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