Vorrichtung zum Antrieb eines Hebezeugs

Abstract

 Bei der Vorrichtung ist in einem Antriebsstrang zwischen der Abtriebswelle eines Asynchronmotors und der Antriebswelle eines Hebezeugs ein Getriebe vorgesehen. In dem Antriebsstrang ist außerdem eine Rutschkupplung (3) angeordnet. Vorzugsweise ist die Rutschkupplung (3) in das Getriebe eingebaut.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines Hebezeugs, bei der in einem Antriebsstrang zwischen der Welle eines Asynchronmotors und der Antriebswelle des Hebezeugs ein Getriebe vorgesehen ist.

[0002] Der insbesondere wegen seines einfachen Aufbaus und seiner Robustheit bei weitem am häufigsten verwendete Drehstromantrieb ist der Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer. Einer seiner Nachteile besteht darin, daß seine Drehzahl proportional der Frequenz des speisenden Drehstromnetzes und umgekehrt proportional seiner Polpaarzahl ist, also nicht veränderbar ist, wenn er ohne Zwischenschaltung von Steuergliedern aus einem Drehstromnetz gespeist wird. Hat das gespeiste Drehstromnetz eine Frequenz von 50 Hz, so ist die maximale Drehzahl des Asynchronmotors auf 3000 U/min begrenzt.

[0003] Trotz der geschilderten Nachteile wird in der Fördertechnik bevorzugt der Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer eingesetzt. Um verschiedene Abtriebsdrehzahlen zu erhalten, werden vermehrt polumschaltbare Motoren verwendet, vor allem in Hebezeugen. Zusätzlich wird in den Antriebsstrang zwischen polumschaltbarem Asynchronmotor und Hebezeug ein Flach-, Stirnrad- oder Planetengetriebe eingebracht und so der Antrieb an die gewünschte Abtriebsdrehzahl angepaßt. Dabei muß das Getriebe hinsichtlich seiner Festigkeit so ausgelegt werden, daß selbst stoßartiges Abbremsen auf der Abtriebsseite nicht zur Zerstörung des Getriebes führt. Insbesondere bei Kranfahr- und Katzfahrantrieben, bei denen auf der Getriebeantriebsseite eine Schwungmasse angeordnet ist, sind die bei dem genannten Betriebsfall auftretenden Kräfte infolge der Rotationsenergie von Motor und Schwungmasse erheblich. Dies führt dazu, daß das Getriebe bezogen auf seine Nennleistung erheblich überdimensioniert werden muß. Ein weiterer ungünstiger Belastungsfall ist dann gegeben, wenn der polumschaltbare Asynchronmotor von der Motorwicklung mit niedriger Polpaarzahl auf die Motorwicklung mit höherer Polpaarzahl umgeschaltet wird. Während des Umschaltens arbeitet der Asynchronmotor nämlich als Generator. Das dabei erzeugte Motorbremsmoment beträgt ein Vielfaches des Nennmoments. Für dieses Motorbremsmoment muß demzufolge das Getriebe dimensioniert werden.

[0004] Um die beiden vorgenannten Betriebsfälle zu beherrschen, wurden schon Lösungen vorgestellt und auch in der Praxis erprobt. So wird beispielsweise die stoßartige Belastung der Getriebeabtriebsseite, die dann auftritt, wenn beispielsweise der Kran vor einen Puffer oder ein anderes stehendes Hindernis fährt, durch elektrische Verriegelungen und Vorabschaltungen eliminiert. Auch der Einsatz verformbarer Puffer zur Aufnahme der kinetischen Energie hat sich für kleinere Kranfahrgeschwindigkeiten bewährt. Der beim Umschalten der polumschaltbaren Wicklungen auftretende generatorische Drehmomentenstoß kann durch elektronische Stellglieder vermindert werden. Eine derartige Vorrichtung ist aus DE 39 32 149 C1 bekannt.

[0005] Ausgehend von den vorgenannten Anwendungsfällen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Getriebe stoßartig belastet werden kann, ohne daß eine Überlastung auftritt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Antriebsstrang, in dem das Getriebe vorgesehen ist, eine Rutschkupplung angeordnet ist. Unter einer Rutschkupplung im Sinne der Erfindung ist nach VDI 2240 eine Sicherheitskupplung zu verstehen, die nicht schaltbar, momentbetätigt, kraftschlüssig-drehnachgiebig und federelastisch ist. Mit der Erfindung kann auf eine Überdimensionierung des Getriebes verzichtet werden. Das Getriebe braucht nur geringfügig höher belastbar ausgelegt zu werden, als es das maximale Motordrehmoment erfordert. Die gesamte Antriebseinheit wird kleiner, leichter und kostengünstiger .

[0006] In Ausgestaltung der Erfindung ist die Rutschkupplung so eingestellt, daß das durch ihre Haftreibung erzeugte Drehmoment, das Rutschdrehmoment, größer ist als das Anlaufmoment des Asynchronmotors einerseits, jedoch kleiner als das bei stoßartiger Belastung der Getriebe-

[0007] Abtriebswelle auftretende Moment. Die Rutschkupplung ist also so eingestellt, daß das Anlaufmoment des Motors nicht ausreicht, die Kupplungsräder der Rutschkupplung gegeneinander zu drehen. Wird hingegen die Abtriebsseite des Getriebes stoßartig belastet, so wird das durch die Rotationsenergie des Motors und der Schwungmasse erzeugte stark überhöhte Drehmoment in seiner Wirkung auf das Getriebe durch die Rutschkupplung begrenzt. Vorzugsweise liegt das Rutschdrehmoment der Rutschkupplung unterhalb des maximalen Motordrehmoments, um das Antriebsdrehmoment zu begrenzen.

[0008] In Weiterbildung der Erfindung ist die Rutschkupplung in einem separaten Modul untergebracht, welches Normanschlußmaße aufweist. Dieses Modul kann zwischen ein beliebiges Getriebe und einen beliebigen Motor geschaltet werden.Bevorzugt wird jedoch, die Rutschkupplung in das Getriebe einzubauen. Dies kann sowohl bei einem Planetengetriebe als auch bei einem Stirnrad- oder einem Flachgetriebe geschehen.

[0009] In Ausgestaltung der Erfindung verfügt die Rutschkupplung über einen großen Einstellbereich. Dies ermöglicht es, die Vorrichtung an verschiedene Motor- und Getriebekombinationen anzupassen.

[0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

einen Vollschnitt durch ein außenverzahntes mehrstufiges Stirnradgetriebe mit eingebauter Rutschkupplung;

Fig. 2

über der Zeit aufgetragen Diagramme

a) des Hochlauf- und Umschaltdrehmoments;

b) des zugehörigen Schlupfs der Rutschkupplung;

c) des Drehmoments beim Pufferstoß.

[0011] Das als Ausführungsbeispiel gewählte Stirnradgetriebe weist eine Antriebswelle 11 sowie eine Abtriebswelle 14 auf. Mit der Antriebswelle 11 ist ein nicht dargestellter Motor verbindbar, vorzugsweise ein Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer. Mit der Abtriebswelle 14 ist ein ebenfalls nicht dargestellter Antrieb eines Hebezeugs verbindbar. Zwischen der Antriebswelle 11 und der Abtriebswelle 14 sind Ritzelwellen 12, 13 vorgesehen. Die Wellen 11 bis 14 sind mit Hilfe von Kugellagern 21 bis 24 in dem zweiteiligen, durch Schrauben 30 miteinander befestigten Gehäuse 40 des Getriebes gelagert. Die Wellen 11 bis 13 weisen auf ihrem Umfang Zahnkränze 51 bis 53 auf, die mit auf den jeweils benachbarten Wellen 12 bis 14 befestigten Zahnrädern 62 bis 64 in Eingriff stehen. Die Zahnkränze 51 bis 53 und die Zahnräder 62 bis 64 bilden paarweise Getriebestufen, die in bekannter Weise die Übersetzung der Drehzahl bewirken.

[0012] Zwischen der Antriebswelle 11 und der ersten Ritzelwelle 12 ist eine Rutschkupplung 3 angeordnet. Die Rutschkupplung 3 ist mittels einer Paßfeder 9 auf der Ritzelwelle 12 mit ihren beiden Kupplungsrädern 1, 2 in Axialrichtung der Ritzelwelle 12 verschiebbar gelagert.

[0013] Gegen das Kupplungsrad 1 drückt eine Tellerfeder 6, über die das von der Rutschkupplung 3 aufgebrachte Drehmoment einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist an der Stirnseite der Ritzelwelle 12 eine Sechskantmutter 8 vorgesehen, die über eine Scheibe 7 gegen das benachbarte Kugellager 22 und über das Kugellager 22 gegen die Tellerfeder 6 drückt. Anziehen der Sechskantmutter 8 hat das Verstellen der Rutschkupplung 3 zur Folge.

[0014] Die Kupplungsräder 1, 2 sind auf den einander zugewandten Seiten als hohle Wellenstümpfe 10, 20 ausgebildet. Auf den hohlen Wellenstümpfen 10, 20 ist über ein Gleitlager 4 das benachbarte Zahnrad 62 gelagert. Im Anschluß an die hohlen Wellenstümpfe 10, 20 sind die Kupplungsräder 1, 2 auf den einander zugewandten Seiten radial nach außen mit einem Rutschbelag 5 versehen. Mit den Rutschbelägen 5 liegen die Kupplungsräder 1, 2 unter der Wirkung der Tellerfeder 6 an den Stirnflächen 60 des benachbarten Zahnrads 62 an. Das Zahnrad 62 greift mit seinem Außenkranz 61 in den Zahnkranz 51 der Antriebswelle 11 ein.

[0015] Liegt das auf die Abtriebswelle 14 aufgebrachte Drehmoment unterhalb des Hochlaufdrehmoments des Asynchronmotors - Fig. 2a links - und unterhalb des bei stoßartiger Belastung der Abtriebswelle 14 auftretenden Moments - Fig. 2c -, arbeitet das Getriebe wie ein "normales" mehrstufiges Stirnradgetriebe. Verlassen die Belastungen an der Abtriebswelle 14 den genannten Bereich, wirkt die Rutschkupplung 3: Die Übertragung des Drehmoments zwischen dem Rutschbelag 5 der Kupplungsräder 1, 2 und den Stirnflächen 60 des benachbarten Zahnrads 62 wird so groß, daß zwischen diesen Teilen Schlupf auftritt - Fig. 2b -. Der andere kritische Belastungsfall, nämlich das Umschalten des polumschaltbaren Motors, ist in Fig. 2a unten dargestellt. In allen Fällen bleibt das Getriebe innerhalb der vorgegebenen Belastungsgrenzen.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Antrieb eines Hebezeugs, bei der in einem Antriebsstrang zwischen der Welle eines Asynchronmotors und der Antriebswelle des Hebezaugs ein Getriebe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Antriebsstrang eine Rutschkupplung (3) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung (3) so eingestellt ist, daß das durch ihre Haftreibung erzeugte Drehmoment - Rutschdrehmoment - größer ist als das Anlaufmoment des Asynchronmotors, jedoch kleiner als das bei stoßartiger Belastung der Getriebe-Abtriebswelle (14) auftretende Moment.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rutschdrehmoment unterhalb des maximalen Motordrehmoments liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichent, daß die Rutschkupplung (3) in einem separaten Modul untergebracht ist, welches Normanschlußmaße aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung (3) in das Getriebe eingebaut ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung (3) über einen großen Einstellbereich verfügt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebe ein Planeten-, Stirnrad- oder Flachgetriebe eingesetzt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite der die Rutschkupplung (3) aufnehmenden Welle eine Sechskantmutter (8) aufgeschraubt ist, die über eine Scheibe (7) und ein Kugellager (42) sowie eine Tellerfeder (6) an eines der Kupplungsräder (1) der Rutschkupplung (3) drückt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 in Verbindung mit einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung (3) auf einer Ritzelwelle (12) des Getriebes befestigt ist und daß ein Zahnrad (62) des Getriebes einerseits zwischen den Rutschbelägen (5) der Rutschkupplung (3) gehalten ist und andererseits in Zähne einer benachbarten Welle (11) des Getriebes eingreift.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsräder (1, 2) der Rutschkupplung (3) auf den einander zugewandten Seiten als hohle Wellenstümpfe (10, 20), auf denen das Zahnrad (62) mittels eines Gleitlagers (4) gelagert ist, und außen im Anschluß daran als mit dem Rutschbelägen (5) versehene Scheiben ausgebildet sind, zwischen denen das Zahnrad (62) mit seinen Stirnflächen (60) gehalten ist.

Zeichnung