereich, der unter Verwendung von schaltbaren Ubersetzungsgliedern mit den Übersetzungsverhältnissen il, i2 usw. sowie von mindestens einem Planetenrädergetriebe mit dem Übersetzungsverhältnis zwischen Hohlrad und Sonne mehrfach durchlaufen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter,. in seiner Drehzahl beschränkt und kontinuierlich veränderbarer Antriebsmotor (10) selbst als Steuerglied dient, und daß dieser Motor (10) einerseits durch ein erstes Zahnradvorgelege (11) mit dem Übersetzungsverhältnis il mit der Welle (13) eines an sich bekannten, in seiner Drehzahl konstanten Hilfsmotors (14) kuppelbar, und andererseits mit der Sonne (16) des Planetenrädergetriebes (17) fest verbunden ist, dessen mit der Sonne (16) kuppelbares Hohlrad (19) den Abtrieb bildet und dessen Träger (24) durch ein zweites Zahnradvorgelege (22) mit dem Übersetzungsverhältnis i. mit der Welle (13) des Hilfsmotors (14) in ständiger Treibverbindung steht, wobei die Gesamtübersetzung i = il - i, der beiden Zahnradvorgelege (11, 22) nur unwesentlich kleiner ist als der Wert des Planetenrädergetriebes.
2. 2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis il des ersten Zahnradvorgeleges (11) gleich oder kleiner ist als das Verhältnis von Maximaldrehzahl des Antriebsmotors (10) zur konstanten Drehzahl des Hilfsmotors (14).
3. 3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abtriebsrad des ersten Zahnradvorgeleges (11) und dem Antriebsrad des zweiten Zahnradvorgeleges (22) auf der Welle (13) des Hilfsmotors (14) eine erste Kupplung (12) und auf der nach der Abtriebsseite hin über das Sonnenrad (16) hinaus verlängerten Antriebswelle (15) eine zweite Kupplung (18) angeordnet ist.
4. 4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (19) auf der Abtriebsseite ein die zweite Kupplung (18) einschließendes Gehäuse (20) bildet, welches in die Abtriebswelle (21) übergeht. s. .\ntricb,;<inordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan zum Ein-und Ausschalten des Hilfsmotors (14) zwangläufig mit den Steuergliedern für die Kupplungsbetätigung derart gekoppelt ist, daß der Hilfsmotor (14) einschaltet, wenn die erste Kupplung (12) ausrückt und ausschaltet, wenn die zweite Kupplung (18) einrückt. 6. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschaltpunkt der ersten Kupplung (12) bei einer Drehzahl des Antriebsmotors (10) liegt, welche gleich ist der Drehzahl des Hilfsmotors (14) mal dem Übersetzungsverhältnis il des ersten Zahnradvorgeleges (11), und daß das Wiedereinrücken dieser Kupplung (12) so lange gesperrt bleibt, bis der Antriebsmotor (10) wieder auf seine Minimaldrehzahl abfällt. 7. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschaltpunkt der zweiten Kupplung (18) bei einer Drehzahl der Abtriebswelle (21) liegt, die gleich ist der Drehzahl des Hilfsmotors (14) geteilt durch das Übersetzungsverhältnis i2 des zweiten Zahnradvorgeleges (22). B. Antriebsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auch die erste Kupp-Jung (12) von der Abtriebswelle (21) aus steuerbar ist und ihr Ausschaltpunkt bei einer Drehzahl an der Abtriebswelle (21) liegt, die gleich ist dem Wert worin n1 die Antriebszahl = Hilfsmotordrehzahl mal il bedeutet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 828 187, 1036 636, 1 125 247, 1 151860; französische Patentschrift Nr. 1088 976.