Ein stufenlos regelbarer Antrieb gemäss Oberbegriff des An¬ spruchs 1 ist aus der DE-OS 24 15 859 bekannt. Bei diesem be¬ kannten Antrieb treibt ein Motor über ein Winkel-Reduktions¬ getriebe einen Käfig mit radial orientierten Kegelrädern. Die Kegelräder stehen in Eingriff mit zwei Tellerrädern. Das eine Tellerrad ist mit einer Abtriebswelle verbunden. Ein Servo¬ motor treibt über ein Schneckenreduktionsgetriebe das andere Tellerrad. Das Schneckengetriebe ist so ausgelegt, dass es noch gerade selbsthemmend ist. Bei konstanter Drehzahl des Antriebs¬ motors kann die Drehzahl der Abtriebswelle durch Variation der Drehzahl des Servomotors mit relativ geringem Leistungsauf¬ wand geregelt werden. Allerdings ist der Leistungsaufwand des Servomotors stark-drehzahlabhängig und die Drehzahlregelung bis zum Stillstand oder gar in die Drehrichtungsumkehr gelingt nur mit einer starken Untersetzung im Winkelgetr.iebe. Die maximale Abtriebswellendrehzahl ist also wesentlich geringer als die Drehzahl des Antriebsmotors.

Andererseits gibt es auf ähnlicher Basis auch Vorschläge mit einer geringeren Untersetzung zwischen Antriebsmotor und Ab¬ triebswelle. Bei diesen Vorschlägen ist jedoch die Drehzahl der Abtriebswelle nur in einem engen Bereich um die Nenndreh¬ zahl regelbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Dreh¬ zahl der Abtriebswelle in einem weiten Bereich mit geringer Leistung des drehzahlregelbaren Gliedes geregelt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An¬ spruchs 1 gelöst.

Bei normalen Schneckengetrieben ist das Verhältnis von Schnecken¬ durchmesser zu Schneckenraddurchmesser wesentlich unter 0,4, weil sonst der Wirkungsgrad zu schlecht ist. In der erfindungs- gemässen Anwendung bringt jedoch die Wahl einer grossen Schnecke entscheidende Vorteile: a) Das Untersetzungsverhältnis des Schneckengetriebes wird kleiner und dadurch kann mit dem gleichen Drehzahlbereich des drehzahlregelbaren Gliedes ein grösserer Drehzahlbereich der Abtriebswelle erreicht werden; b) Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei konstantem Dreh¬ moment des Schneckenrades das Drehmoment der Schnecke bei grossem Schneckendurchmesser bedeutend weniger drehzahlab¬ hängig ist als bei kleinem Schneckendurchmesser. Damit kann mit einer sehr geringen Leistung des drehzahlregelbaren Gliedes eine grosse Abtriebsleistung geregelt werden.

Der Steigungswinkel der Schneckenzähne ist so gewählt, dass das Schneckengetriebe bei laufender Schnecke gerade noch nicht selbsthemmend ist. Das drehzahlregelbare Glied wirkt deshalb hauptsächlich als Bremse. Dabei ist das Schneckengetriebe gegenüber normalen Schneckengetrieben "verkehrt" eingesetzt, indem das Schneckenrad auf der Antriebsseite, die Schnecke hingegen auf der Abtriebsseite sitzt. In dieser "verkehrten" Anordnung hat das Schneckengetriebe einen sehr schlechten Wirkungsgrad, so dass die zu regelnde Bremsleistung des dreh¬ zahlregelbaren Gliedes nur wenige Prozente der Antriebsleistung des Antriebsmotors beträgt.

Nachfolgend wird ein _. Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt Fig. 1 schematisch eine erst

Ausführungsform und Fig. 2 eine zweite Ausführungsform.

Der Antrieb nach Fig. 1 besteht aus einem Antriebsmotor 1, einem Differentialgetriebe 2 mit zwei Eingangswellen 3, 4 und einer Ab¬ triebswelle 5, einem Schneckengetriebe 6 mit einer Schnecke 7 und einem mit der Welle 4 verbundenen Schneckenrad 8, sowie einem durch einen Regler 9 geregelten Servomotor 10. Das Differential¬ getriebe 2 ist ein Planetengetriebe und hat ein auf der Welle 3 sitzendes Sonnenrad 15, einen koaxialen, mit der Welle 4 verbundenen Zahnkranz 16 sowie über dem Umfang verteilte Planetenräder 17, von denen nur eines dargestellt ist und die mit dem Sonnenrad 15 und dem Zahnkranz 16 kämmen. Die Planeten¬ räder 17 sind auf einem Planetenträger 18 drehbar gelagert. Der Planetenträger 18 ist starr mit der Welle 15 verbunden.

Die Schnecke 7 sitzt auf der Ausgangswelle 19 des Servomotors 10. Die Zähne 20 der Schnecke 7 haben eine Steigung zwischen ca. 5° und ca. 9°, vorzugsweise etwa 7°. Der Antriebsmotor 1 hat einen Drehzahlgeber 25 und der Servomotor einen weiteren Drehzahl¬ geber 26. Der Ausgang 27 des Gebers 26 wird auf den Regler 9 aufgeschaltet. Der Ausgang 28 des Gebers 25 ist als Stδrgrösse über einen Vorwiderstand 29 an ein Potentiometer 30 ange¬ schlossen, dessen andere Seite geerdet ist. Der Abgriff 31 des Potentiometers 30 wird dem Regler 9 als Sollwert zugeführt. Im dargestellten Beispiel ist der Abgriff 31 durch ein manuell betätigtes Glied 32 einstellbar. Der Ausgang des Reglers 9 ist mit dem Servomotor 10 verbunden. Zusätzlich oder anstelle der Störgrössenaufschaltung über den Geber 25 kann dem Regler 9 noch ein Signal 33 eines weiteren Gebers 34 eingegeben werden, der mit der Abtriebswelle 5 verbunden ist. Je nach Art der gewünschten Regelung kann der Geber 34 die Drehzahl oder den Drehwinkel der Abtriebswelle 5 messen.

Im Betrieb dreht der Motor 1 mit einer im wesentlichen konstanten aber ungeregelten Drehzahl. Solange die Welle 4 stillsteht, wird die Abtriebswelle 5 mit einem Untersetzungsverhältnis angetrieben, dass durch die Durchmesser des Sonnenrades 15, des Zahnkranzes 16 und der Planetenräder 17 bestimmt ist. Das Antriebsdrehmoment bewirkt ein Drehmoment auf die Welle 4 und somit das Schneckenrad 8 entgegen der Drehrichtung der Welle 3-. Wird nun die Schnecke 7 in dem Sinne gedreht, dass die Welle 4 in Richtung des auf sie wirkenden Drehmomentes umläuft, so wird die Drehzahl der Abtriebswelle 5 reduziert.

Da das Schneckengetriebe 6 beinahe selbsthemmend ist, wird dabei nur ein sehr geringes Drehmoment im antreibenden Sinne auf die Schnecke 7 übertragen. Der Servomotor 10 wirkt vorwie¬ gend als Bremse. Der Regler 9 regelt die Drehzahl der Schnecke 7 über den Servomotor 10 auf den am Glied 32 eingegebenen Sollwert. Wird das Abtriebsdrehmoment an der Welle 5 erhöht, so erhöht sich unmittelbar auch das vom Motor 1 aufzubringende Drehmoment. Da dieser Motor 1 nicht geregelt ist, sinkt damit auch die Drehzahl der Welle 3. Durch den Geber 25 wird diese Aenderung erfasst und über das Potentiometer 30 und den Abgriff 31 dem Regler 9 eingegeben, so dass auch die Schnecke 7 langsamer dreht. Die StörgrössenaufSchaltung ist so ausgelegt, dass die Drehzahl.der Abtriebswelle 5 unabhängig ist von der Grδsse des Abtriebsdrehmomentes. Wenn der Servomotor 10 so schnell dreht, dass das Sonnenrad 15 und der Zahnkranz 16 gleiche Umfangsgeschwindigkeiten haben, so steht die Welle 5 still. Dreht der Zahnkranz 16 schneller, so läuft die Welle 5 rück¬ wärts. Dies ist allerdings bei gleichbleibend geringer Leistung des Servomotors 10 nur dann möglich, wenn das Abtriebsdreh¬ moment im gleichen, ursprünglichen Drehsinn wirkt. Beispiele für solche Anwendungen sind Kräne, Winden oder Aufzüge. In diesen Anwendungsfällen- ist es zweckmässig, den Antriebsmotor 1 und den Servomotor 10 als Stoppmotoren auszubilden. Solche Stoppmotoren haben eine Bremse, die beim Abschalten der Strom¬ zufuhr die Motorwelle blockiert. Beim Abschalten wird zunächst die Drehzahl der Abtriebswelle 5 auf 0 reduziert und der An¬ triebsmotor 1 abgeschaltet, wobei der Regler 9 den Servomotor

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10 synchron mit dem Drehzahlabfall der Welle 3 verlangsamt, so dass die Welle 5 stehen bleibt. Beim Einschalten wird umge¬ kehrt zunächst der Regler 9 mit dem Servomotor 10 in Betrieb gesetzt und hierauf der Motor 1 eingeschaltet. Durch die Störgrössenaufschaltung läuft der Servomotor 9 synchron mit der Welle 3 hoch.

Um einen grossen Drehzahlbereich der Abtriebswelle 5 zu er¬ reichen, ist der Durchmesser der Schnecke 7 mindestens halb so gross, vorzugsweise mindenstens so gross wie der Durch¬ messer des Schneckenrades 8. Dadurch wird eine für Schnecke¬ getriebe ungewöhnlich kleine Untersetzung erreicht. Für eine gegebene Maximaldrehzahl des Servomotors 10 kann daher eine hohe Drehzahl der Welle 4 erreicht werden. Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 5 bis zum Stillstand abgeregelt werden soll, ist es zweckmässig, das Untersetzungsverhältnis zwischen Welle 3 und Welle 5 gleich zu wählen wie das Untersetzungsverhältnis zwischen Welle 19 und Welle 5. Die Motoren 1 und 10 haben dann gleiche Nenndrehzahlen.

Der beschriebene Antrieb hat eine sehr hohe Dynamik, weil für eine Drehzahländerung der Welle 5 nur die Drehzahl der Welle 4, des Schneckengetriebes 6 und des Servomotors 10 geändert werden muss, welche vergleichsweise geringe Massenträgheits¬ momente haben. Im Gegensatz zu Leistungs-Servomotoren kann das Beschleunigungsvermögen hier sogar noch verbessert werden, wenn auf die Welle 3 ein Schwungrad 40 aufgesetzt wird.

Beim beschriebenen Antrieb ist das Drehmoment an der Eingangs¬ welle 3 proportional zum Drehmoment an der Abtriebswelle 5 unabhängig von deren Drehzahl. Das Abtriebsdrehmoment kann deshalb unmittelbar durch die Stromaufnahme des Motors 1 ge¬ messen werden. Dies ist insbesondere bei der Anwendung in Kranen und Aufzügen zur Ueberlastsicherung nützlich. Mit ab¬ nehmender Drehzahl der Abtriebswelle 5 sinkt auch der Wirkungs¬ grad. Beim Stillstand der Abtriebswelle 5 erreicht dieser den Wert 0. Dies ist auch so bei Leistungs-Servomotoren. Im Unter¬ schied zu diesen wird die überschüssige Leistung nicht durch die Elektronik verheizt, sondern sie wirkt sich in einer Er¬ wärmung des Getriebeöls aus. Die Abwärme kann aus diesem Grund einfach, betriebssicher und billig, z.B. durch einen Oelkühler, abgeführt werden. Die Wärmeabfuhr bei der ^' Leistungselektronik stellt demgegenüber ein erhebliches Problem von stufenlosen Antrieben mit Hochleistungs-Servomotoren dar, unter anderem auch ein Sicherheitsrisiko.

Falls das Drehmoment der Abtriebswelle 5 in beiden Richtungen wirken soll, ist es zweckmässig, den Antriebsmotor 1 und den Servomotor 10 reversierbar auszubilden. Alternativ ist es auch möglich, ein Umkehrgetriebe zwischen Motor 1 und Welle 3 oder nach der Welle 5 anzuordnen. Statt des Servomotors 10 kann auch eine elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch regelbare Bremse eingesetzt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind für gleiche Teile

gleiche Bezugszeichen verwendet, so dass sich eine detailierte Beschreibung des Getriebes 2 und des Schneckengetriebes 6 er¬ übrigt. Das drehzahlregelbare Glied 10' ist hier als Reibrad¬ getriebe ausgebildet umfassend zwei parallele, radial gegen¬ einander versetzte, drehbare Scheiben 50, 51 sowie ein Reib¬ rad 52. Das Reibrad 52 rollt auf den beiden Scheiben 50, 51 ab und ist auf einer Stange 53 drehbar gelagert. Die Stange 53 ist senkrecht zu den beiden Wellen 54, 55 der Scheiben 50, 51 orientiert. Sie ist mittels eines Hubelementes 56 längs ihrer Achse verschiebbar. Die Scheibe 50 ist über ein Zahn¬ rad 57 und einem Zahnriemen 58 mit der Antriebswelle 3 ver¬ bunden. Die Scheibe 51 ist über zwei Kegelräder 59, 60 mit der Welle 19 der Schnecke 7 verbunden. Durch Verschieben der Stange 53 kann die Uebersetzung des Reibradgetriebes 10' stufen¬ los geregelt werden. Im einfachsten Fall erfolgt die Ver- Stellung der Stange 53 von Hand, wobei das Hubelement 56 z.B. eine Kurbel mit einer Mutter umfasst und die Stange 53 als Gewindestange ausgebildet ist und in die Mutter eingreift. Im dargestellten Fall ist das Hubelement 56 hingegen ein elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigter Stell¬ motor,, der von einem Regler 61 angesteuert ist. Der Regler 61 hat einen Sollwerteingang 62. Der Istwert 33 wird wiederum durch den Geber 34 geliefert, der den Winkel und/oder Winkel¬ geschwindigkeit der Abtriebswelle 5 isst.

Statt des Reibradgetriebes 50, 51, 52 eignen sich auch andere stufenlos regelbare, mechanische Getriebe, z.B. Variatoren.

Im Betrieb arbeitet die Ausführungsform nach Fig. 2 analog jener nach Fig. 1. Auch hier wird über das stufenlose Getriebe 10' bloss eine sehr geringe Leistung übertragen, so dass dieses leicht und preiswert hergestellt werden kann und eine hohe Dynamik aufweist. Der Motor 1 kann hier auch ein Verbrennungs¬ motor oder eine Dampf- oder Gasturbine sein.

Bei beiden dargestellten Ausführungsformen kann je nach An¬ triebsmotor 1, drehzahlregelbarem Glied 10, 10' und Abtriebs¬ wellen-Nenndrehzahl die Funktion der Wellen 3, 4 und 5 unter¬ einander vertauscht werden.