DE3411021A1

DE3411021A1 - Flywheel drive for machines and vehicles, especially mine vehicles

Info

Publication number: DE3411021A1
Application number: DE19843411021
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Schaffarczyk
Original assignee: Neuhaeuser GmbH and Co Lager und Foerdersysteme
Current assignee: Neuhaeuser GmbH and Co Lager und Foerdersysteme
Priority date: 1984-03-24
Filing date: 1984-03-24
Publication date: 1985-10-03

Abstract

This relates to a flywheel drive for machines and vehicles, with a flywheel arranged on a driveshaft, a drive motor acting on the drive shaft by way of a clutch and an output shaft connectable to the driveshaft by way of a clutch. At least two contrarotating flywheels are arranged on the driveshaft. A reversing gear mechanism is arranged between both flywheels. In this way, synchronisation is obtained in relation to the driveshaft, and the otherwise negative effects of the gyroscopic effect are at the same time remedied. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwungradantrieb für Maschinen und Fahr-The invention relates to a flywheel drive for machines and vehicles

zeuge, insbesondere Grubenfahrzeuge, mit einem auf einer Antriebswelle angeordneten Schwungrad, einem unter Zwischenschaltung einer Kupplung auf die Antriebswelle arbeitenden Antriebsmotor und einer unter Zwischenschaltung einer Kupplung an die Antriebswelle anschließbaren Abtriebswelle, gegebenenfalls mit einem Getriebe. - Maschinen meint im Rahmen der Erfindung beispielsweise Straßenbaumaschinen, Bergbaumaschinen, Maschinen für Rangierbetriebe und Munitionsdepots, Rasenmäher usw.tools, in particular mining vehicles, with one on a drive shaft arranged flywheel, one with the interposition of a clutch on the drive shaft working drive motor and one with the interposition of a coupling to the Drive shaft connectable output shaft, optionally with a gear. - In the context of the invention, machines means, for example, road construction machines, mining machines, Machines for shunting operations and ammunition depots, lawn mowers, etc.

Fahrzeuge bzw. Grubenfahrzeuge meint im Rahmen der Erfindung beispielsweise Grubenlokomotiven, untertagetaugliche Fahrlader, Einschienenhängebahnen usw.Vehicles or mine vehicles means for example in the context of the invention Mine locomotives, underground loaders, overhead monorails, etc.

Das Schwungrad ist bekanntlich ein mechanischer Energiespeicher. Es wird einerseits verwendet, um bei stoßweiser Maschinenarbeit an der Antriebswelle gleichmäßige Verhältnisse zu erhalten, andererseits dient es auch zum langsamen Sammeln bzw. Speichern von gleichmäßig angebotener Energie, um dann im Stoßbetrieb größere Arbeiten verrichten zu können. Eine relativ große Energiemenge wird durch den Schwungradspeicher von Fahrzeugen umgesetzt. Es handelt sich hierbei um solche Fahrzeuge, die an dafür vorgesehenen Stationen einen Antriebsmotor an das elektrische Netz anschließen und damit das Schwungrad in verhältnismäßig kurzer Zeit auf eine vorgegebene Umdrehungszahl pro Minute beschleunigen. Die auf diese Weise gespeicherte Energie dient anschliessend zum Antrieb des Fahrzeuges bis zu dem nächsten "Tanken" von Drehenergie. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise bekannt, einen mit dem Schwungrad verbundenen Elektromotor im Fahrbetrieb als Generator zu betreiben, der den Strom für die Fahrmotoren des Fahrzeuges liefert. Es sind aber auch Hybridantriebe aus Verbrennungsmotor und Schwungrad bekannt. Zwar sind Schwungradantriebe, da sie lärmfrei und abgasfrei sind, umweltfreundliche Antriebe, jedoch ist deren Effektivität unter anderem durch das Auftreten enormer Kräfte im System noch nicht zufriedenstellend. - Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.The flywheel is known to be a mechanical energy store. It is used on the one hand to prevent intermittent machine work on the drive shaft To maintain even proportions, on the other hand, it also serves to slow down Collecting or storing energy that is evenly offered, then in burst mode to be able to do bigger jobs. A relatively large amount of energy is going through implemented the flywheel accumulator of vehicles. These are those Vehicles that have a drive motor connected to the electric at designated stations Connect the power supply and thus the flywheel in a relatively short time on a Accelerate the specified number of revolutions per minute. The saved in this way Energy is then used to drive the vehicle until the next "refueling" of rotary energy. In this context it is known, for example, to use a to operate the electric motor connected to the flywheel as a generator while driving, which supplies the electricity for the drive motors of the vehicle. But there are also hybrid drives known from internal combustion engines and flywheels. Flywheel drives are true because they Are noise-free and emission-free, environmentally friendly drives, but their effectiveness is not yet satisfactory, among other things due to the occurrence of enormous forces in the system. - This is where the invention aims to remedy the situation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwungradantrieb der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die im System sonst störenden Kräfte beseitigt oder zumindest auf ein Minimum begrenzt werden und der sich durch große Energiespeicherbreite bei verhältnismäßig kompakter Bauweise auszeichnet.The invention is based on the object of a flywheel drive to create the type described above, in which the otherwise disruptive in the system Forces are eliminated or at least kept to a minimum and the result will be through large energy storage width with a relatively compact design.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Schwungradan trieb dadurch, daß auf der Antriebswelle zumindest zwei gegenläufige Schwungräder angeordnet sind und zwischen den beiden Schwungrädern ein Wendegetriebe angeordnet ist. - Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, daß die Gegenläufigkeit der beiden Schwungräder die sonst negativen Einflüsse der Kreiselwirkung bzw. Präzession gleichsam im Wege der Kompensation behoben werden, wobei das Wendegetriebe dafür sorgt, daß in bezug auf die Antriebswelle bzw. deren Umlaufrichtung praktisch ein Gleichlauf beider Schwungräder erreicht wird. Das Wendegetriebe kann als ein mechanisches, hydraulisches oder dergleichen Getriebe verwirklicht sein. Jedenfalls sorgt das Wendegetriebe für eine Bewegungsumkehr in bezug auf das eine gegenläufige Schwungrad. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind auf der Antriebswelle mehrere Schwungradpaare mit zwischen den Schwungradpaaren und/ oder den einzelnen Schwungrädern vorgesehenen Wendegetrieben angeordnet, so daß sich der erfindungsgemäße Schwungradantrieb in einem weiten Bereich ausnutzen läßt bzw. durch eine große Energiespeicherbreite auszeichnet. Denn durch das Aneinanderreihen mehrerer Schwungradpaare sind höhere Antriebsleistungen bzw. längere Betriebszeiten erzielbar. Insoweit wird ein Baukastenprinzip verwirklicht, welches eine Anpassung des erfindungsgemäßen Schwungradantriebes an die betrieblichen Erfordernisse im Wege der Verkleinerung oder Vergrößerung der Antriebsleistung ermöglicht.The invention solves this problem with a generic flywheel driven by the fact that at least two counter-rotating flywheels on the drive shaft are arranged and a reversing gear is arranged between the two flywheels is. - These measures of the invention have the consequence that the opposite of the both flywheels the otherwise negative influences of the gyroscopic effect or precession be remedied as it were by way of compensation, with the reversing gear for this ensures that with respect to the drive shaft or its direction of rotation is practically a Synchronism of both flywheels is achieved. The reversing gear can be used as a mechanical, be realized hydraulic or the like transmission. Anyway, that cares Reversing gear for a movement reversal in relation to the one counter-rotating flywheel. According to a preferred embodiment of the invention are on the drive shaft several flywheel pairs with between the flywheel pairs and / or the individual Flywheels provided reversing gears arranged so that the invention Flywheel drive can be used in a wide range or by a large energy storage width excels. Because by stringing together several pairs of flywheels are higher Drive power or longer operating times can be achieved. In this respect, a modular principle is used realized which an adaptation of the flywheel drive according to the invention to the operational requirements by way of reducing or enlarging the Drive power enables.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So ist zweckmäßigerweise zwischen den Schwungrädern bzw. Schwungradpaaren und der abtriebsseitigen Kupplung ein Getriebe, z.B. Untersetzungsgetriebe, mit einer weiteren Kupplung zwischen dem Untersetzungsgetriebe und den Schwungrädern angeordnet, damit auch die Schwungräder und das Getriebe außer Eingriff gebracht werden können. Der Antriebsmotor arbeitet nach einer Ausführungsform der Erfindung über das Getriebe bzw. Untersetzungsgetriebe auf die Antriebswelle. Bei diesem Antriebsmotor kann es sich um einen externen Elektromotor, aber auch Verbrennungsmotor, hydraulischen oder pneumatischen Motor handeln, der zur Aufladung der Schwungräder dient. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Abtriebswelle eine Hydropumpe, ein Hydromotor und eine Steuervorrichtung mit Netzanschluß für beide Aggregate zugeordnet sind, um gleichsam eine netzhydraulische Aufladung der Schwungräder zu erreichen. In diesem Fall läßt sich der Energiefluß beim Speichern bzw. Aufladen der Schwungräder von einem externen Hydraulik-Anschluß einleiten, und zwar über die dann als Hydromotor wirkende Hydropumpe.Further features essential to the invention are listed below. So is expediently between the flywheels or flywheel pairs and the clutch on the output side a gear, e.g. reduction gear, with another clutch between the reduction gear and the flywheels arranged so that the flywheels and the gearbox are also disengaged can be. The drive motor works according to one embodiment of the invention via the gear or reduction gear on the drive shaft. With this drive motor it can be an external electric motor, but also internal combustion engine, hydraulic or a pneumatic motor that is used to charge the flywheels. To Another embodiment of the invention provides that the output shaft a hydraulic pump, a hydraulic motor and a control device with mains connection for both units are assigned to a network hydraulic charging of the To reach flywheels. In this case, the flow of energy can be reduced when storing initiate or charge the flywheels from an external hydraulic connection, namely via the hydraulic pump which then acts as a hydraulic motor.

Endlich sieht die Erfindung vor, daß die Schwungräder, die Getriebe und die Kupplungen als Antriebseinheit in einem luftdichten Gehäuse mit einer Vakuumpumpe untergebracht sind. Denn durch das Evakuieren des Gehäuses lassen sich der Luftwiderstand und die daraus resultierenden Reibungsverluste erheblich reduzieren. Außerdem kann das Gehäuse für die Unterbringung sonstiger Hilfsgeräte und insbesondere eines Speichers für den Hydromotor und die Hydropumpe dienen.Finally, the invention provides that the flywheels, the gears and the couplings as a drive unit in an airtight housing with a vacuum pump are housed. Because the air resistance can be reduced by evacuating the housing and significantly reduce the resulting frictional losses. Also can the housing for accommodating other auxiliary devices and in particular a memory serve for the hydraulic motor and the hydraulic pump.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Schwungradantrieb für Maschinen und Fahrzeuge, insbesondere Grubenfahrzeuge, verwirklicht wird, der sich durch eine Kompensation der sonst im System auftretenden Kräfte auszeichnet. Das gilt insbesondere für die negativen Einflüsse der Kreiselwirkung bzw. Präzession. Darüber hinaus zeichnet sich der erfindungsgemäße Schwungradantrieb durch den Einsatz eines oder mehrerer Schwungradpaare durch eine variable und verhältnismäßig große Energiespeicherbreite und dennoch kompakte Bauweise aus, weil sich mehrere Schwungradpaare mit gleichbleibendem Schwungraddurchmesser aneinanderreihen lassen. Ferner ist der erfindungsgemäße Schwungradantrieb insbesondere für eigenständige Antriebe aber auch Hybridantriebe im Untertagebergbau bevorzugt geeignet, insbesondere in explosionsgefährdeten Räumen, und zwar als Ersatz für bisher im Einsatz befindliche Maschinen wie Seilzug, Dieselantrieb, Fahrdraht- und Batterieantrieb usw. Insbesondere eignet sich der erfindungsgemäße Schwungradantrieb dort für Grubenlokomotiven, Fahrlader und Einschienenhängebahnen.The advantages achieved by the invention are essentially therein to see that a flywheel drive for machines and vehicles, especially mining vehicles, is realized, which is achieved by compensating for the otherwise occurring in the system Strengths. This applies in particular to the negative influences of the gyroscopic effect or precession. The flywheel drive according to the invention is also distinguished through the use of one or more pairs of flywheels through a variable and proportionate large energy storage width and yet compact design, because there are several Flywheel pairs with constant Line up the flywheel diameters permit. Furthermore, the flywheel drive according to the invention is particularly suitable for stand-alone Drives but also hybrid drives in underground mining are particularly suitable, in particular in potentially explosive areas, as a replacement for those previously in use Machines such as rope hoists, diesel drives, contact wire and battery drives, etc. In particular the flywheel drive according to the invention is suitable there for mine locomotives, truck loaders and monorails.

Irn folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Schwungradantrieb in schematischer Darstellung mit externer Aufladung durch einen E-Motor, Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1 für hydraulische Aufladung und Fig. 3 einen Fahrlader mit einem erfindungsgemäßen Schwungradantrieb in schematischer Seitenansicht.In the following, the invention is illustrated by means of only one exemplary embodiment illustrative drawing explained in more detail; The figures show: FIG. 1 a device according to the invention Flywheel drive in a schematic representation with external charging by a E-motor, Fig. 2 another embodiment of the object of Fig. 1 for hydraulic Charging and FIG. 3 shows a loader with a flywheel drive according to the invention in schematic side view.

In den Figuren ist ein Schwungradantrieb für Maschinen und Fahrzeuge 1, insbesondere Grubenfahrzeuge, dargestellt, und zwar mit einem auf einer Antriebswelle 2 angeordneten Schwungrad 3, einem unter Zwischenschaltung einer Kupplung 4 auf die Antriebswelle 2 arbeitenden Antriebsmotor 5 und einer unter Zwischenschaltung einer Kupplung 6 an die Antriebswelle 2 anschließbaren Abtriebswelle 7. Auf der Antriebswelle 2 sind zumindest zwei gegenläufige Schwungräder 3, 8 angeordnet.In the figures is a flywheel drive for machines and vehicles 1, in particular mining vehicles, shown, with one on a drive shaft 2 arranged flywheel 3, one with the interposition of a clutch 4 the drive shaft 2 working drive motor 5 and one with the interposition a coupling 6 to the drive shaft 2 connectable output shaft 7. On the Drive shaft 2 are at least two counter-rotating flywheels 3, 8 arranged.

Zwischen den beiden Schwungrädern 3, 8 ist ein Wendegetriebe 9 angeordnet. Zur Erhöhung der Antriebsleistung können auf der Antriebswelle 2 auch mehrere Schwungradpaare 3, 8 mit zwischen den Schwungradpaaren oder den einzelnen Schwungrädern vorgesehenen Wendegetrieben 9 angeordnet sein. Zwischen den Schwungrädern 3, 8 und der abtriebsseitigen Kupplung 6 ist ein Getriebe 10, nämlich Untersetzungsgetriebe mit einer weiteren Kupplung 11 zwischen dem Getriebe 10 und den Schwungrädern 3, 8 angeordnet. - Nach der Ausführungsform in Fig. 1 arbeitet der Antriebsmotor 5 über das Untersetzungsgetriebe 10 auf die Antriebswelle 2 und ist beispielsweise als E-Motor zum Aufladen der Schwungräder 3, 8 ausgebildet. - Nach der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind der Abtriebswelle 7 eine Hydropumpe 12, ein Hydromotor 13 und eine Steuervorrichtung 14 mit Netzanschluß 15 für beide Aggregate zugeordnet. In diesem Fall kann eine hydraulische Aufladung der Schwungräder 3, 8 erfolgen. Die Steuervorrichtung 14 dient zum Steuern der Drehzahlen bzw. Umlaufrichtung. Netzanschluß 15 meint hier einen hydraulischen Anschluß zum Einleiten des Energieflusses beim Aufladen der Schwungräder 3, 8 über die dann als Hydromotor arbeitende Hydropumpe 12.A reversing gear 9 is arranged between the two flywheels 3, 8. To increase the drive power, several pairs of flywheels can also be installed on the drive shaft 2 3, 8 with provided between the flywheel pairs or the individual flywheels Reversing gears 9 can be arranged. Between the flywheels 3, 8 and the output side coupling 6 is a transmission 10, namely a reduction gear with a further clutch 11 arranged between the transmission 10 and the flywheels 3, 8. - According to the embodiment In Fig. 1, the drive motor 5 works via the reduction gear 10 on the Drive shaft 2 and is used, for example, as an electric motor for charging the flywheels 3, 8 formed. - According to the embodiment shown in Fig. 2, the output shaft 7 a hydraulic pump 12, a hydraulic motor 13 and a control device 14 with a mains connection 15 assigned for both units. In this case hydraulic supercharging can be used the flywheels 3, 8 take place. The control device 14 is used to control the speeds or direction of rotation. Network connection 15 means here a hydraulic connection to the Initiation of the flow of energy when charging the flywheels 3, 8 via the then as Hydraulic pump 12 working with hydraulic motor.

Die Schwungräder 3, 8, die Getriebe 9, 10 und die Kupplungen 4, 6, 11 können als Antriebseinheit in einem luftdichten Gehäuse 16 mit einer Vakuumpumpe 17 untergebracht sein, um durch das Evakuieren des Gehäuses 16 den Luftwiderstand und folglich die Reibungsverluste zu reduzieren. Das Gehäuse 16 kann ferner einen Hydraulikspeicher 18 und sonstige Hilfsgeräte 19 aufnehmen.The flywheels 3, 8, the gears 9, 10 and the clutches 4, 6, 11 can be used as a drive unit in an airtight housing 16 with a vacuum pump 17 to be accommodated in order to reduce the air resistance by evacuating the housing 16 and consequently to reduce the friction losses. The housing 16 can also have a Hydraulic accumulator 18 and other auxiliary devices 19 take up.

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Claims

Flywheel drives for machines and vehicles, in particular mining vehicles Claims: 1. Flywheel drive for machines and vehicles, in particular Mine vehicles, with a flywheel arranged on a drive shaft, a with the interposition of a coupling on the drive motor working on the drive shaft and one that can be connected to the drive shaft with the interposition of a clutch Output shaft, if necessary with a gear, d a d u r c h e k e n n z e i c h n e t that on the drive shaft (2) at least two counter-rotating flywheels (3, 8) are arranged and a reversing gear between the two flywheels (3, 8) (9) is arranged.

2. flywheel drive according to claim 1, characterized in that on the drive shaft (2) several pairs of flywheels (3, 8) with between the pairs of flywheels and / or reversing gears (9) provided for the individual flywheels are.

3. flywheel drive according to claim 1 or 2, characterized in that that between the flywheels (3, 8) and the clutch (6) on the output side Gear (10) with a clutch (11) between this gear (10) and the flywheels (3, 8) is arranged.

4. flywheel drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the drive motor (5) works on the drive shaft (2) via the gear (10).

5. flywheel drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the flywheels (3, 8), the gears (9, 10) and the clutches (4, 6, 11) as a drive unit in an airtight housing (16) with a vacuum pump (17) are housed.

6. flywheel drive according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the drive shaft (2) has a hydraulic pump (12), a hydraulic motor (13) and a control device (14) are assigned to the mains connection (15) for both units.