DE102015002585A1

DE102015002585A1 - Device and method for driving variable speed work machines with speed reduction

Info

Publication number: DE102015002585A1
Application number: DE102015002585.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-03-03
Also published as: DE102015002585B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Antrieb eines Antriebsstrangs (1) von drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen (30) mit einem konstant laufenden Antrieb (5) und mit einem drehzahlvariablen untersetzenden Getriebe als Überlagerungsgetriebe (10) mit einem Eingangszweig (11), einem Ausgangszweig (12) und einem Regelzweig (15), wobei ein Hochlauf der Arbeitsmaschine (30) zunächst durch Einschaltung des Antriebs (5) bei gleichzeitigem Betrieb des Regelzweigs (15) mit Regelmaschine (20) und Frequenzumrichter (40) mit oder ohne eingeschalteten Bremschopper im generatorischen Betrieb erfolgt. Im weiteren Hochlauf der Arbeitsmaschine (5) geht der Regelzweig (15) mit Regelmaschine (20) und Frequenzumrichter (40) mit oder ohne ausgeschalteten Bremschopper in den motorischen Betrieb über, wobei stets ein Drehzahlnulldurchgang des Regelzweigs (15) beim Hochlauf der Arbeitsmaschine (30) und beim Betreiben der Arbeitsmaschine (30) im Betriebsbereich vorliegt. Die Regelmaschine (20) mit gekoppeltem Frequenzumrichter (40) wird generatorisch und motorisch betrieben und definiert über das Überlagerungsgetriebe (10) die Leistungseinbringung des Antriebs (5) auf die Arbeitsmaschine (30) im gesamten Betriebsbereich.The invention relates to an apparatus and method for driving a drive train (1) of variable-speed work machines (30) with a constantly running drive (5) and with a variable-speed gearbox as a superposition gear (10) with an input branch (11), an output branch (12 ) and a control branch (15), wherein a run-up of the working machine (30) first by switching on the drive (5) with simultaneous operation of the control branch (15) with control machine (20) and frequency converter (40) with or without activated Bremschopper in regenerative operation he follows. In the further run-up of the working machine (5), the control branch (15) with control machine (20) and frequency converter (40) with or without switched-off Bremschopper in the engine operation, with always a zero speed of the control branch (15) during startup of the working machine (30 ) and in operation of the work machine (30) is present in the operating area. The control machine (20) with coupled frequency converter (40) is operated as a generator and motor and defines the superposition gear (10) the power input of the drive (5) on the working machine (30) in the entire operating range.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren eines Antriebsstrangs zum Betreiben von drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen mit steigender Leistungskennlinie (steigend bzw. parabolisch) wie Gebläse, Pumpen und Kompressoren mit einem drehzahlvariablen untersetzenden Getriebe in der Ausprägung eines Überlagerungsgetriebes, mit einem Eingangszweig mit konstant laufenden Antrieb der Ausprägung Drehstrommotor, mit einem Regelzweig mit Regelmaschine und Frequenzumrichter und mit einem Ausgangszweig mit Arbeitsmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, insbesondere einen Antriebsstrang einer solchen oder für eine solche Anlage.The invention relates to a device and a method of a drive train for operating variable-speed machines with increasing performance characteristic (rising or parabolic) such as blowers, pumps and compressors with a variable speed reduction gear in the form of a superposition gear, with an input branch with constant current drive of the expression Three-phase motor, with a control branch with control machine and frequency converter and with an output branch with working machine. The invention further relates to a device, in particular a drive train of such or for such a system.

Beim gesamten Stand der Technik zum Betreiben von drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen in der Leistungskategorie bis zu mehreren Megawatt und in einem Drehzahlbereich unterhalb von 1500 Umdrehungen pro Minute gelangen als drehzahlvariable Antriebe sowohl hydrodynamische Kupplungen mit konstant laufenden Drehstrommotoren als auch drehzahlvariable Drehstrommotoren mit Frequenzumrichter und untersetzende Getrieben zum Einsatz. Solche drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen können Pumpen in Wasseraufbereitungsanlagen, als auch Gebläse in Kühlanlagen sein.In the entire state of the art for operating variable speed work machines in the power category up to several megawatts and in a speed range below 1500 revolutions per minute can be used as variable speed drives both hydrodynamic clutches with constant current three-phase motors and variable-speed three-phase motors with frequency and step-down gearboxes. Such variable speed work machines may be pumps in water treatment plants, as well as blowers in refrigeration systems.

Drehzahlvariable Drehstrommotoren mit Frequenzumrichtern weisen gegenüber hydrodynamischen Kupplungen einen höheren Gesamtwirkungsgrad und einen größeren Drehzahl-/Leistungsbereich auf, erfordert aber beim Betrieb von Arbeitsmaschinen mit niedrigen Betriebsdrehzahlen ein zusätzliches untersetzendes Getriebe zwischen Drehstrommotor und Arbeitsmaschine. Die Größe des zum Einsatz kommenden Frequenzumrichters richtet sich nach der maximal erforderlichen Leistung der Arbeitsmaschine und bewirkt im Antriebsstrang höhere Verlustleistungen beim Betreiben der Arbeitsmaschine im Teillastbereich. Auch höhere Verlustleistungen treten bei drehzahlvariablen Antrieben gegenüber einen konstant laufenden Antrieb auf. Beides bewirkt Wirkungsgradeinbußen und verursacht höhere Betriebskosten. Die Auslegung des Frequenzumrichters verursacht höhere Investitionskosten im Antriebsstrang. Eine partielle Reduzierung der installierten Regelleistungen besteht nicht.Variable-speed three-phase motors with frequency converters have a higher overall efficiency and a larger speed / power range compared to hydrodynamic clutches, but require an additional gear reduction between the three-phase motor and the driven machine when operating machines with low operating speeds. The size of the frequency converter used depends on the maximum required power of the machine and causes higher power losses in the drive train when operating the machine in the partial load range. Higher power losses also occur in variable-speed drives compared to a constantly running drive. Both cause efficiency losses and higher operating costs. The design of the frequency converter causes higher investment costs in the drive train. A partial reduction of the installed control power does not exist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile im oben genannten Stand der Technik zu verbessern und eine Vorrichtung und ein Verfahren eines Antriebsstrang zum Betreiben von drehzahlvariablen Arbeitsmaschinen mit Drehzahluntersetzung anzugehen, bei dem ein kompaktes drehzahlvariables untersetzendes Getriebe mit geringer Regelleistung den Gesamtwirkungsgrad über den gesamten Arbeitsbereich erhöht und die Kosten und den Bauaufwand des Antriebstrangs reduziert.The invention has for its object to improve the disadvantages in the above-mentioned prior art and to address a device and a method of a drive train for operating variable speed work machines with speed reduction, in which a compact variable speed variable reduction gear with low control power the overall efficiency over the entire working range increases and reduces the cost and construction cost of the powertrain.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und deren abhängigen Ansprüchen und dem Verfahren nach Anspruch 8 und deren abhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.The object is achieved by the device according to claim 1 and its dependent claims and the method according to claim 8 and their dependent claims. Advantageous further developments emerge from the further dependent claims, the description and the figures.

Die Erfindung geht von einem Antriebstrang mit einem drehzahlvariablen untersetzenden Getriebe, einem konstant laufenden Antrieb als Hauptantrieb und einer drehzahlvariablen Arbeitsmaschine mit steigender Leitungsaufnahme aus. Das drehzahlvariable untersetzende Getriebe entspricht dem Aufbau eines Überlagerungsgetriebes mit Eingangszweig, Ausgangszweig und Regelzweig. Durch die Bereitstellung einer drehzahlvariablen und leistungsvariablen Abtriebsleistung im Ausgangszweig wird das Betreiben der Arbeitsmaschine in verschiedenen Betriebspunkten möglich. Entsprechend Aufgabenstellung der Anlage kann die Arbeitsmaschine im Bestpunkt mit dem höchsten Wirkungsgrad betrieben werden. Die Regelung der drehzahlvariablen Abtriebsleistung erfolgt durch den Regelzweig des drehzahlvariablen untersetzenden Getriebes. Durch die Festlegung von Drehzahl und Drehmoment im Regelzweig durch die Regelmaschine mit dem gekoppelten Frequenzumrichter werden Drehzahl-, Moment- einschließlich Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine geregelt.The invention is based on a drive train with a variable speed reduction gear, a constant-speed drive as the main drive and a variable-speed machine with increasing line intake. The variable speed reduction gear corresponds to the structure of a superposition gear with input branch, output branch and control branch. By providing a variable speed and variable output power output in the output branch operating the machine at different operating points is possible. According to the task of the plant, the working machine can be operated in the best point with the highest efficiency. The control of the variable-speed output power is performed by the control branch of the variable-speed reduction gear. By defining speed and torque in the control branch by the control machine with the coupled frequency converter speed, torque and power requirements of the machine are regulated.

Die erfindungsmäßige Lösung erlaubt die Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes mit einer Regelleistung kleiner 40%, bevorzugt kleiner 30% im Regelzweig bezogen auf die maximale erforderliche Leistung des Antriebsstrangs. Somit werden Frequenzumrichter entsprechend der maximal erforderlichen Regelleistung eingesetzt, die einem Bruchteil der Gesamtleistung des Antriebstranges entsprechen und zu geringeren Verlustleistungen führen, was somit den Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstranges erhöht und die Investitionskosten reduziert. Die topologisch konstruktive Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes mit Eingangszweig, Ausgangzweig und Regelzweig als Innen- und Außengetriebe ist so gestalten, dass stets ein Drehzahlnulldurchgang des Regelzweigs beim Hochlauf der Arbeitsmaschine und beim Betreiben der Arbeitsmaschine im Betriebsbereich vorliegt und das der Regelzweig im unteren Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine generatorisch und im oberen Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine motorisch betrieben wird. Bei richtiger Wahl des Bauverhältnisses entsprechend der topologisch konstruktiven Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes wird ein Drehzahlniveau im Regelzweig erreicht, welches den Einsatz von Standardmotoren als Regelmaschine und Standardfrequenzumrichtern ermöglicht.The erfindungsmäßige solution allows the design of the superposition gearing with a control power less than 40%, preferably less than 30% in the control branch based on the maximum required power of the drive train. Thus, frequency converters are used according to the maximum required control power, which correspond to a fraction of the total power of the drive train and lead to lower power losses, thus increasing the overall efficiency of the drive train and reduces investment costs. The topological structural design of the superposition gearing with input branch, output branch and Regelzweig as internal and external transmission is designed so that there is always a zero speed of the control branch during startup of the machine and when operating the machine in the operating range and the rule branch in the lower working range of the machine generator and is operated by motor in the upper working range of the working machine. With a correct choice of the construction according to the topological design refinement of the superposition gear, a speed level in the control branch is achieved, which allows the use of standard motors as a control machine and standard frequency inverters.

Die erfinderische Lösung dieser toplogisch konstruktiven Auslegung des Überlagerungsgetriebes mit Anbindung des Regelzweigs an den Steg bei Außengetrieben und an das Außenrad bei Innengetrieben wird ein durchgängiges niedriges Drehzahlniveau am Steg im Überlagerungsgetriebe erzielt und bewirkt eine Entlastung der Planetenlager durch niedrige Beschleunigungskennwerte und reduzierte Fliehkräfte durch die Planeten, was generell zu einer Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Lager im Antriebsstrang führt. The inventive solution of this topologically constructive design of the superposition gearbox with connection of the control branch to the bridge in external gears and the external gear in internal gears is achieved a continuous low speed level on the web in the superposition gear and causes a relief of the planetary bearings by low acceleration characteristics and reduced centrifugal forces by the planets, which generally leads to an increase in the service life and reliability of the bearings in the drive train.

Durch die erfinderische Lösung erfolgt vorrangig die Leistungsbereitstellung für Hochlauf und Betrieb der Arbeitsmaschine durch den Antrieb, wobei die Regelmaschine mit gekoppeltem Frequenzumrichter im generatorischen und motorischen Betrieb die Größe der Leistungseinbringung des Antriebs über das Überlagerungsgetriebe regelt. Durch den Einsatz von Frequenzumrichter im vier Quadrantenbetrieb mit oder ohne Bremschopper im Regelzweig wird zunächst beim Hochlauf der Arbeitsmaschine der Regelzweig generatorischen und dann motorischen betrieben, so dass die erforderliche Drehrichtung bei Hochlauf der Arbeitsmaschine bei Einschaltung des Antriebs gewährleistet wird.The inventive solution is primarily the power supply for startup and operation of the machine by the drive, the control machine with coupled frequency in generator and motor operation controls the size of the power input of the drive via the superposition gear. Through the use of frequency converter in four-quadrant operation with or without brake chopper in the control branch, the control branch is initially regenerative and then motor operated during startup of the machine, so that the required direction of rotation during startup of the machine is guaranteed when switching the drive.

Die Erfindung ermöglicht den Einsatz von direkt in das Verbrauchernetz eingekoppelter Drehstrommotoren als Antrieb. Der Drehstrommotor ist mit der Eingangswelle des Eingangszweigs des drehzahlvariablen untersetzenden Getriebes verbunden und stellt die Hauptantriebsleistung im Antriebstrang zur Verfügung. Durch die direkte Kopplung des Drehstrommotors in das Verbrauchernetz können Drehstrommotoren bis hin zur MW – Leistungsklasse auf Nieder- und Mittelspannungsebene entsprechend Verbrauchernetz eingesetzt werden. Somit können zusätzliche Transformatoren entfallen und bewirken eine Anhebung des Gesamtwirkungsgrades bei gleichzeitiger Einsparung von Investitionskosten. Der hier dargestellte Aufbau des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes ermöglicht einen kompakten Aufbau. In sämtlichen Betriebsbereichen ist die Arbeitsmaschine ideal zu betreiben. Ein modularer Aufbau insbesondere für die Regelmaschine und den Frequenzumrichter ist möglich, so dass mit vertretbarem Fertigungsaufwand verschiedene Leistungsbereiche angeboten werden können.The invention allows the use of directly coupled into the consumer network three-phase motors as a drive. The three-phase motor is connected to the input shaft of the input branch of the variable speed reduction gear and provides the main drive power in the drive train. Due to the direct coupling of the three - phase motor into the consumer network, three - phase motors up to the MW power class can be used at low and medium voltage level according to the consumer network. Thus, additional transformers can be omitted and cause an increase in the overall efficiency while saving investment costs. The structure of the overlay transmission according to the invention shown here allows a compact design. In all operating areas, the working machine is ideal to operate. A modular design, in particular for the control machine and the frequency converter is possible, so that with reasonable production costs different power ranges can be offered.

Die Erfindung wurde anhand mehrerer Ausführungen für die Vorrichtung und das Verfahren beschrieben. Im Folgenden werden besonders bevorzugte Ausführungen der Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die dabei offenbarten Merkmale bilden die Erfindung vorteilhaft weiter. Es zeigen:The invention has been described in terms of several embodiments of the device and the method. In the following, particularly preferred embodiments of the invention will be described with reference to figures. The features disclosed thereby advantageously further form the invention. Show it:

1 Schaltbilder Antriebsstränge aus dem Stand der Technik; 2 Schaltbild eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs; 1 Schematics Drive trains from the prior art; 2 Circuit diagram of a drive train according to the invention;

3 Schaltbild des Antriebsstrangs aus 2 mit einer Abwandlung; 3 Wiring diagram of the drive train off 2 with a modification;

4 Schaltbild mit konstruktiver Ausführung eines Überlagerungsgetriebes als Innengetriebe in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs; 4 Circuit diagram with constructive design of a superposition gear as an internal gear in a further embodiment of the drive train according to the invention;

5 Schaltbild mit konstruktiver Ausführung eines Überlagerungsgetriebes als Außengetriebe in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs; 5 Circuit diagram with constructive design of a superposition gear as external transmission in a further embodiment of the drive train according to the invention;

6 Schaltbild mit konstruktiver Ausführung eines Überlagerungsgetriebes in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit zwei durch Leistungsgröße und Betriebsdrehzahl unterschiedliche zuschaltbare Regelzweige 6 Circuit diagram with constructive design of a superposition gearing in a further embodiment of the drive train according to the invention with two different power output and operating speed switchable control branches

7 Leistungsdiagramm der erfindungsgemäßen Lösung über den Drehzahlbereich einer Arbeitsmaschine mit parabolischer Leistungskennlinie 7 Performance diagram of the solution according to the invention over the speed range of a work machine with parabolic performance curve

Die in 1 dargestellten Schaltbilder betreffen den Stand der Technik mit einem Antriebstrag in der Ausführung als direkt in das Netz gekoppeltem Motor (100), einer hydrodynamischen Kupplung (105) und einer Arbeitsmaschine (30) oder mit einem Antriebstrag in der Ausführung mit einem Frequenzumrichter (102), einem drehzahlvariablen Drehstrommotor (101), einem untersetzenden Getriebe (106) und einer Arbeitsmaschine (30).In the 1 The circuit diagrams shown relate to the prior art with a drive carrier in the embodiment as directly coupled into the network engine ( 100 ), a hydrodynamic coupling ( 105 ) and a work machine ( 30 ) or with a drive carrier in the version with a frequency converter ( 102 ), a variable-speed three-phase motor ( 101 ), a gear reduction ( 106 ) and a work machine ( 30 ).

In 2 ist die erfindungsgemäß Vorrichtung eines Antriebstrangs (1) mit einem Antrieb (5), einem Überlagerungsgetriebe (10) mit einem Eingangszweig (11), einem Ausgangszweig (12) und einem Regelzweig (15), bestehend aus Regelmaschine (20) und gekoppeltem Frequenzumrichter (40) mit oder ohne Bremschopper und einer am Ausgangszweig (12) gekoppelten Arbeitsmaschine (30) aufgeführt.In 2 is the device according to the invention of a drive train ( 1 ) with a drive ( 5 ), a superposition gear ( 10 ) with an input branch ( 11 ), an output branch ( 12 ) and a rule branch ( 15 ), consisting of rule machine ( 20 ) and coupled frequency converter ( 40 ) with or without brake chopper and one at the output branch ( 12 ) coupled work machine ( 30 ).

In 3 ist die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung eines Antriebstrangs (1) mit einem Antrieb (5), einem Überlagerungsgetriebe (10) mit einem Eingangszweig (11), einem Ausgangszweig (12) und einem Regelzweig (15), bestehend jedoch aus zwei Regelmaschinen (20) und einem gekoppelten Frequenzumrichter (40) und einer am Ausgangszweig (12) gekoppelten Arbeitsmaschine (30) dargestellt.In 3 is the device according to the invention of a drive train ( 1 ) with a drive ( 5 ), a superposition gear ( 10 ) with an input branch ( 11 ), an output branch ( 12 ) and a rule branch ( 15 ), but consisting of two rule machines ( 20 ) and a coupled frequency converter ( 40 ) and one at the output branch ( 12 ) coupled work machine ( 30 ).

In 4 ist die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung eines Antriebstrangs (1) mit einem Antrieb (5), einem Überlagerungsgetriebe (10) als Innengetriebe mit einem Eingangszweig (11) mit Sonne (54), einem Ausgangszweig (12) mit Steg (55) und Planetenrädern, einem Regelzweig (15), bestehend aus einem Außenrad (52), einer weiteren Getriebestufe (57), zwei Regelmaschinen (20) und einem gekoppelten Frequenzumrichter (40) und einer am Ausgangszweig (12) gekoppelten Arbeitsmaschine (30) abgebildet.In 4 is the device according to the invention of a drive train ( 1 ) with a drive ( 5 ), a superposition gear ( 10 ) as an internal gear with an input branch ( 11 ) with sun ( 54 ), an output branch ( 12 ) with jetty ( 55 ) and planetary gears, a control branch ( 15 ), consisting of an outer wheel ( 52 ), another one Gear stage ( 57 ), two rule machines ( 20 ) and a coupled frequency converter ( 40 ) and one at the output branch ( 12 ) coupled work machine ( 30 ).

5 stellt die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung eines Antriebstrangs (1) mit einem Antrieb (5), einem Überlagerungsgetriebe (10) als Außengetriebe mit einem Eingangszweig (11) mit einer Sonne (53), einem Ausgangszweig (12) mit einer zweiten Sonne (54), einem Regelzweig (15), bestehend aus einem Steg (55) und Planetenrädern, einer weiteren Getriebestufe (57), zwei Regelmaschinen (20) und einer am Ausgangszweig (12) gekoppelten Arbeitsmaschine (30) dar. 5 represents the device according to the invention of a drive train ( 1 ) with a drive ( 5 ), a superposition gear ( 10 ) as an external transmission with an input branch ( 11 ) with a sun ( 53 ), an output branch ( 12 ) with a second sun ( 54 ), a rule branch ( 15 ), consisting of a bridge ( 55 ) and planet wheels, another gear stage ( 57 ), two rule machines ( 20 ) and one at the output branch ( 12 ) coupled work machine ( 30 ).

In 6 ist die erfindungsgemäß Vorrichtung eines Antriebstrangs (1) mit einem Antrieb (5), einem Überlagerungsgetriebe (10) als Innengetriebe mit einem Eingangszweig (11) mit Sonne (54), einem Ausgangszweig (12) mit Steg (55) und Planetenrädern, einem Regelzweig (15), bestehend aus einem Außenrad (52), einer weiteren Getriebestufe (57) mit mindestens zwei unterschiedlichen Stirnräder (57/1 und 57/2) und mindestens zwei in Leistungsgröße und Betriebsdrehzahlbereich unterschiedliche zuschaltbare Regelmaschinen (20/1 und 20/2), deren mechanische Zuschaltung mittels einer Kupplung (60) erfolgt und zuschaltbaren gekoppelten Frequenzumrichtern und einer am Ausgangszweig (12) gekoppelten Arbeitsmaschine (30) ausgeführt.In 6 is the device according to the invention of a drive train ( 1 ) with a drive ( 5 ), a superposition gear ( 10 ) as an internal gear with an input branch ( 11 ) with sun ( 54 ), an output branch ( 12 ) with jetty ( 55 ) and planetary gears, a control branch ( 15 ), consisting of an outer wheel ( 52 ), another gear stage ( 57 ) with at least two different spur gears ( 57/1 and 57/2 ) and at least two different in power size and operating speed range switchable rule machines ( 1.20 and 2.20 ), whose mechanical connection by means of a coupling ( 60 ) and switchable coupled frequency inverters and one at the output branch ( 12 ) coupled work machine ( 30 ).

In 7 sind die aufgenommenen und abgegebenen Leistungen des Überlagerungsgetriebes im Eingangszweig (11), im Ausgangszweig (12) und im Regelzweig (15) in Abhängigkeit der Drehzahl einer Arbeitsmaschine (30) mit parabolischer Leistungskennlinie beschrieben.In 7 are the absorbed and delivered powers of the superposition gearing in the input branch ( 11 ), in the output branch ( 12 ) and in the rule branch ( 15 ) as a function of the speed of a work machine ( 30 ) with parabolic power characteristic.

In den 2 bis 6 weist der Antriebstrang (1) einen Antrieb (5) eines direkt am Verbrauchernetz gekoppelten Drehstrommotors auf. Der Antrieb (5) wird direkt verbunden mit dem Eingangszweig (11) des Überlagerungsgetriebes (10). Die Arbeitsmaschine (30) ist direkt gekoppelt mit dem Ausgangzweig (12) des Überlagerungsgetriebes (10).In the 2 to 6 the drive train ( 1 ) a drive ( 5 ) of a directly coupled to the consumer network three-phase motor. The drive ( 5 ) is directly connected to the input branch ( 11 ) of the superposition gearing ( 10 ). The working machine ( 30 ) is directly coupled to the output branch ( 12 ) of the superposition gearing ( 10 ).

In 2 erkennt man das erfindungsgemäße ausgeführte Überlagerungsgetriebe (10) mit einer Regelmaschine (20) und einem Frequenzumrichter (40) im Regelzeig (15).In 2 If one recognizes the superposition gearing according to the invention ( 10 ) with a rule machine ( 20 ) and a frequency converter ( 40 ) in the rule display ( 15 ).

In den 3 bis 6 ist die Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes mit mehreren Regelmaschinen (20) im Regelzweig (15) dargestellt.In the 3 to 6 is the design of the superposition gearing with multiple control machines ( 20 ) in the rule branch ( 15 ).

In 4, 5 und 6 ist das erfindungsmäßig ausgeführte Überlagerungsgetriebe mit der Abbindung des Regelzweiges (15) an das Außenrad (52) als Innengetriebe und an den Steg (55) als Außengetriebe, mit mehreren Regelmaschinen (20) und einer Getriebestufe (57) im Regelzweig (15) dargestellt. Diese vorteilhafte Gestaltung ermöglicht den Einsatz von Standardmotoren üblicher Baugrößen, bewirkt eine Leistungsaufteilung im Regelzweig (15) und ermöglicht in der Getriebestufe (57) einen Mehrfacheingriff (56) auf das Zahnrad des Regelzweigs (15) des Überlagerungsgetriebes (10) durch die Anzahl der in Eingriff stehenden Zahnrädern, die mit der Welle der Regelmaschinen (20) verbunden sind und führt zu einer vorteilhaften Auslegung dieser Zahnradpaarungen (56).In 4 . 5 and 6 is the superposition gear executed according to the invention with the setting of the control branch ( 15 ) to the outer wheel ( 52 ) as internal gear and to the web ( 55 ) as external gear, with several control machines ( 20 ) and a gear stage ( 57 ) in the rule branch ( 15 ). This advantageous design allows the use of standard motors of conventional sizes, causes a power distribution in the control branch ( 15 ) and allows in the gear stage ( 57 ) a multiple intervention ( 56 ) on the gear of the control branch ( 15 ) of the superposition gearing ( 10 ) by the number of meshing gears connected to the shaft of the control machines ( 20 ) and leads to an advantageous design of these gear pairs ( 56 ).

Die topologisch konstruktive Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes (10) ist nach Anspruch 1 und 2 als Innengetriebe in 4 und 6 und als Außengetriebe in 5 durch die konstruktive Anbindung des Regelzweigs (15) so gestaltet, dass stets ein Drehzahlnulldurchgang des Regelzweigs (15) beim Hochlauf der Arbeitsmaschine (30) und beim Betreiben der Arbeitsmaschine (30) im Betriebsbereich vorliegt. Die vorteilhafte Auslegung ermöglicht den Einsatz von Standardmotoren in den Regelmaschinen (20), wo ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistungsaufnahme/-abgabe und abzugebenden/aufzunehmenden Moment bei erforderlichen Drehzahl zum Einsatz kommt. Bei optimaler Auslegung mit minimaler Regelleistung wird im unteren Teillastbereich der Arbeitsmaschine (30) der Regelzweig (15) generatorisch betrieben und im höheren Leistungsbereich motorisch. Diese Auslegung entspricht dem Leistungsdiagramm in 7 und weist eine minimale Regelleistung von kleiner als 20%, vorzugsweise kleiner als 30%, kleiner 40% im Regelzweig (15) auf.The topologically constructive design of the superposition gearing ( 10 ) Is according to claim 1 and 2 as internal gear in 4 and 6 and as external transmission in 5 through the constructive connection of the control branch ( 15 ) is designed such that always a speed zero crossing of the control branch ( 15 ) during startup of the working machine ( 30 ) and when operating the work machine ( 30 ) is present in the operating area. The advantageous design allows the use of standard motors in the control machines ( 20 ), where a balance between power input and output / torque to be delivered at the required speed is used. With optimum design with minimal control power, the lower part of the working machine ( 30 ) the rule branch ( 15 ) operated as a generator and motor in the higher power range. This design corresponds to the performance diagram in 7 and has a minimum control power of less than 20%, preferably less than 30%, less than 40% in the control branch ( 15 ) on.

Das Verfahren des Hochlaufs der Arbeitsmaschine (30) erfolgt zunächst durch Einschaltung des Antriebs (5) bei gleichzeitigem Betrieb des Regelzweigs (15) mit Regelmaschine (20) und Frequenzumrichter (40) mit oder ohne eingeschalteten Bremschopper im generatorischen Betrieb und beim weiteren Hochlauf der Arbeitmaschine (30) den Übergang des Regelzweigs (15) mit Regelmaschine (20) und Frequenzumrichter (40) mit oder ohne ausgeschalteten Bremschopper im motorischen Betrieb, wobei stets ein Drehzahlnulldurchgang des Regelzweigs (15) beim Hochlauf der Arbeitsmaschine (30) und beim Betreiben der Arbeitsmaschine (30) im Betriebsbereich vorliegt. Die Leistung für den Hochlauf und Betrieb der Arbeitsmaschine (30) wird vorrangig durch den Antrieb (5) erbracht, wobei die Regelmaschine (20) mit gekoppeltem Frequenzumrichter (40) im generatorischen und motorischen Betrieb die Größe der Leistungseinbringung des Antriebs (5) über das Überlagerungsgetriebe (10) regelt. Mittels Regelzweigs (15) mit Regelmaschine (20) und Frequenzumrichter (40) mit oder ohne eingeschalteten Bremschopper im generatorischen Betrieb wird das notwendige Moment und Drehzahl in Betrag und Ausrichtung erzeugt, welche die erforderliche Drehrichtung bei Hochlauf der Arbeitsmaschine (30) bei Einschaltung und Hochlauf des Antriebs (5) generiert.The process of starting up the working machine ( 30 ) takes place first by switching on the drive ( 5 ) with simultaneous operation of the control branch ( 15 ) with rule machine ( 20 ) and frequency converter ( 40 ) with or without activated brake chopper in regenerative operation and during further startup of the working machine ( 30 ) the transition of the control branch ( 15 ) with rule machine ( 20 ) and frequency converter ( 40 ) with or without the brake chopper switched off during engine operation, whereby a speed zero crossing of the control branch ( 15 ) during startup of the working machine ( 30 ) and when operating the work machine ( 30 ) is present in the operating area. The power for the run-up and operation of the working machine ( 30 ) is primarily by the drive ( 5 ), the rule machine ( 20 ) with coupled frequency converter ( 40 ) in regenerative and motor operation, the size of the power input of the drive ( 5 ) via the superposition gearing ( 10 ) regulates. By means of a control branch ( 15 ) with rule machine ( 20 ) and frequency converter ( 40 ) with or without activated brake chopper in regenerative operation, the necessary torque and speed is generated in magnitude and orientation, which determines the required direction of rotation during startup of the working machine ( 30 ) when the drive is switched on and started up ( 5 ) generated.

Claims

Device with a drive train ( 1 ) for driving variable-speed machines with a constantly running drive ( 5 ) and with a variable speed reduction gear, comprising: a) a superposition gear ( 10 ) with an input branch ( 11 ), an output branch ( 12 ) and a rule branch ( 15 ), b) an optionally motor or generator operating rule machine ( 20 ) in the rule branch ( 15 ), c) one with the rule machine ( 20 ) coupled frequency converter ( 40 ), and d) one at the output branch ( 12 ) coupled work machine ( 30 ), whereby by means of rule machine ( 20 ) the speed ratio between input branch ( 11 ) and output branch ( 12 ) is variable, characterized in that the superposition gear ( 10 ) topologically constructively designed so that always a zero speed of the control branch ( 15 ) during startup of the working machine ( 30 ) and that in the rule branch ( 15 ) a frequency converter ( 40 ) is present in four quadrant operation with or without brake chopper and during startup of the working machine ( 30 ) the frequency converter ( 40 ) with rule machine ( 20 ) or the frequency converter ( 40 ) with rule machine ( 20 ) and brake chopper is switched on in generator mode. During the further course of the run-up of the working machine ( 30 ), the transition from regenerative to motor operation of the control branch ( 15 ).

Device according to claim 1, characterized in that the superposition gearing ( 10 ) topologically constructive is designed so that the outer branch of the control branch ( 15 ) with the bridge ( 55 ) of the superposition gearing ( 10 ) and that the internal branch of the control branch ( 15 ) with the outer wheel ( 52 ) of the superposition gearing ( 10 ) connected is.

Device according to claims 1 and 2, characterized in that the control machine ( 20 ) with coupled frequency inverters ( 40 ) is designed so that these during startup and operation of the working machine ( 30 ) can work both motor and generator.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the superposition gearing ( 10 ) topologically constructively designed as a single-stage and multi-stage internal or external transmission so that a zero speed of the control branch ( 15 ) during startup of the working machine ( 30 ) and when operating the work machine ( 30 ) is present in the operating area.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a control machine ( 20 ) or several rule machines ( 20 ) in the rule branch ( 15 ) directly or by a gear stage ( 57 ) of the superposition gearing ( 10 ) are connected.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the one or more rule machines ( 20 ) with a frequency converter ( 40 ) or with several frequency inverters ( 20 ) and when using multiple rule machines ( 20 ), these have different operating speeds or rotational frequencies and can be individually switched on or switched off during startup and operation of the working machine.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control machine ( 20 ) works predominantly by a motor in the upper power range and for power less than 40%, preferably less than 30% or less than or equal to 20% of the nominal power of the drive train ( 1 ) is designed.

Method for driving a drive train ( 1 ) of variable-speed work machines with a constantly running drive ( 5 ) and having a variable speed reduction gear comprising: a. a superposition gearbox ( 10 ) with an input branch ( 11 ), an output branch ( 12 ) and a rule branch ( 15 b. an optionally motor or generator operating rule machine ( 20 ) in the rule branch ( 15 c. one with the rule machine ( 20 ) coupled frequency converter ( 40 ), and d. one at the output branch ( 12 ) coupled work machine ( 30 ), whereby by means of rule machine ( 20 ) the speed ratio between input branch ( 11 ) and output branch ( 12 ) is variable, characterized in that a run-up of the working machine ( 30 ) first by switching on the drive ( 5 ) with simultaneous operation of the control branch ( 15 ) with rule machine ( 20 ) and frequency converter ( 40 ) or with rule machine ( 20 ) and frequency converter ( 40 ) with the brake chopper switched on in regenerative operation and during the further startup of the working machine ( 30 ) a transition of the control branch ( 15 ) with rule machine ( 20 ) and frequency converter ( 40 ) or with rule machine ( 20 ) and frequency converter ( 40 ) with the brake chopper switched off during engine operation takes place, wherein always a zero speed of the control branch ( 15 ) during startup of the working machine ( 30 ) and when operating the work machine ( 30 ) is present in the operating area.

Method according to claim 8, characterized in that by means of a control branch ( 15 ) with rule machine ( 20 ) and frequency converter ( 40 ) or with rule machine ( 20 ) and frequency converter ( 40 ) with the brake choppers switched on, a moment and a rotational speed are generated in regenerative operation which determines the required direction of rotation when the work machine starts up ( 30 ) when the drive is switched on and started up ( 5 ) guaranteed.

Method according to one of claims 8 and 9, characterized in that the power for the run-up and operation of the working machine ( 30 ) primarily by the drive ( 5 ), the rule machine ( 20 ) with coupled frequency converter ( 40 ) in regenerative and motor operation, the size of the power input of the drive ( 5 ) via the superposition gearing ( 10 ) regulates.