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WO2019154772A1 - Antriebsvorrichtung und verfahren zur drehzahllimitierung - Google Patents

Antriebsvorrichtung und verfahren zur drehzahllimitierung Download PDF

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Publication number
WO2019154772A1
WO2019154772A1 PCT/EP2019/052695 EP2019052695W WO2019154772A1 WO 2019154772 A1 WO2019154772 A1 WO 2019154772A1 EP 2019052695 W EP2019052695 W EP 2019052695W WO 2019154772 A1 WO2019154772 A1 WO 2019154772A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
retarder
oil
oil reservoir
drive
failure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/052695
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Stolz
Peter Vogel
Tobias SEEBERGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of WO2019154772A1 publication Critical patent/WO2019154772A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/721—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously the secondary drive being an energy dissipating device, e.g. regulating brake, in order to vary speed continuously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/08—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels using fluid or powdered medium
    • B60T1/087—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels using fluid or powdered medium in hydrodynamic, i.e. non-positive displacement, retarders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T10/00—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope
    • B60T10/02—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope with hydrodynamic brake
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D57/00—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders
    • F16D57/04—Liquid-resistance brakes; Brakes using the internal friction of fluids or fluid-like media, e.g. powders with blades causing a directed flow, e.g. Föttinger type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • F16H57/10—Braking arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/12—Detecting malfunction or potential malfunction, e.g. fail safe ; Circumventing or fixing failures

Definitions

  • the invention relates to a drive device comprising a superposition gear, a main drive machine which is connected to an input shaft of the superposition gearing, one or more auxiliary drives, a hydrodynamic retarder for braking the auxiliary drive and an output shaft of the superposition gearing, which can be connected to a work machine; wherein the superposition gear comprises a planetary gear with a ring gear, a sun gear, a planet carrier and a plurality of planet gears, wherein the input shaft with the ring gear, the output shaft with the sun gear and the or the auxiliary drives are connected via at least one gear stage with constant translation with the planet carrier and wherein the retarder is connected to an auxiliary drive.
  • the invention relates to a method for speed limitation in case of failure or rapid shutdown of the main drive machine or an auxiliary drive to such a drive device.
  • a superposition gearbox In a superposition gearbox generally two shafts of the planetary gear are driven by mutually independent drives so that the rotational speeds on the third shaft, the output shaft, are added or subtracted. If one of the drives can be regulated, then a stepless speed control for the output shaft can be achieved.
  • Such drive devices are used in particular for driving pumps, compressors or compressors with high performance, as used for example in the oil and gas industry or in thermal power plants.
  • Such a drive device additionally equipped with a braking device which is connected to an auxiliary drive, is shown in DE 102014210868 A1.
  • a hydrodynamic retarder is also generally mentioned.
  • the braking device is provided therein solely for braking or stopping the output shaft.
  • auxiliary drive and the transmission can be damaged if the auxiliary drive fails during operation or must be disconnected from the mains. Such a failure can occur if a so-called blackout - a complete power failure - occurs or if faults on one of the drives or on one of the switchgear cause a shutdown. Since in the above-mentioned applications usually the inertia of the main drive machine is much larger than that of the driven machine, the speed of the machine will quickly go to zero even in case of failure or shutdown of the drive torque to the main drive machine. Due to the speed balance on the planetary gear is in this transmission variant of the Planet carrier and the auxiliary drive greatly accelerated.
  • the object is achieved by a drive device according to claim 1.
  • a drive device according to claim 1.
  • the device is equipped with an oil reservoir, which is designed so that during rapid shutdown or failure of the power supply of one of the drives, the retarder for activation with oil from this oil reservoir can be filled without an external power supply is needed.
  • the oil reservoir is designed so that the amount of oil is sufficient to slow down the planet carrier using the retarder can so that no harmful overspeed occurs.
  • the planet carrier does not necessarily have to be braked to a standstill.
  • two or more oil reservoirs may possibly be present.
  • the oil reservoir is arranged and connected to the retarder via oil lines, that the filling of the retarder is possible without additional power supply.
  • the oil reservoir can store the oil under increased pressure.
  • it is designed so that it can be put under pressure in the event of a power failure. The advantage of such a solution is that reliably - even in the accident described above - an overspeed on the planet carrier, the weakest link in the drive device can be avoided.
  • the retarder can have a parabolic braking behavior due to the hydrodynamic action, that is, that the braking torque is high at high differential speed and then decreases, the more the auxiliary drive is braked. As a result, the auxiliary drive is not unnecessarily slowed down, but only as far as the risk of overspeed is no longer given.
  • the brake is also wear-free and therefore very easy to maintain.
  • the retarder can be used well in potentially explosive atmospheres. In contrast to friction brakes, the retarder performs the heat energy generated during braking reliably and in a controlled manner via the oil. Explosion protection requirements are mainly present in the market area oil and gas. This system can be braked reliably even with the developed solution even if the drive with its winding temperature has exceeded the permissible temperature threshold value and no deceleration via the frequency converter is possible.
  • the arrangement is well suited for high speeds at the output, as they are required for example in high-speed compressors or large fans, because thereby the space and the weight of the drive device can be kept relatively low.
  • the inventive embodiment when the main drive machine is only constant speed operable and the one or more auxiliary drives are operated speed controlled and in particular the one or more auxiliary drives are designed as low-voltage motors.
  • Much of the drive power can be applied by the constantly operating main drive machine. This does not require a frequency converter, which saves investment costs.
  • the main drive machine is designed as a medium-voltage motor, ie with a voltage of more than 1 kV.
  • the speed control is via the auxiliary drives, which require a lower power and which are preferably designed as low-voltage motors with a voltage of less than 1 kV.
  • the required frequency converters are smaller and less expensive.
  • a gear stage is understood to mean a drive connection which transmits power and torque with a constant gear ratio, ie a fixed speed ratio.
  • the inflow of oil can be controlled via a throttle in the supply line between the oil reservoir and the retarder.
  • the time course of the braking behavior can be influenced.
  • the necessary heat dissipation from the retarder can be ensured in case of failure.
  • a cooling circuit for the oil in the retarder may be present, in particular, the cooling of the lubricating oil circuit of the drive device may be used.
  • the oil reservoir can be placed under increased pressure in order to build up sufficient pressure to fill the retarder in case of energy failure.
  • the pressure may, for example, permanently abut the oil reservoir and be generated for example by a separate pump, in particular by a Flochtikpumpe, or by a spring preload or by gas pressure or by the system pressure from a lubricating oil system for the drive device.
  • the variants for pressure generation can also be combined.
  • the gas pressure can also be generated by a compressed air system or by a propellant charge, which gives only in case of failure increased pressure on the oil reservoir.
  • the oil reservoir can be designed as a piston accumulator.
  • the piston accumulator can be designed on one side or with a pressurized on both sides with oil, sealing piston as a media separator.
  • the oil reservoir can be designed as a bladder accumulator with an elastomer bladder or as a membrane reservoir with an elastomer membrane.
  • the oil reservoir may alternatively or additionally be arranged at a higher level and thus provide pressure for filling the retarder by the geodetic height without the need for a power supply. He is then trained as a so-called high tank.
  • the oil reservoir is filled with a separate pump or with the help of system pressure from a lubricating oil system.
  • oil is to be understood as meaning a fluid which is suitable for producing the necessary braking torque in the retarder. This may be a coolant or water.
  • a separate pump for filling the oil reservoir is provided, which is mechanically connected to a shaft of the planetary gear, and thus activated during operation of the drive device.
  • it can be powered by a motor and with the help of an uninterruptible power supply.
  • the drive device is designed so that the oil reservoir can be filled with oil from a lubricating oil system for the drive device and that the retarder can be filled exclusively with oil from the oil reservoir. This makes the execution easier and requires no additional oil supply.
  • the retarder is arranged outside the gearing housing of the superposition gearing.
  • the retarder is connected to the auxiliary drive such that it has the same speed as the auxiliary drive.
  • auxiliary drive usually has a higher speed as the planet carrier and the retarder has a better braking effect at high speed. This allows for greater deceleration, or a smaller retarder can be used than when the retarder is installed at a lower speed location.
  • At least one valve in particular a directional control valve, is provided between the oil reservoir and the retarder, which has two switch positions, a first in which the retarder is separated from the oil reservoir and a second, in which the oil reservoir is connected to the retarder. If there is pressure from the reservoir side at this valve, oil can flow from the reservoir to the retarder when switching to the second position and fill it.
  • valve is designed so that it is in normal operation in the first switching position and goes in case of failure or interruption of the power supply in the second switching position. This means that the valve is closed in normal operation and goes in the event of a fault in the open position.
  • a sensor is provided on the oil reservoir, which monitors the level and / or the pressure in the oil reservoir. If the fill level and / or the pressure is insufficient, a warning can be output or, for example, it can be prevented that the drive device can be approached or the drive device can be shut down automatically. This offers a higher reliability of the drive device.
  • the drive device is designed so that of the three speeds: that of the main drive machine, the output shaft and the auxiliary drive at least two speeds can be detected or measured, in particular by means of pulse generator on the drive and / or speed sensors.
  • the third of the speeds can be determined, even if they are not measured becomes.
  • errors can be detected early, and can respond to incidents quickly or even anticipatory.
  • a bypass line (36) on the retarder (12) is also provided, which is designed such that it leads oil from the exit of the retarder back to the inlet to the retarder, and has an adjustable throttling possibility
  • the retarder is designed so that the oil from the retarder can be discharged into an oil sump, in particular a throttle between retarder and oil sump is present. so that the oil drain can be set.
  • the braking behavior and the heat dissipation from the retarder can be designed controlled.
  • the object is achieved by an embodiment according to claim 13 - using a device according to the invention. Further advantageous features of the method according to the invention, which further improve this, can be found in the following subclaims for the method.
  • the inventive method has the advantage that - regardless of the power supply - a reliable braking and avoiding overspeed of the auxiliary drives, the planet carrier or other system components is possible.
  • the retarder works wear-free and it is also suitable for explosion protection.
  • the braking of the drive device does not necessarily have to be stopped.
  • an emergency operation at reduced speed can be made possible with the retarder.
  • the auxiliary drives of the retarder can muster the necessary supporting moment to decelerate the still in operation main drive machine so that a lower load point can be maintained with the drive device.
  • the detection of a failure or an emergency shutdown is included, for example, via the drive control and / or signals from the power supply, in particular in case of failure of the supply network or triggering safety devices or emergency stop Facilities, done.
  • fault or fault messages can be used.
  • a speed measurement is preferably provided on the planet carrier or on one or more auxiliary drives.
  • the measurement can be carried out via speed sensors at a suitable point or via pulse generators on the drives.
  • the triggering of the deceleration process occurs when a certain speed limit is reached or exceeded. This speed limit is specified by the permissible maximum mechanical limit speed. io
  • auxiliary drives it is advantageous if an impending failure of the auxiliary drives can already be detected before entry.
  • upper temperature limits for the winding temperature and / or for the storage temperature of one or more drives can be monitored by one or more temperature sensors.
  • current acceleration values from the measured or determined rotational speeds can additionally be used to detect a failure or imminent failure.
  • a failure can be detected and the method according to the invention for speed limitation can be carried out.
  • Fig.3b Exemplary speed curve without unwanted overspeed after a failure
  • the superposition gear 17 has a housing 9 and comprises a planetary gear 18.
  • the input shaft 14 connects the main drive machine 2 with the ring gear 4 of the planetary gear and the output shaft 15 connects the sun gear 7 with the work machine 1.
  • the third wave of the superposition gear is through the auxiliary drive shafts 16.1 and 16.2 formed. These connect via the gear stage 6.1 a / b and 6.2a / b, the auxiliary drives 3.1 and 3.2 with the planet carrier 10.
  • the planet carrier 10 contributes to a planetary gears 5 on the planet pins and on the other hand it is formed with external teeth as a gear that with the respective gears 8.1, 8.2 meshes and forms a further gear stage.
  • the gears 8.1 and 6.1 b and 8.2 and 6.2b are preferably formed as a so-called step wheel.
  • the gear on the planet carrier 10 may also be joined, it does not necessarily have to be formed in one piece from the planet carrier.
  • the preferred variant for the gear stage is shown in the form of a spur gear.
  • this version is equipped with two auxiliary drives 3.1 and 3.2; However, the invention can also be implemented with only one auxiliary drive or with several, for example three auxiliary drives. It is important that the auxiliary drives via at least one gear stage 6.1 a / b, 6.2a / b, 8.1, 8.2 are coupled with constant translation with the planet carrier 10.
  • the auxiliary drives 3.1, 3.2 are designed as controllable motors with lower power and the main drive machine 2 as a motor with higher power but constant speed.
  • the auxiliary drives can be designed as low-voltage motors, since they often only have about 10 to 30% of the total drive power.
  • the main propulsion engine 2 is designed as a medium voltage motor in many applications to provide the total power required, and can be executed without control.
  • Such drive devices are particularly interesting at high powers of several MW, such as occur in high-speed pumps, compressors or fans in the oil and gas industry or in thermal power plants.
  • the speed at the output shaft 15 can be increased or decreased by a certain proportion.
  • the limits of this range at maximum speed of the auxiliary drives 3.1, 3.2 once in positive and once in negative direction specify the possible control range.
  • auxiliary drives 3.1, 3.2 and especially the planet gears 5 and their bolts can be damaged.
  • a safe design of the planetary gear 18 for this particular accident would make the drive device unnecessarily large and expensive.
  • the auxiliary drives 3.1, 3.2 and the planet carrier 10 can be reliably braked in case of failure. This prevents an unacceptable overspeed.
  • the oil reservoir 13 is under elevated pressure or the oil reservoir 13 is pressurized in case of failure to fill the retarder 12 independently of an external power supply via a line 35.
  • the oil for the oil reservoir 13 is preferably obtained from a lubricating oil system 40 of the drive device via a filling line 31.
  • the braking does not necessarily have to be stopped. It can be maintained at reduced speed in some cases, an emergency operation, for example, when the auxiliary drives 3.1, 3.2 fail and the main drive machine 2 is still in operation.
  • the retarder 12 brings the necessary support torque to brake the main drive machine 2, and so according to speed / torque characteristics of the retarder 12 to be able to hold a lower load point.
  • the oil supply of the retarder 12 must be designed for emergency operation.
  • speed sensors 20, 21, 22 may be provided on the drives 2, 3.1, 3.2. These can be formed for example by the pulse generator of the motors. Alternatively or additionally, a speed sensor on the gear of the gear stage 6.1 a / b, 6.2a / b, a speed sensor on the gear of the planet carrier 10 or a speed sensor on the output shaft 15 may be present. Thus, variants are given, with which all speeds n1, n2, n3 and that of the planet carrier can be measured. Ultimately, however, it is sufficient if two of these speeds are measured, because the other speeds can then be determined by the speed equation of the planetary gear 18 and the translations. Thus, not all the speed sensors mentioned are necessary at the same time.
  • the determination of the speeds and in particular the knowledge of their course in case of failure offer the advantage that it can be determined as the Brake characteristic and the braking process must be designed. These can be influenced by controlling the filling of the retarders 12.
  • the drive device represents an overall system with the drive device according to the invention, with the work machine 1 and the connection to the power supply network 50.
  • the drive device comprises a superposition gear 17 with input shaft 14 and output shaft 15, a main drive 2 and two auxiliary drives 3.1, 3.2.
  • the main drive 2 is connected via a switching device 54 to the power supply network 50 and we operated at a constant speed.
  • the auxiliary drives 3.1, 3.2 are via an inverter 52, 53 and a corresponding
  • Power supply unit 51 connected to the network 50.
  • the auxiliary drives can be operated variable speed.
  • Fig.3a the case for a drive device according to the prior art is shown.
  • the speed n1 of the machine falls very quickly to zero due to the low moment of inertia.
  • the speed n2 of the main drive machine is slowing down.
  • the speed n3 of the auxiliary drives increases sharply after the fault.
  • the planet carrier and coupled with him mechanical elements which are coupled to the auxiliary drives 3.1, 3.2, strongly and in many cases accelerated to impermissibly high speeds. This can cause damage especially to the planet pins and other system components.
  • the auxiliary drives can be accelerated beyond their permissible mechanical limit speed, resulting in damage.
  • FIG. 3 b shows exemplary rotational speed curves as can be achieved with a drive device according to the invention and a method according to the invention. Due to the advantageous embodiment with retarder and energy-independent filling of the retarder from an oil reservoir, the acceleration of the auxiliary drives can be avoided. The speed n3 decreases due to the braking effect of the retarder after the accident. At the same time, the work machine is decelerated faster due to the coupling in the planetary gear, which can represent a further advantage. It can also be seen that the braking effect is initially stronger and then decreases at reduced speed. The characteristic of the course of n3 can be adjusted via the filling control, for example with throttles in the supply line to the retarder or in the discharge line from the retarder into the oil sump.
  • the oil reservoir 13 is designed as a pressure accumulator.
  • the oil reservoir 13 is filled via the filling line 31 from the lubricating oil system 40 of the drive device.
  • the pressure for filling and thus also for storage in the oil reservoir 13 is built up exclusively via the lubricating oil pump 41 in the lubricating oil circuit.
  • a throttle and a check valve may be provided in the filling line 31.
  • the connection to the lubricating oil system 40 may be arranged before or after a lubricating oil heat exchanger 42 or a lubricating oil filter 43.
  • a branching lubricating oil line 30 is present to the retarder, this may also have a throttle.
  • the lubrication of the retarder 12 is ensured with the illustrated wiring regardless of the operation of the retarder.
  • the lubricating oil pipe 30 may additionally or alternatively, if no lubrication is necessary, for example, because of foreign storage, serve to lead in normal operation, so always without braking some oil through the retarder 12. So, heat that comes from the no-load losses, reliably dissipated. And it is reduced by this small amount of oil, the idle loss.
  • the oil reservoir 13 is preferably equipped with a level and / or pressure sensor 23. If the level or pressure is insufficient at the beginning of the operation, it may be possible to prevent the system from starting or to issue a warning.
  • the activation of the retarder 12 takes place in case of failure via the opening of the valve 19.1.
  • the retarder 12 is filled with oil as soon as the valve 19.1 releases the passage.
  • the valve 19. 1 can be designed as a 0/1 valve or as a 2/2-way valve, as shown here.
  • the temperature development in the retarder and the braking time can be influenced via the adjustable throttle located in the discharge line 32 and the additionally throttleable bypass line 36. As long as the temperature development is not too high, oil can be passed through the throttling bypass line 36 from the outlet back to the inlet to the retarder. Thus, the existing amount of oil from the oil reservoir 13 can be exploited even better in terms of its thermal capacity. To avoid unwanted heating, a portion of the oil can be discharged via the throttling drain line 32 into the oil sump 34. On the discharge line 32, the retarder 12 can also be emptied when no more braking is desired.
  • the control of the valve 19.1 can be done electrically, pneumatically or hydraulically.
  • the valve 19.1 is designed so that the rest position without power supply - as shown here as position 1 - is the position to release the passage. This can be achieved for example via a spring action. This always ensures that the retarder 12 is filled in the event of a fault.
  • position 2 of the Valve 19.1 the oil reservoir 13 is filled until the pressure in the oil reservoir 13 corresponds to the system pressure of the lubricating oil system.
  • oil reservoirs 13 can be provided.
  • the embodiment of Figure 4b differs in that the filling of the oil reservoir 13, a separate pump 11 is used.
  • This pump 11 may be designed as a high-pressure pump, so as to increase the pressure in the oil reservoir 13 with respect to the lubricating oil system pressure. As a result, the required volume of the oil reservoir can be reduced. In addition, with increased pressure in the oil reservoir 13, the filling of the retarder 12 can be done faster.
  • FIGS. 5a-e show various embodiments of the oil supply for the retarder 12 of a drive arrangement according to the invention; All variants are equipped with a piston accumulator as oil reservoir 13.
  • the piston accumulator has a space for storing the oil and a pressure build-up space 13a on the opposite side; the two rooms are separated by a media burner.
  • the storage space is filled via the filling line 31 with oil from the lubricating oil system 40 of the drive device and wherein the pressure build-up chamber 13 a is pressurized in case of failure via the pressure buildup line 33 from the lubricating oil system 40 and thus ensures that the retarder 12 with oil from the oil reservoir thirteenth is filled.
  • About the drain line 32 oil is discharged into the oil sump 34.
  • this line 34 has an adjustable throttle, with which the braking characteristics, the braking length and the temperature development in the retarder can be selectively influenced.
  • the lubricating oil system 40 includes a lubricating oil pump 41, a lubricating oil heat exchanger 42, and a lubricating oil filter 43.
  • the branch to the oil reservoir 13 may be provided not only after the filter as shown but also elsewhere in the system. About the lubricating oil pipe 30 to the retarder this is reliably lubricated.
  • the Lubricating oil pump 41 is connected to one of the shafts of the drive device, so that the pump continues to run even in case of power failure, as long as the drive device continues to rotate, or if the lubricating oil pump 41 is equipped with an uninterruptible power supply, so that the pump works even in case of power failure.
  • the different variants now differ in the selection, arrangement and circuit of the valves used.
  • the drive device and the design of the contained retarder with its control can be adapted very well to different applications and machines.
  • Fig.5a an embodiment with two 3/2-way valves is shown.
  • the valve 19.2 goes in case of failure - due to the spring load without power supply - in the position 1, so that the pressure build-up space 13a is pressurized from the lubricating oil system.
  • the valve 19.1 is automatically in the position 4, which releases the line 35 from the oil reservoir 13 to the retarder 12, so that it is filled.
  • the valve 19.1 is switched to position 4, while the other valve 19.2 is switched to position 2 to vent the pressure build-up space 13a.
  • the braking time depends on the oil volume in the oil reservoir 13 and the oil volume flow that can be supplied by the lubricating oil system for pressurizing from.
  • the level in the oil reservoir can be monitored with a sensor 23.
  • a circuit of the valves 19.2, 19.1 to position 2 and 4 or to position 1 and 3 is inadmissible and is prevented by circuitry.
  • the variant according to FIG. 5b differs in that only one 4/2-way valve is used as the valve 19.1 and no further valve is required.
  • position 1 the oil reservoir 13 is filled and vented the pressure build-up space 13 a via the retarder 12.
  • position 2 in which the valve goes in case of failure, the pressure build-up space 13 a is pressurized and the oil reservoir 13 is connected to the retarder 12 and filled.
  • a 5/2-way valve is used instead of the 4/2-way valve.
  • the venting of the pressure build-up space 13a can take place via a separate outlet on the valve 19.1, and does not have to take place via the retarder.
  • Fig.5d shows a variant with three valves.
  • a 4/2-way valve (19.3.) Is provided.
  • the retarder 12 is filled via the valve 19.1 from the oil reservoir 13, while on the valve 19.2 of the necessary pressure in the pressure build-up space 13a is generated.
  • the cheaper 2/2-way valves or alternatively 0/1 valves (19.1, 19.2) used here are also more suitable for higher volume flows.
  • higher volume flows are desired.
  • no such high volume flows are necessary because the filling time does not play a major role and the filling line is normally throttled so as not to remove too much oil from the lubricating oil circuit 40 in normal operation.
  • FIG. 5e represents an alternative to the embodiment according to FIG. 5a.
  • the originally present 3/2-way valve which causes the filling and activation of the retard 12
  • the pressurization of the pressure build-up space 13a is switched via the valve 19.2 in the position 1, wherein the valve 19.2 is designed as a 3/2-way valve.
  • the embodiment in Figure 6 shows an oil reservoir which is designed as a float tank 13.1.
  • the pressure necessary for the filling of the retarder 12 is generated by the geodetic height of the high tank 13.1.
  • the Hochtankt 13.1 can be filled via the throttled filling line 31 with a check valve.
  • the filling and activation of the retarder 12 via a simple 2/2-way valve or a 0/1 valve (19.1).
  • Another alternative for the design of the oil reservoir 13 and the pressure build-up for filling the retarder 12 is shown in Figs. 7a and 7b.
  • the oil reservoir 13 is set in case of failure by means of a propellant charge 24 or a compressed air reservoir under pressure.
  • Activation of the retarder 12 is necessary, for example, in that they are spring-loaded.

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Abstract

Antriebsvorrichtung umfassend ein Überlagerungsgetriebe (17), eine Hauptantriebsmaschine (2), die mit einer Eingangswelle (14) des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, einen oder mehrere Hilfsantriebe (3.1,3.2), einen hydrodynamischen Retarder (12) zum Abbremsen des Hilfsantriebes (3.1,3.2) und eine Ausgangswelle (15) des Überlagerungsgetriebes, die mit einer Arbeitsmaschine (1) verbunden werden kann, wobei das Überlagerungsgetriebe (17) ein Planetengetriebe (18) aufweist mit einem Hohlrad (4), einem Sonnenrad (7), einem Planetenträger (10) und mehreren Planetenrädern (5), wobei die Eingangswelle (14) mit dem Hohlrad (4), die Ausgangswelle (15) mit dem Sonnenrad (7) und der oder die Hilfsantriebe (3.1,3.2) über zumindest je eine Getriebestufe mit konstanter Übersetzung mit dem Planetenträger (10) verbunden sind, wobei der Retarder (12) mit einem Hilfsantrieb (3.1, 3.2) verbunden ist und wobei ein Ölspeicher (13) vorhanden ist, der so ausgelegt ist, dass bei Schnellabschaltung oder Ausfall der Energieversorgung eines der Antriebe (2,3.1,3.2) der Retarder (12) aus dem Ölspeicher (13) mit Öl gefüllt werden kann

Description

Antriebsvorrichtunq und Verfahren zur Drehzahllimitierunq
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung umfassend ein Überlagerungsgetriebe, eine Hauptantriebsmaschine, die mit einer Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, einen oder mehrere Hilfsantriebe, einen hydrodynamischen Retarder zum Abbremsen des Hilfsantriebes und eine Ausgangswelle des Überlagerungsgetriebes, die mit einer Arbeitsmaschine verbunden werden kann; wobei das Überlagerungsgetriebe ein Planetengetriebe aufweist mit einem Hohlrad, einem Sonnenrad, einem Planetenträger und mehreren Planetenrädern, wobei die Eingangswelle mit dem Hohlrad, die Ausgangswelle mit dem Sonnenrad und der oder die Hilfsantriebe über zumindest je eine Getriebestufe mit konstanter Übersetzung mit dem Planetenträger verbunden sind und wobei der Retarder mit einem Hilfsantrieb verbunden ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Drehzahllimitierung bei Ausfall oder Schnellabschaltung der Hauptantriebsmaschine oder eines Hilfsantriebes an einer solchen Antriebsvorrichtung.
Bei einem Überlagerungsgetriebe werden allgemein zwei Wellen des Planetengetriebes durch voneinander unabhängige Antriebe so angetrieben, dass die Drehzahlen an der dritten Welle, der Ausgangswelle, addiert oder subtrahiert werden. Ist einer der Antriebe regelbar, dann kann so eine stufenlose Drehzahlregelung für die Ausgangswelle erreicht werden.
Aus dem Stand der Technik sind Antriebsvorrichtungen mit einem Überlagerungsgetriebe bekannt, bei dem eine Hauptantriebsmaschine über die Eingangswelle das Hohlrad eines Planetengetriebes und ein regelbarer Hilfsantrieb über eine Getriebestufe den Planetenträger antreibt, während die Arbeitsmaschine über die Ausgangswelle mit der Sonne verbunden ist. Durch eine solche Antriebsvorrichtung kann die Drehzahl an der Ausgangswelle in einem recht großen Drehzahlbereich stufenlos eingestellt werden und das bei konstant laufender Hauptantriebsmaschine.
Des Weiteren ist es möglich, den Hauptantrieb lastfrei anzuschleppen, indem der Hilfsantrieb beim Hochlaufen jeweils die Drehzahl der Hauptantriebsmaschine einprägt. Erst wenn der Hauptantrieb in der Nähe der Nenndrehzahl ist und damit ein hohes Drehmoment aufbringen kann, wird die Last langsam beschleunigt, indem die Kompensation der Drehzahl durch den Hilfsantrieb reduziert wird.
Genutzt werden solche Antriebsvorrichtungen insbesondere zum Antreiben von Pumpen, Verdichtern oder Kompressoren mit großer Leistung, wie sie zum Beispiel in der Öl- und Gasindustrie oder in thermischen Kraftwerken verwendet werden.
Eine solche Antriebsvorrichtung, zusätzlich mit einer Bremsvorrichtung ausgerüstet, die mit einem Hilfsantrieb verbunden ist, ist in DE 102014210868 A1 gezeigt. Als mögliche Ausführung für die Bremsvorrichtung ist allgemein auch ein hydrodynamischer Retarder erwähnt. Wobei die Bremsvorrichtung darin ausschließlich zum Abbremsen oder Stillsetzen der Ausgangswelle vorgesehen ist.
Nicht zufriedenstellend gelöst ist dabei das Problem, dass der Hilfsantrieb und das Getriebe beschädigt werden können, wenn der Hilfsantrieb im Betrieb ausfällt oder vom Netz getrennt werden muss. Ein solcher Ausfall kann auftreten, wenn ein sogenannter Blackout - ein kompletter Netzausfall - eintritt oder wenn Fehler an einem der Antriebe oder an einer der Schaltanlagen eine Abschaltung verursachen. Da in den oben genannten Anwendungsfällen meist die Massenträgheit der Hauptantriebsmaschine viel größer ist als die der angetriebenen Arbeitsmaschine, wird selbst bei Ausfall oder Abschaltung des Antriebsmomentes an der Hauptantriebsmaschine die Drehzahl der Arbeitsmaschine schnell gegen Null gehen. Aufgrund des Drehzahlgleichgewichtes am Planetengetriebe wird in dieser Getriebevariante der Planetenträger und der Hilfsantrieb stark beschleunigt. Dabei können unzulässige Drehzahlen am Planetenträger und an weiteren Systemkomponenten auftreten. Und noch kritischer ist es, wenn der Hauptantrieb in Betrieb bleibt, während der Hilfsantrieb ausfällt. Dann erfolgt eine noch schnellere Beschleunigugn des Hilfsantriebes. Die im Stand der Technik beschriebene Bremseinrichtung am Hilfsantrieb ist nicht geeignet, dieses kritische Beschleunigen der Hilfsantriebe und des Planetenträgers bei einem Ausfall der Energieversorgung zuverlässig zu verhindern. Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine verbesserte Lösung für das obengenannte Problem zu finden. Wobei die Lösung kostengünstig umsetzbar sein soll.
Für die Vorrichtung wird die Aufgabe durch eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung, die die Vorrichtung weiter verbessern, finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen. Dabei wird die Vorrichtung mit einem Ölspeicher ausgerüstet, der so ausgelegt ist, dass bei Schnellabschaltung oder Ausfall der Energieversorgung eines der Antriebe der Retarder zur Aktivierung mit Öl aus diesem Ölspeicher gefüllt werden kann, ohne dass eine externe Energieversorgung nötig ist.
Zudem wird der Ölspeicher so ausgelegt, dass die Ölmenge ausreicht, um mithilfe des Retarders den Planetenträger ausreichend abbremsen zu können, so dass keine schädliche Überdrehzahl auftritt. Dafür muss der Planetenträger nicht unbedingt bis zum Stillstand abgebremst werden. Um genug Öl für den Bremsvorgang bereitzustellen, können gegebenenfalls zwei oder mehrere Ölspeicher vorhanden sein. Des Weiteren ist der Ölspeicher so angeordnet und so mit dem Retarder über Ölleitungen verbunden, dass die Füllung des Retarders ohne zusätzliche Energieversorgung möglich ist. Beispielsweise kann der Ölspeicher das Öl unter erhöhtem Druck speichern. Oder er ist so ausgeführt, dass er bei einem Energieausfall unter Druck gesetzt werden kann. Der Vorteil einer solchen Lösung ist, dass damit zuverlässig - auch im oben beschriebenen Störfall - eine Überdrehzahl am Planetenträger, dem schwächsten Glied in der Antriebsvorrichtung, vermieden werden kann. Somit sind besonders die Planetenbolzen vor einer Beschädigung durch zu hohe Fliehkräfte geschützt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Retarder aufgrund der hydrodynamischen Wirkungsweise ein parabolisches Bremsverhalten aufweisen kann, das heißt dass das Bremsmoment bei hoher Differenzdrehzahl hoch ist und dann abnimmt, je mehr der Hilfsantrieb gebremst wird. Dadurch wird der Hilfsantrieb nicht unnötig stark abgebremst, sondern nur soweit bis die Gefahr der Überdrehzahl nicht mehr gegeben ist. Die Bremse ist außerdem verschleißfrei und damit sehr wartungsfreundlich. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass der Retarder gut im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zu Reibbremsen führt der Retarder die beim Bremsen entstehende Wärmeenergie zuverlässig und kontrolliert über das Öl ab. Explosionsschutz-Vorgaben sind vor allem im Marktbereich Öl und Gas vorhanden. Diese Anlage kann mit der entwickelten Lösung selbst dann zuverlässig heruntergebremst werden, wenn der Antrieb mit seiner Wicklungstemperatur den zulässigen Temperaturschwell wert überschritten hat und keine Abbremsung über den Frequenzumformer mehr möglich ist.
Die Anordnung ist gut geeignet für hohe Drehzahlen am Abtrieb, wie sie beispielsweise bei schnelllaufenden Kompressoren oder bei großen Ventilatoren gefordert sind, weil dadurch der Bauraum und das Gewicht der Antriebsvorrichtung relativ gering gehalten werden können. Besonders vorteilhaft ist die erfinderische Ausführung, wenn die Hauptantriebsmaschine nur drehzahlkonstant betreibbar ist und der oder die Hilfsantriebe drehzahlgeregelt betreibbar sind und insbesondere der oder die Hilfsantriebe als Niederspannungsmotoren ausgeführt sind. Ein Großteil der Antriebsleistung kann von der konstant betriebenen Hauptantriebsmaschine aufgebracht werden. Diese benötigt keinen Frequenzumformer, was Investitionskosten spart. Bevorzugt wird die Hauptantriebsmaschine als Mittelspannungsmotor ausgeführt, also mit einer Spannung von mehr als 1 kV. Die Drehzahlregelung erfolgt über die Hilfsantriebe, die eine geringere Leistung benötigen und die bevorzugt als Niederspannungsmotoren mit einer Spannung von weniger als 1 kV ausgeführt sind. Somit fallen die dafür benötigten Frequenzumformer kleiner und kostengünstiger aus.
Unter einer Getriebestufe wird eine Triebverbindung verstanden, die mit konstanter Übersetzung also festem Drehzahlverhältnis Leistung und Drehmoment überträgt.
Zudem kann über eine Drossel in der Zulaufleitung zwischen Ölspeicher und Retarder der Zustrom an Öl kontrolliert werden. Somit kann der zeitliche Verlauf des Bremsverhaltens beeinflusst werden. Über den Durchfluss am Retarder kann die notwendige Wärmeabfuhr aus dem Retarder im Störfall gewährleistet werden. Für den Einsatz während des Betriebes kann ein Kühlkreislauf für das Öl im Retarder vorhanden sein, insbesondere kann die Kühlung vom Schmierölkreislauf der Antriebsvorrichtung verwendet werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Ölspeicher unter erhöhten Druck gesetzt werden kann, um ausreichend Druck zum Füllen des Retarders bei Energieausfall aufzubauen. Der Druck kann beispielsweise dauerhaft am Ölspeicher anliegen und etwa durch eine separate Pumpe, insbesondere durch eine Flochdruckpumpe, oder durch eine Federvorspannung oder durch Gasdruck oder durch den Systemdruck aus einem Schmierölsystem für die Antriebsvorrichtung erzeugt werden. Die Varianten zur Druckerzeugung können auch kombiniert werden. Insbesondere der Gasdruck kann auch durch ein Druckluftsystem oder durch eine Treibladung erzeugt werden, welche nur im Störfall erhöhten Druck auf den Ölspeicher gibt.
Insbesondere kann der Ölspeicher als Kolbenspeicher ausgebildet sein. Der Kolbenspeicher kann dabei einseitig oder mit einem beidseitig mit Öl beaufschlagten, dichtenden Kolben als Medientrenner ausgeführt sein. Ebenso kann der Ölspeicher als Blasenspeicher mit einer Elastomerblase oder als Membranspeicher mit einer Elastomermembran ausgeführt werden.
Der Ölspeicher kann alternativ oder zusätzlich auf einem höheren Niveau angeordnet sein und so durch die geodätische Höhe Druck zum Füllen des Retarders bereitstellen, ohne dass dafür eine Energieversorgung notwendig ist. Er ist dann als sogenannter Hochtank ausgebildet. Die Füllung des Ölspeichers erfolgt mit einer separaten Pumpe oder mit Hilfe des Systemdrucks aus einem Schmierölsystem.
Unter Öl ist in diesem Zusammenhang eine Flüssigkeit zu verstehen, die geeignet ist, im Retarder das nötige Bremsmoment zu erzeugen. Unter Umständen kann das eine Kühlflüssigkeit oder Wasser sein.
Besonders bevorzugt ist eine separate Pumpe zum Füllen des Ölspeichers vorgesehen, welche mechanisch mit einer Welle des Planetengetriebes verbunden ist, und somit bei Betrieb der Antriebsvorrichtung aktiviert wird. Alternativ kann sie mit einem Motor und mit Hilfe einer unterbrechungsfreien Stromversorgung betrieben werden kann.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Antriebsvorrichtung so ausführt ist, dass der Ölspeicher mit Öl aus einem Schmierölsystem für die Antriebsvorrichtung gefüllt werden kann und dass der Retarder ausschließlich mit Öl aus dem Ölspeicher gefüllt werden kann. Dadurch wird die Ausführung einfacher und erfordert keine zusätzliche Ölversorgung.
Um eine Überhitzung des Überlagerungsgetriebes zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn der Retarder außerhalb des Getriebegehäuses des Überlagerungsgetriebes angeordnet ist.
Bevorzugt ist der Retarder derart mit dem Hilfsantrieb verbunden, dass er die gleiche Drehzahl wie der Hilfsantrieb hat. Zum Beispiel kann er direkt mit einer Hilfsantriebswelle verbunden sein. Der Hilfsantrieb weist meist eine höhere Drehzahl wie der Planetenträger auf und der Retarder hat bei hoher Drehzahl eine bessere Bremswirkung. Dadurch ist ein stärkeres Abbremsen möglich oder es kann ein kleinerer Retarder verwendet werden, als wenn der Retarder an einer Stelle bei niedrigerer Drehzahl eingebaut wird.
Besonders bevorzugt ist zwischen Ölspeicher und Retarder zumindest ein Ventil, insbesondere ein Wegeventil, vorgesehen, das zwei Schaltstellungen aufweist, eine erste, bei der der Retarder vom Ölspeicher getrennt ist und eine zweite, bei der der Ölspeicher mit dem Retarder verbunden ist. Liegt an diesem Ventil Druck von der Speicherseite an, kann bei Schaltung in die zweite Stellung Öl vom Speicher in den Retarder fließen und diesen füllen.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Ventil so ausgeführt ist, dass es im Normalbetrieb in der ersten Schaltstellung ist und bei Ausfall oder Unterbrechung der Energieversorgung in die zweite Schaltstellung geht. Das heißt dass das Ventil im Normalbetrieb geschlossen ist und bei Störfall in die Offen-Stellung geht.
In einer vorteilhaften Ausführung ist am Ölspeicher ein Sensor vorgesehen, der den Füllstand und/oder den Druck im Ölspeicher überwacht. Ist der Füllstand und/oder der Druck nicht ausreichend, kann eine Warnung ausgegeben werden oder beispielsweise kann verhindert werden, das die Antriebsvorrichtung angefahren werden kann beziehungsweise die Antriebsvorrichtung kann automatisch heruntergefahren werden. Das biete eine höhere Betriebssicherheit der Antriebsvorrichtung.
Eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit ist möglich, wenn die Antriebsvorrichtung so ausgeführt ist, dass von den drei Drehzahlen: die der Hauptantriebsmaschine, die der Ausgangswelle und die des Hilfsantriebes zumindest zwei Drehzahlen erfasst oder gemessen werden können, insbesondere mit Hilfe von Impulsgeber am Antrieb und/oder Drehzahlsensoren. Dadurch kann auch die dritte der Drehzahlen bestimmt werden, selbst wenn sie nicht gemessen wird. Somit lassen sich Fehler frühzeitig erkennen, und auf Störfälle kann schnell oder sogar vorausschauend reagiert werden.
Vorteilhafterweise ist zudem eine Bypassleitung (36) am Retarder (12) vorhanden, die derart ausgeführt ist, dass sie Öl vom Ausgang des Retarders zurück zum Eintritt in den Retarder leitet, und eine einstellbare Drosselmöglichkeit aufweist
Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Retarder so ausgeführt ist, dass das Öl aus dem Retarder in einen Ölsumpf abgelassen werden kann, wobei insbesondere eine Drossel zwischen Retarder und Ölsumpf vorhanden ist. so dass der Ölabfluss festgelegt werden kann. Damit kann das Bremsverhalten und die Wärmeabfuhr aus dem Retarder kontrolliert ausgelegt werden.
Für das Verfahren wird die Aufgabe durch eine Ausführung gemäß Anspruch 13 gelöst - unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dieses weiter verbessern, finden sich in den folgenden Unteransprüchen zum Verfahren.
Es werden folgende Verfahrensschritte an einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ausgeführt, um eine unerwünschte Überdrehzahl am Hilfsantrieb, am Planetenträger oder an weiteren Systemkomponenten zu vermeiden:
A) Erkennen eines Ausfalls oder einer Schnellabschaltung der Flauptantriebsmaschine oder eines Hilfsantriebes, insbesondere anhand eines Störungssignals;
B) Füllen des Retarders mit Öl aus dem Ölspeicher durch Umschaltung zumindest eines Ventils, das die Verbindung zwischen Ölspeicher und Retarder herstellt.
C) Abbremsen des Hilfsantriebes und des über zumindest eine Getriebestufe damit verbundenen Planetenträgers mit Hilfe des Retarders. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass damit - unabhängig von der Energieversorgung - ein zuverlässiges Abbremsen und Vermeiden von Überdrehzahlen der Hilfsantriebe, des Planetenträgers oder weiterer Systemkomponenten möglich ist. Zudem arbeitet der Retarder verschleißfrei und er ist auch für den Explosionsschutzbereich geeignet. Je nach weiterer Ausführung der Antriebsvorrichtung ergeben sich auch die bei der Vorrichtung genannten weiteren Vorteile.
Das Abbremsen der Antriebsvorrichtung muss dabei nicht unbedingt bis zum Stillstand erfolgen. In gewissen Grenzen kann mit dem Retarder auch ein Notbetrieb bei reduzierter Drehzahl ermöglicht werden. So kann beispielsweise bei Ausfall der Hilfsantriebe der Retarder das nötige Stützmoment aufbringen, um die noch in Betrieb befindliche Hauptantriebsmaschine so abzubremsen, dass ein niedrigerer Lastpunkt mit der Antriebsvorrichtung gehalten werden kann.
Das Erkennen eines Ausfalls oder einer Schnellabschaltung, wobei hiervon auch ein bevorstehender Ausfall oder eine bevorstehende Schnellabschaltung mit umfasst ist, kann beispielsweise über die Antriebssteuerung und/oder über Signale aus der Stromversorgung, insbesondere bei Ausfall des Versorgungsnetzes oder Auslösen von Sicherungseinrichtungen oder Not-Aus- Einrichtungen, erfolgen. Ebenso können Fehler- oder Störmeldungen verwendet werden.
Zur Erkennung eines Ausfalls beziehungsweise einer unzulässig hohen Drehzahl wird bevorzugt eine Drehzahlmessung am Planetenträger oder an einem oder mehreren Hilfsantrieben vorgesehen. Die Messung kann über Drehzahlsensoren an geeigneter Stelle oder über Impulsgeber an den Antrieben erfolgen. Die Auslösung des Abbremsvorgangs erfolgt, wenn eine bestimmte Drehzahlgrenze erreicht oder überschritten wird. Diese Drehzahlgrenze ist von der zulässigen maximalen mechanischen Grenzdrehzahl vorgegeben. io
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn ein bevorstehender Ausfall der Hilfsantriebe bereits vor Eintritt erkannt werden kann. Dazu können beispielsweise Temperaturobergrenzen für die Wicklungstemperatur und/oder für die Lagertemperatur eines oder mehrerer Antriebe durch einen oder mehrere Temperatursensoren überwacht werden.
Weiterhin können zur Erkennung eines Ausfalls oder bevorstehenden Ausfalls zusätzlich aktuelle Beschleunigungswerte aus den gemessenen oder ermittelten Drehzahlen (n1 ,n2,n3) verwendet werden. So kann beim Auftreten besonderer Gradienten in der Drehzahl ein Ausfall erkannt werden und das erfindungsgemäße Verfahren zur Drehzahllimitierung durchgeführt werden.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig.1 erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
Fig.2 erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit Anbindung an das
Stromversorgungsnetz
Fig.3a Beispielhafter Drehzahlverlauf mit unerwünschter Überdrehzahl nach einem Ausfall
Fig.3b Beispielhafter Drehzahlverlauf ohne unerwünschte Überdrehzahl nach einem Ausfall
Fig.4a Retarder mit Druckspeicher aus Schmierölkreis gefüllt
Fig.4b Retarder mit Druckspeicher und separater Pumpe
Fig.5a Retarder mit Kolbenspeicher - erste Ventilanordnung
Fig.5b Retarder mit Kolbenspeicher - zweite Ventilanordnung Fig .5c Retarder mit Kolbenspeicher - dritte Ventilanordnung Fig.5d Retarder mit Kolbenspeicher - vierte Ventilanordnung
Fig .5e Retarder mit Kolbenspeicher - fünfte Ventilanordnung
Fig.6 Retarder mit Hochtank
Fig.7a Retarder mit Treibladung und Wegeventil
Fig.7b Retarder mit Treibladung und Federventil
Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen gleiche beziehungsweise analoge Bauteile oder Komponenten.
In Fig.1 ist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung gezeigt, die über die Ausgangswelle 15 an die Arbeitsmaschine 1 angebunden ist. An einer solchen Vorrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Drehzahllimitierung vorteilhaft eingesetzt werden. Das Überlagerungsgetriebe 17 weist ein Gehäuse 9 auf und umfasst ein Planetengetriebe 18. Die Eingangswelle 14 verbindet die Hauptantriebsmaschine 2 mit dem Hohlrad 4 des Planetengetriebes und die Ausgangswelle 15 verbindet das Sonnenrad 7 mit der Arbeitsmaschine 1. Die dritte Welle des Überlagerungsgetriebes wird durch die Hilfsantriebswellen 16.1 und 16.2 gebildet. Diese verbinden über die Getriebestufe 6.1 a/b und 6.2a/b die Hilfsantriebe 3.1 und 3.2 mit dem Planetenträger 10. Der Planetenträger 10 trägt zum einen die Planetenräder 5 über die Planetenbolzen und zum anderen ist er mit einer Außenverzahnung als Zahnrad ausgebildet, das mit den jeweiligen Zahnrädern 8.1 , 8.2 kämmt und so eine weitere Getriebestufe bildet. Die Zahnräder 8.1 und 6.1 b sowie 8.2 und 6.2b sind bevorzugt als sogenanntes Stufenrad ausgebildet. Das Zahnrad auf dem Planetenträger 10 kann auch gefügt sein, es muss nicht unbedingt einteilig aus dem Planetenträger gebildet sein. Im dieser Figur ist die bevorzugte Variante für die Getriebestufe nämlich in Form einer Stirnradstufe dargestellt. Weiterhin ist diese Ausführung mit zwei Hilfsantrieben 3.1 und 3.2 ausgestattet; die Erfindung kann aber auch mit nur einem Hilfsantrieb oder mit mehreren, zum Beispiel drei Hilfsantrieben umgesetzt werden. Wichtig ist, dass die Hilfsantriebe über zumindest eine Getriebestufe 6.1 a/b, 6.2a/b, 8.1 , 8.2 mit konstanter Übersetzung mit dem Planetenträger 10 gekoppelt sind.
Die Hilfsantriebe 3.1 , 3.2 sind als regelbare Motoren mit kleinerer Leistung und die Hauptantriebsmaschine 2 als Motor mit höherer Leistung aber konstanter Drehzahl ausgeführt. Bevorzugt können die Hilfsantriebe als Niederspannungsmotoren ausgeführt werden, da sie oft nur ca. 10 bis 30% der gesamten Antriebsleistung haben. Somit fallen auch die notwendigen Frequenzumformer und die sonstigen Komponenten zur Regelung kleiner und günstiger aus. Die Hauptantriebsmaschine 2 ist bei vielen Anwendungen als Mittelspannungsmotor ausgeführt, um insgesamt die benötigte Leistung zu liefern, und kann ohne Regelung ausgeführt werden. Solche Antriebsvorrichtungen sind besonders interessant bei hohen Leistungen von mehreren MW, wie sie bei schnelllaufenden Pumpen, Kompressoren oder Ventilatoren in der Öl- und Gasindustrie oder in thermischen Kraftwerken Vorkommen. Über die Drehzahl und Drehrichtung der Hilfsantriebe 3.1 , 3.2 kann die Drehzahl an der Ausgangswelle 15 um einen gewissen Anteil erhöht oder erniedrigt werden. Die Grenzen dieses Bereiches bei maximaler Drehzahl der Hilfsantriebe 3.1 , 3.2 einmal in positiver und einmal in negativer Drehrichtung geben den möglichen Regelbereich vor.
Fällt nun einer der Antriebe 2, 3.1 , 3.2 aufgrund einer Störung aus oder wird eine Schnellabschaltung, insbesondere des Hauptantriebes 2, eingeleitet, so fällt die Drehzahl n1 an der Arbeitsmaschine schnell ab, da deren Massenträgheit in diesen Anwendungen sehr viel kleiner ist, als die der Antriebsmotoren 2, 3.1 , 3.2. Da die Massenträgheit der Hilfsantriebe 3.1 , 3.2 auch noch kleiner ist als die der Hauptantriebsmaschine 2, werden der Planetenträger 10 und die Hilfsantriebe 3.1 ,
3.2 im Störungsfall durch das schnelle Auslaufen der Arbeitsmaschine 1 und das langsame Auslaufen der Hauptantriebsmaschine 2 beschleunigt. Wird dabei eine unzulässig hohe Drehzahl erreicht, können die Hilfsantriebe 3.1 , 3.2 und besonders die Planetenräder 5 und deren Bolzen beschädigt werden. Eine sichere Auslegung des Planetengetriebes 18 auf diesen besonderen Störfall würde die Antriebsvorrichtung unnötig groß und teuer machen. Durch das Vorsehen eines Retardes 12 mit einem dazugehörigen Ölspeicher 13, der den Retarder im Störfall mit Öl füllt, können die Hilfsantriebe 3.1 ,3.2 und der Planetenträger 10 im Störfall zuverlässig abgebremst werden. So wird eine unzulässige Überdrehzahl verhindert. Bevorzugt steht der Ölspeicher 13 dazu unter erhöhtem Druck oder der Ölspeicher 13 wird im Störfall unter Druck gesetzt, um den Retarder 12 unabhängig von einer äußeren Energieversorgung über eine Leitung 35 zu füllen. Das Öl für den Ölspeicher 13 wird bevorzugt aus einem Schmierölsystem 40 der Antriebsvorrichtung über eine Füllleitung 31 bezogen.
Dabei muss das Abbremsen nicht unbedingt bis zum Stillstand erfolgen. Es kann in manchen Fällen ein Notbetrieb bei reduzierter Drehzahl aufrecht erhalten werden, beispielsweise wenn die Hilfsantriebe 3.1 ,3.2 ausfallen und die Hauptantriebsmaschine 2 weiter in Betrieb ist. Dabei bringt der Retarder 12 das nötige Stützmoment auf, um die Hauptantriebsmaschine 2 zu bremsen, und so gemäß Drehzahl-/ Drehmoment-Kennlinie des Retarders 12 einen niedrigeren Lastpunkt halten zu können. Die Ölversorgung des Retarders 12 muss auf den Notbetrieb entsprechend ausgelegt werden.
Des Weiteren können Drehzahlsensoren 20, 21 , 22 an den Antrieben 2, 3.1 , 3.2 vorgesehen sein. Diese können beispielsweise durch die Impulsgeber der Motoren gebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Drehzahlsensor am Zahnrad der Getriebestufe 6.1 a/b, 6.2a/b, ein Drehzahlsensor am Zahnrad des Planetenträgers 10 oder ein Drehzahlsensor an der Ausgangswelle 15 vorhanden sein. Somit sind Varianten angegeben, mit denen alle Drehzahlen n1 , n2, n3 und die des Planetenträgers gemessen werden können. Letztendlich ist es allerdings ausreichend, wenn zwei dieser Drehzahlen gemessen werden, denn die übrigen Drehzahlen können dann über die Drehzahlgleichung des Planetengetriebes 18 und über die Übersetzungen bestimmt werden. Es sind somit nicht alle genannten Drehzahlsensoren gleichzeitig nötig.
Die Bestimmung der Drehzahlen und insbesondere die Kenntnis über deren Verläufe im Störfall bieten den Vorteil, dass damit bestimmt werden kann, wie die Bremscharakteristik und der Bremsverlauf ausgelegt werden muss. Diese können über die Steuerung der Füllung der Retarders 12 beeinflusst werden.
Fig.2 stellt ein Gesamtsystem mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, mit der Arbeitsmaschine 1 und der Anbindung ans Energieversorgungsnetz 50 dar. Die Antriebsvorrichtung umfasst ein Überlagerungsgetriebe 17 mit Eingangswelle 14 und Ausgangswelle 15, einen Hauptantrieb 2 und zwei Hilfsantriebe 3.1 , 3.2. Der Hauptantrieb 2 ist über eine Schaltvorrichtung 54 ans Energieversorgungsnetz 50 angebunden und wir mit konstanter Drehzahl betrieben. Die Hilfsantriebe 3.1 , 3.2 sind über einen Wechselrichter 52, 53 und eine entsprechende
Energieversorgungseinheit 51 am Netz 50 angebunden. Über die Wechselrichter 52, 53 können die Hilfsantriebe drehzahlvariabel betrieben werden.
In den Figuren 3a und 3b sind beispielhafte Drehzahlverläufe nach einem Störfall dargestellt, bei dem die Energieversorgung unterbrochen wurde oder einer oder mehrere Antriebe 2, 3.1 , 3.2 abgeschaltet werden mussten. Zum Zeitpunkt t_B tritt die Störung ein.
In Fig.3a ist der Fall für eine Antriebsvorrichtung nach dem Stand der Technik dargestellt. Die Drehzahl n1 der Arbeitsmaschine fällt aufgrund des geringen Trägheitsmomentes sehr schnell auf Null ab. Die Drehzahl n2 der Hauptantriebsmaschine geht langsam zurück. Und die Drehzahl n3 der Hilfsantriebe nimmt stark zu nach der Störung. Dadurch werden auch der Planetenträger und die mit ihm gekoppelten mechanischen Elemente, welche mit den Hilfsantrieben 3.1 , 3.2 gekoppelt sind, stark und in vielen Fällen auf unzulässig hohe Drehzahlen beschleunigt. So können Schäden vor allem an den Planetenbolzen und weiteren Systemkomponenten auftreten. Insbesondere können auch die Hilfsantriebe über ihre zulässige mechanische Grenzdrehzahl hinaus beschleunigt werden, was zur Beschädigung führt. Entscheidend ist hier nur der Betrag der Drehzahl unabhängig von der Drehrichtung n+/n-, welche durch das Vorzeichen angeben wird. Fig.3b zeigt dagegen beispielhafte Drehzahlverläufe wie sie mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung und einem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden können. Durch die vorteilhafte Ausführung mit Retarder und energieunabhängiger Füllung des Retarders aus einem Ölspeicher kann die Beschleunigung der Hilfsantriebe vermieden werden. Die Drehzahl n3 nimmt durch die Bremswirkung des Retarders nach dem Störfall ab. Gleichzeitig wird auch die Arbeitsmaschine aufgrund der Kopplung im Planetengetriebe schneller abgebremst, was einen weiteren Vorteil darstellen kann. Zu erkennen ist auch, dass die Bremswirkung zunächst stärker ist und dann mit reduzierter Drehzahl abnimmt. Die Charakteristik des Verlaufs von n3 kann über die Füllsteuerung beispielsweise mit Drosseln in der Zuleitung zum Retarder oder in der Entleerungsleitung vom Retarder in den Ölsumpf eingestellt werden.
Die folgenden Figuren zeigen verschiedene bevorzugte Varianten wie der Ölspeicher 13 und die Anbindung des Ölspeichers 13 an den Retarder 12 für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft ausgeführt werden kann.
In den Fig.4a und 4b sind Varianten gezeigt, bei denen der Ölspeicher 13 als Druckspeicher ausgeführt ist. Bei der Ausführung nach Fig.4a wird der Ölspeicher 13 über die Füllleitung 31 aus dem Schmierölsystem 40 der Antriebsvorrichtung gefüllt. Der Druck zur Füllung und damit auch zur Speicherung im Ölspeicher 13 wird ausschließlich über die Schmierölpumpe 41 im Schmierölkreislauf aufgebaut. Um die Füllung zu kontrollieren können eine Drossel und ein Rückschlagventil in der Füllleitung 31 vorgesehen werden. Die Anbindung an das Schmierölsystem 40 kann vor oder nach einem Schmierölwärmetauscher 42 oder einem Schmierölfilter 43 angeordnet sein. Zusätzlich ist eine abzweigende Schmierölleitung 30 zum Retarder vorhanden, auch diese kann eine Drossel aufweisen. Die Schmierung des Retarders 12 ist mit der dargestellten Leitungsführung unabhängig vom Betrieb des Retarders gewährleistet. Die Schmierölleitung 30 kann zusätzlich oder alternativ, falls keine Schmierung beispielsweise wegen Fremdlagerung nötig ist, dazu dienen, im Normalbetrieb also ohne Bremsen immer etwas Öl durch den Retarder 12 zu führen. So wird Wärme, die durch die Leerlaufverluste entsteht, zuverlässig abgeführt. Und es wird durch diese kleine Ölmenge der Leerlaufverlust reduziert.
Der Ölspeicher 13 ist bevorzugt mit einem Füllstands- und/oder Drucksensor 23 ausgerüstet. Ist der Füllstand oder der Druck bei Beginn des Betriebs nicht ausreichend, kann gegebenenfalls verhindert werden, dass die Anlage anfährt, oder es wird eine Warnung ausgegeben.
Die Aktivierung des Retarders 12 erfolgt im Störfall über die Öffnung des Ventils 19.1. Über die Leitung 35 wird der Retarder 12 mit Öl gefüllt, sobald das Ventil 19.1 den Durchgang freigibt. Beispielsweise kann das Ventil 19.1 als 0/1 -Ventil oder als 2/2- Wegeventil, wie hier gezeigt, ausgeführt werden. Die Temperaturentwicklung im Retarder und die Bremsdauer können über die in der Entleerungsleitung 32 befindliche einstellbare Drossel und die zusätzlich drosselbare Bypassleitung 36 beeinflusst werden. Solange die Temperaturentwicklung noch nicht zu hoch ist, kann Öl über die drosselbare Bypassleitung 36 vom Ausgang zurück zum Eintritt in den Retarder geführt werden. So kann die vorhandene Ölmenge aus dem Ölspeicher 13 hinsichtlich seiner thermischen Kapazität noch besser ausgenutzt werden. Um eine unerwünschte Erwärmung zu vermeiden, kann ein Teil des Öls über die drosselbare Entleerungsleitung 32 in den Ölsumpf 34 abgeführt werden. Über die Entleerungsleitung 32 kann der Retarder 12 zudem geleert werden, wenn kein Abbremsen mehr gewünscht ist.
Somit kann die Bremscharakteristik des Retarders 12 optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall eingestellt werden. Ein unnötig langer Bremsvorgang kann vermieden werden. Die Ansteuerung des Ventils 19.1 kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Bevorzugt ist das Ventil 19.1 so ausgeführt, dass die Ruheposition ohne Energieversorgung - wie hier dargestellt als Position 1 - die Position zur Freigabe des Durchgangs ist. Das kann beispielsweise über eine Federbetätigung erreicht werden. So ist immer gewährleistet, dass der Retarder 12 im Störungsfall gefüllt wird. In Position 2 des Ventils 19.1 wird der Ölspeicher 13 gefüllt, solange bis der Druck im Ölspeicher 13 dem Systemdruck des Schmierölsystems entspricht.
Um eine höhere Ausfallsicherheit durch Redundanz oder eine größere Ölmenge für eine längere Bremsdauer zur Verfügung zu haben, können auch mehrere Ölspeicher 13 vorgesehen werden.
Die Ausführung nach Fig.4b unterscheidet sich dadurch, dass zur Füllung des Ölspeichers 13 eine separate Pumpe 11 verwendet wird. Diese Pumpe 11 kann als Hochdruck-Pumpe ausgeführt sein, um so den Druck im Ölspeicher 13 gegenüber dem Schmierölsystemdruck zu erhöhen. Dadurch kann das benötigte Volumen des Ölspeichers reduziert werden. Außerdem kann mit erhöhtem Druck im Ölspeicher 13 die Füllung des Retarders 12 schneller erfolgen.
Die Fig.5a-e zeigen verschiedene Ausführungsformen der Ölversorgung für den Retarder 12 einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung; alle Varianten sind mit einem Kolbenspeicher als Ölspeicher 13 ausgestattet. Der Kolbenspeicher weist einen Raum zur Speicherung des Öls und einen Druckaufbauraum 13a auf der Gegenseite auf; die beiden Räume sind durch einen Medientrenner getrennt. Wobei der Speicherraum über die Füllleitung 31 mit Öl aus dem Schmierölsystem 40 der Antriebsvorrichtung befüllt wird und wobei der Druckaufbauraum 13a im Störfall über die Druckaufbauleitung 33 vom Schmierölsystem 40 mit Druck beaufschlagt wird und so dafür sorgt, dass der Retarder 12 mit Öl aus dem Ölspeicher 13 gefüllt wird. Über die Entleerungsleitung 32 wird Öl in den Ölsumpf 34 abgeleitet. Bevorzugt weist diese Leitung 34 eine einstellbare Drossel auf, mit der die Bremscharakteristik, die Bremslänge und die Temperaturentwicklung im Retarder gezielt beeinflusst werden kann. Das Schmierölsystem 40 umfasst eine Schmierölpumpe 41 einen Schmierölwärmetauscher 42 und einen Schmierölfilter 43. Die Abzweigung zum Ölspeicher 13 kann nicht nur wie gezeigt nach dem Filter sondern auch an einer anderen Stelle im System vorgesehen sein. Über die Schmierölleitung 30 zum Retarder wird dieser zuverlässig geschmiert. Für alle Ausführungsformen der Erfindung ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Schmierölpumpe 41 mit einer der Wellen der Antriebsvorrichtung verbunden ist, so dass die Pumpe auch bei Ausfall der Energieversorgung noch weiterläuft, solange die Antriebsvorrichtung weiter dreht, oder wenn die Schmierölpumpe 41 mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung ausgerüstet ist, so dass die Pumpe auch bei Netzausfall funktioniert. Die verschiedenen Varianten unterscheiden sich nun in der Auswahl, Anordnung und Schaltung der verwendeten Ventile. So kann die Antriebsvorrichtung und die Auslegung des enthaltenen Retarders mit seiner Ansteuerung sehr gut auf verschiedene Anwendungsfälle und Arbeitsmaschinen angepasst werden.
In Fig.5a ist eine Ausführung mit zwei 3/2-Wegventilen dargestellt. Das Ventil 19.2 geht im Störfall - aufgrund der Federbelastung auch ohne Energieversorgung - in die Position 1 , so dass der Druckaufbauraum 13a mit Druck aus dem Schmierölsystem beaufschlagt wird. Gleichzeitig geht das Ventil 19.1 automatisch in die Position 4, die die Leitung 35 vom Ölspeicher 13 zum Retarder 12 freigibt, so dass dieser gefüllt wird. Zum Füllen des Ölspeichers 13 wird das Ventil 19.1 in die Position 4 geschaltet, während das weitere Ventil 19.2 in die Position 2 geschaltet wird, um den Druckaufbauraum 13a zu entlüften. Die Bremsdauer hängt vom Ölvolumen im Ölspeicher 13 und vom Ölvolumenstrom, der vom Schmierölsystem zur Druckbeaufschlagung geliefert werden kann, ab. Wie bei jeder Ausführung kann der Füllstand im Ölspeicher mit einem Sensor 23 überwacht werden. Eine Schaltung der Ventile 19.2, 19.1 auf Position 2 und 4 oder auf Position 1 und 3 ist unzulässig und wird schaltungstechnisch verhindert.
Die Variante gemäß Fig.5b unterscheidet sich dadurch, dass nur ein 4/2- Wegeventil als Ventil 19.1 verwendet wird und kein weiteres Ventil benötigt wird. In Position 1 wird der Ölspeicher 13 befüllt und der Druckaufbauraum 13a über den Retarder 12 entlüftet. In Position 2, in die das Ventil bei einem Störfall geht, wird der Druckaufbauraum 13a mit Druck beaufschlagt und der Ölspeicher 13 mit dem Retarder 12 verbunden und dieser gefüllt. In einer weiteren Ausführungsform, wie in Fig.5c gezeigt, wird ein 5/2-Wegeventil anstelle des 4/2-Wegeventils eingesetzt. Dadurch kann die Entlüftung des Druckaufbauraumes 13a über einen separaten Austritt am Ventil 19.1 erfolgen, und muss nicht über den Retarder erfolgen.
Fig.5d zeigt eine Variante mit drei Ventilen. Zum Befüllen wird ein 4/2-Wegeventil (19.3.) vorgesehen. Im Störfall wird der Retarder 12 über das Ventil 19.1 aus dem Ölspeicher 13 gefüllt, während über das Ventil 19.2 der nötige Druck im Druckaufbauraum 13a erzeugt wird. Die hier verwendeten günstigeren 2/2- Wegeventile oder alternativ 0/1 -Ventile (19.1 , 19.2) sind zudem für höhere Volumenströme besser geeignet. Und beim Füllen des Retarders 12 im Störfall sind höhere Volumenströme gewünscht. Für das Nachfüllen des Ölspeichers 13 sind keine so hohen Volumenströme nötig, da die Füllzeit keine große Rolle spielt und die Füllleitung normalerweise auch gedrosselt ist, um dem Schmierölkreislauf 40 im Normalbetrieb nicht zu viel Öl zu entnehmen.
Fig .5e stellt eine Alternative zur Ausführung gemäß Fig.5a dar. Hier wurde das ursprünglich vorhandene 3/2-Wegeventil, das die Befüllung und Aktivierung des Retardes 12 bewirkt, durch ein günstigeres und für höheren Durchfluss besser geeignetes 2/2-Wegeventil 19.1 ersetzt. Die Druckbeaufschlagung des Druckaufbauraumes 13a wird über das Ventil 19.2 in der Position 1 geschaltet, wobei das Ventil 19.2 als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist. Die Befüllung des Ölspeichers 13 erfolgt über eine gedrosselte Füllleitung 31 mit Rückschlagventil, während die dabei notwendige Belüftung des Druckaufbauraumes 13a über das Ventil 19.2 in der Position 2 geschieht.
Die Ausführung in Fig.6 zeigt eine Ölspeicher der als Flochtank 13.1 ausgebildet ist. Der für die Befüllung des Retarders 12 notwendige Druck wird durch die geodätische Höhe des Hochtanks 13.1 erzeugt. Befüllt werden kann der Hochtankt 13.1 über die gedrosselte Füllleitung 31 mit Rückschlagventil. Die Befüllung und Aktivierung des Retarders 12 erfolgt über ein einfaches 2/2- Wegeventil oder ein 0/1 -Ventil (19.1 ). Eine weitere Alternative für die Ausführung des Ölspeichers 13 und den Druckaufbau zum Füllen des Retarders 12 ist in Fig. 7a und 7b dargestellt. Hier wird der Ölspeicher 13 im Störfall mit Hilfe einer Treibladung 24 oder einem Druckluftspeicher unter Druck gesetzt. In Fig.7a sind dazu wiederum zwei 2/2- Wegeventile oder zwei 0/1 -Ventile (19.1 ,19.2) in der Leitung 35 zum Retarder beziehungsweise in der Druckaufbauleitung 33 vorgesehen. Alternativ ist auch die Variante nach Fig.7b möglich, bei der nur ein 2/2 -Wegeventil oder 0/1 -Ventil 19.2 notwendig ist, da die Füllung des Retarders über ein gemäß dem Fülldruck eingestelltes Rückschlagventil in der Leitung 35 zum Retarder erfolgt. Das ist eine besonders kostengünstige Variante. Die Füllung des Ölspeichers 13 erfolgt für beide Fälle wieder über eine gedrosselte Füllleitung 31 aus dem Schmierölsystem 40.
Bei allen Variante wird bevorzugt darauf geachtet, dass die Ventile bei einem Energieausfall automatisch in die Position gehen, die für die Befüllung und
Aktivierung des Retarders 12 notwendig ist, zum Beispiel dadurch dass sie federbelastet sind.
Bezuqszeichenliste
1 Arbeitsmaschine
2 Hauptantriebsmaschine
3.1 , 3.2 Hilfsantrieb
4 Hohlrad
4.1 Ritzel
5 Planetenräder
6.1 a, 6.1 b,
6.2a, 6.2b Stirnräder einer Getriebestufe
7 Sonnenrad
8.1 ,8.2 Stirnräder einer weiteren Getriebestufe
9 Getriebegehäuse
10 Planetenträger
1 1 separate Pumpe
12 Retarder
13 Ölspeicher
13a Druckaufbauraum
13.1 Ölspeicher als Hochtank
14 Eingangswelle
15 Ausgangswelle
16.1 , 16.2 Hilfsantriebswellen
17 Überlagerungsgetriebe
18 Planetengetriebe
19.1 Ventil zum Füllen des Retarders
19.2, 19.3 weitere Ventile
20, 21 , 22 Drehzahlsensoren
23 Füllstands- und/oder Drucksensor
24 Treibladung
30 Schmierölleitung zum Retarder
31 Füllleitung zum Ölspeicher
32 Entleerungsleitung 33 Druckaufbauleitung
34 Ölsumpf
35 Leitung vom Ölspeicher zum Retarder
36 Bypassleitung
40 Schmierölsystem für die Antriebsvorrichtung
41 Schmierölpumpe
42 Schmierölwärmetauscher
43 Schmierölfilter
50 Netz
51 Energieversorgung Wechselrichter
52, 53 Wechselrichter für Hilfsantriebe
54 Schaltvorrichtung für Hauptantriebsmaschine t_B Eintritt Störung der Antriebe oder Black-out n1 Drehzahl-Verlauf Arbeitsmaschine n2 Drehzahl-Verlauf Hauptantriebsmaschine n3 Drehzahl-Verlauf Hilfsantriebe

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsvorrichtung umfassend ein Überlagerungsgetriebe (17), eine Hauptantriebsmaschine (2), die mit einer Eingangswelle (14) des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, einen oder mehrere Hilfsantriebe (3.1 ,3.2), einen hydrodynamischen Retarder (12) zum Abbremsen des Hilfsantriebes (3.1 ,3.2) und eine Ausgangswelle (15) des Überlagerungsgetriebes, die mit einer Arbeitsmaschine (1 ) verbunden werden kann, wobei das Überlagerungsgetriebe (17) ein Planetengetriebe (18) aufweist mit einem Hohlrad (4), einem Sonnenrad (7), einem Planetenträger (10) und mehreren Planetenrädern (5), wobei die Eingangswelle (14) mit dem Hohlrad (4), die Ausgangswelle (15) mit dem Sonnenrad (7) und der oder die Hilfsantriebe (3.1 ,3.2) über zumindest je eine Getriebestufe mit konstanter Übersetzung mit dem Planetenträger (10) verbunden sind und wobei der Retarder (12) mit einem Hilfsantrieb (3.1 , 3.2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Ölspeicher (13) vorhanden ist, der so ausgelegt ist, dass bei Schnellabschaltung oder Ausfall der Energieversorgung eines der Antriebe (2,3.1 , 3.2) der Retarder (12) zur Aktivierung mit Öl aus dem Ölspeicher (13) gefüllt werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ölspeicher (13) unter erhöhten Druck gesetzt werden kann, um Druck zum Füllen des Retarders (12) bei Energieausfall aufzubauen, wobei der Druck durch eine separate Pumpe (11 ), insbesondere eine Hochdruckpumpe, oder durch eine Federvorspannung oder durch Gasdruck oder durch den Systemdruck aus einem Schmierölsystem (40) der Antriebsvorrichtung erzeugt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ölspeicher (13.1 ) auf höherem Niveau angeordnet ist, um so Druck zum Füllen des Retarders (12) zu erzeugen.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass eine separate Pumpe (11 ) zum Füllen des Ölspeichers (13) vorgesehen ist, welche mechanisch mit einer Welle des Planetengetriebes (18) verbunden ist oder mit einem Motor und mit Hilfe einer unterbrechungsfreien Stromversorgung betrieben werden kann.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass diese so ausgeführt ist, dass der Ölspeicher (13) mit Öl aus einem Schmierölsystem (40) für die Antriebsvorrichtung gefüllt werden kann und dass der Retarder (12) ausschließlich mit Öl aus dem Ölspeicher (13) gefüllt werden kann.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass das Überlagerungsgetriebe (17) ein Getriebegehäuse (9) aufweist, wobei der Retarder (12) außerhalb des Getriebegehäuses (9) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der Retarder (12) derart mit dem Hilfsantrieb (3.1 , 3.2) verbunden ist, dass er die gleiche Drehzahl wie der Hilfsantrieb (3.1 ,3.2) hat.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Ölspeicher (13) und Retarder (12) zumindest ein Ventil (19.1 ) vorgesehen ist, das zwei Schaltstellungen aufweist, eine erste, bei der der Retarder (12) vom Ölspeicher (13) getrennt ist und eine zweite, bei der der Ölspeicher (13) mit dem Retarder (12) verbunden ist und somit der Retarder (12) mit Öl aus dem Ölspeicher (13) gefüllt werden kann.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ventil (19.1 ) so ausgeführt ist, dass es im Normalbetrieb in der ersten Schaltstellung ist und bei Ausfall oder Unterbrechung der Energieversorgung des Ventils (19.1 ) in die zweite Schaltstellung geht.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass am Ölspeicher (13) ein Sensor (23) vorhanden ist, der den Füllstand und oder den Druck im Ölspeicher überwacht.
11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Bypassleitung (36) am Retarder (12) vorhanden ist, die derart ausgeführt ist, dass sie Öl vom Ausgang des Retarders zurück zum Eintritt in den Retarder leitet, und eine einstellbare Drosselmöglichkeit aufweist
12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der Retarder (12) so ausgeführt ist, dass das Öl aus dem Retarder in einen Ölsumpf (34) abgelassen werden kann, wobei insbesondere eine Drossel zwischen Retarder und Ölsumpf vorhanden ist.
13. Verfahren zur Drehzahllimitierung an einer Antriebsanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche bei Ausfall oder Schnellabschaltung der Hauptantriebsmaschine (2) oder eines Hilfsantriebes (3.1 ,3.2), wobei folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
A) Erkennen eines Ausfalls oder einer Schnellabschaltung der Hauptantriebsmaschine (2) oder eines Hilfsantriebes (3.1 ,3.2), insbesondere anhand eines Störungssignals; B) Füllen des Retarders (12) mit Öl aus dem Ölspeicher (13) durch Umschaltung zumindest eines Ventils (19.1 ), das die Verbindung zwischen Ölspeicher (13) und Retarder (12) herstellt.
C) Abbremsen des Hilfsantriebes (3.1 ,3.2) und des über zumindest eine Getriebestufe damit verbundenen Planetenträgers (10) mit Hilfe des Retarders
(12).
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein bevorstehender Ausfall oder Schnellabschaltung der Hauptantriebsmaschine (2) oder eines Hilfsantriebes (3.1 , 3.2) bereits vor Eintritt erkannt werden, indem Temperaturobergrenzen für die Wicklungstemperatur und/oder für die Lagertemperatur der Antriebe (2, 3.1 ,3.2) durch einen oder mehrere Temperatursensoren überwacht werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Erkennung eines Ausfalls oder bevorstehenden Ausfalls zusätzlich aktuelle Beschleunigungswerte aus den gemessenen oder ermittelten Drehzahlen verwendet werden.
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