PÖTTER, Friedhelm (Eibenweg 2C, Bergkamen, 59192, DE)
SCHMEINK, Franz (In Bollwerks Busch 33 A, Bocholt, 46395, DE)
KÜCÜKYAVUZ, Ali Kemal (Ravensberger Str. 19, Herne, 44652, DE)
PÖTTER, Friedhelm (Eibenweg 2C, Bergkamen, 59192, DE)
SCHMEINK, Franz (In Bollwerks Busch 33 A, Bocholt, 46395, DE)
| Patentansprüche 1. Mühlenantriebssystem mit - einem unterhalb eines Mahltellers anordenbaren Getriebe mit zumindest einer Planeten- und/oder Stirnradstufe, das eine vertikale Wellenlage aufweist, - einem in ein Gehäuse des Getriebes integrierten elektrischen Motor, dessen Rotor und Stator sich vertikal erstreckende Achsen aufweisen, - einem oberen Lagerdeckel und einem unteren Lagerdeckel, die an gegenüberliegenden Stirnseiten an Rotor und Stator montiert sind und Lagersitze für Rotorwellenlager umfas¬ sen, - einem den oberen Lagerdeckel und den unteren Lagerdeckel verbindenden Statorträger, der an einem Außenumfang Kühlrippen aufweist, auf die am Gehäuse montierte und/oder in das Gehäuse eingebettete Düsen ausrichtbar sind, - einer zwischen dem unteren Lagerdeckel und einem Bodenteil des Gehäuses gebildeten Auffangwanne für Kühlmittel, - einem an einer Innenseite des Gehäuses gebildeten, sich radial nach Innen erstreckenden Flansch, mit dem der untere und/oder obere Lagerdeckel verbunden sind/ist und über den der Motor abgestützt ist. 2. Mühlenantriebssystem nach Anspruch 1, bei dem der Motor im wesentlichen ausschließlich über den Flansch an der Innenseite des Gehäuses abgestützt ist. 3. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem zwischen einer Rotornabe und dem unteren Lagerdeckel zumindest ein Axiallager für die Rotorwelle angeordnet ist. 4. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Gehäuse zumindest zweiteilig ausgestaltet ist und das Getriebe zumindest zwei Planetenstufen umfaßt, und bei dem in einem Bereich zwischen einer ersten und zweiten Plane- tenstufe eine Gehäusetrennfuge vorgesehen ist. 5. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Motor an einen Schmierstoff ersorgungs- und/oder Kühlmittelkreislauf des Getriebes angeschlossen ist. 6. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Umrichter mit einer zugeordneten Regelungseinrichtung zur verzahnungsspielfreien Drehzahlregelung des Motors vorgesehen ist. 7. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem für Rotor- und/oder Statorwicklungen zur Abdichtung gegenüber innerhalb des Gehäuses zirkulierendem Schmierstoff eine schmieröldichte Ummantelung vorgesehen ist. 8. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Außendurchmesser des Motors kleiner als der Innendurchmesser eines Hohlrads der zumindest einen Planetenstufe ist. 9. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem lediglich der Außendurchmesser des Rotors kleiner als der Innendurchmesser eines Hohlrads der zumindest einen Planetenstufe ist, und bei dem der Stator aus mehreren sich in Umfangsrichtung erstreckenden Segmenten gefertigt ist. 10. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Motor eine permanenterregte Synchronmaschine ist, deren Rotor-Magnetsystem in einen Edelstahlmantel einge- schweißt ist. 11. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Motor ein Rotor-Magnetsystem aufweist, das dichtungsfrei in einen Edelstahlmantel eingeschweißt ist. 12. Mühlenantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Motor ein Rotor-Magnetsystem aufweist, das mit zumindest einem nichtleitenden und/oder nichtmagnetischen Werkstoff ummantelt ist. |
MühlenantriebsSystem Bekannte Mühlenantriebssysteme umfassen eine oder mehrere Ge ¬ triebestufen zur Antriebsleistungswandlung eines Elektromotors. Getriebestufen und Elektromotor bilden dabei einen eng an einen Verarbeitungsprozeß innerhalb z.B. einer Schüssel ¬ mühle, einer Mischtrommel, eines Brechers, einer Rohrmühle oder eines Drehrohrofens gekoppelten Antriebsstrang, der erheblichen Rückwirkungen des Verarbeitungsprozesses ausgesetzt ist. Üblicherweise werden Kegelradstufen zur Anbindung des Elektromotors an den Antriebsstrang verwendet. In DE 39 31 116 AI ist eine Antriebsvorrichtung für eine Mühle in Vertikalbauweise beschrieben, bei der ein Gehäuse eines Vorsatzgetriebes fest mit der Mühle verschraubt ist. Hierbei ist eine exakte Ausrichtung von weit auseinander liegenden Achsen von Antriebsritzel und Zahnkranz erforderlich. Darüber hinaus bewirkt eine Einleitung axialer Mühlenkräfte über ein Axial-Drucklager in ein gemeinsames Getriebegehäuse erhebli ¬ che Belastungen für einen Verzahnungseingriff im Vorsatzgetriebe. Durch einen gemeinsamen großen Getriebe- und Mühlen- lagerinnenraum wird eine schnelle Verschmutzung von Schmieröl für die Antriebsvorrichtung begünstigt. Außerdem erweist sich eine mechanische Leistungsverzweigung im Vorsatzgetriebe an ¬ gesichts einer fehlenden Kompensation überzähliger Zwangskräfte als problematisch. Aus JP 2005 052799 A ist eine Antriebsvorrichtung für einen vertikalen Brecher bekannt, der entweder über einen Zahnkranz an einer drehbaren Bodenscheibe oder über ein mehrstufiges Kegelradgetriebe angetrieben wird. Bedingt durch eine fehlen ¬ de Einstellbeweglichkeit an einer Abtriebsstufe der Antriebs- Vorrichtung werden Stoßbelastungen aus dem Verarbeitungsprozeß in die Antriebsvorrichtung übertragen, insbesondere in deren Verzahnung. In WO 2009/068484 AI ist ein Stirnradgetriebe mit einer oder mehreren Getriebestufen zum Antrieb einer von einem Zahnkranz umschlossenen Arbeitsmaschine beschrieben, das ein die Getriebestufen aufnehmendes Getriebegehäuse und ein auf einer Abtriebswelle einer Abtriebsstufe angeordnetes, einstellbe- wegliches Zahnritzel umfaßt, das mit dem Zahnkranz kämmt. Das Getriebegehäuse besteht aus einem ersten in sich steifen Ge ¬ häuseteil und aus einem zweiten starren Gehäuseteil. Der ers ¬ te Gehäuseteil umschließt die Abtriebsstufe mit der Abtriebs ¬ welle und dem einstellbeweglichen Zahnritzel und weist das Getriebe überragende Seitenwände auf, die auf dem Fundament aufruhen. Der zweite Gehäuseteil ist ohne Berührung mit dem Fundament an einer Stirnseite an dem ersten Gehäuseteil be ¬ festigt . Aus der älteren europäischen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 09011589.0 ist ein Mühlenantriebssystem mit einem unterhalb eines Mahltellers anordenbaren Getriebe mit zu ¬ mindest einer Planeten- und/oder Stirnradstufe sowie einem in ein Gehäuse des Getriebes integrierten elektrischen Motor be- schrieben. Außerdem umfaßt das Mühlenantriebssystem einen Umrichter mit einer zugeordneten Regelungseinrichtung zur verzahnungsspielfreien Drehzahlregelung des Motors.
Aus WO 2010/20287 ist ein Mühlenantriebssystem mit einer in- tegrierten Motor-Getriebeeinheit beschrieben, die einen ge ¬ meinsamen Kühlkreislauf aufweist. Die Motor-Getriebeeinheit ist auf einer Bodenplatte eines die Motor-Getriebeeinheit um ¬ fassenden Gehäuses abgestützt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein integriertes Mühlenantriebssystem zu schaffen, das eine vereinfachte Montage einer Motoreinheit und eine effiziente Kühlung der Motoreinheit ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Mühlenantriebs ¬ system mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Mühlenantriebssystem umfaßt einen unterhalb eines Mahltellers anordenbares Getriebe mit zumindest einer Planeten- und/oder Stirnradstufe, das eine vertikale Wellenlage aufweist. Außerdem ist in ein Gehäuse des Getrie ¬ bes ein elektrischer Motor integriert, dessen Rotor und Stator sich vertikal erstreckende Achsen aufweisen. Darüber hinaus sind an gegenüberliegenden Stirnseiten an Rotor und Stator ein oberer Lagerdeckel und ein unterer Lagerdeckel mon- tiert, die Lagersitze für Rotorwellenlager umfassen. Der obere Lagerdeckel und der untere Lagerdeckel sind über einen Statorträger verbunden, der an einem Außenumfang Kühlrippen aufweist. Auf diese Kühlrippen können am Gehäuse montierte bzw. in das Gehäuse eingebettete Düsen ausgerichtet werden. Zwischen dem unteren Lagerdeckel und einem Bodenteil des Ge ¬ häuses ist eine Auffangwanne für Kühlmittel gebildet. In der Auffangwanne befindliches Kühlmittel kann so zur zusätzlichen Kühlung des Motors verwendet werden. Der Motor ist über einen an einer Innenseite des Gehäuses gebildeten, sich radial nach Innen erstreckenden Flansch abgestützt, mit dem der untere und/oder obere Lagerdeckel verbunden sind bzw. ist. Dies er ¬ möglicht eine einfache Montage einer Motoreinheit des Mühlen ¬ antriebssystems durch Einhängen in das Gehäuse über den obe ¬ ren und/oder unteren Lagerdeckel. Der Motor kann dabei im we- sentlichen ausschließlich über den Flansch an der Innenseite des Gehäuses abgestützt sein. Durch eine komplett vertikale Anordnung von Mahlteller, Getriebe und Motor ist außerdem ein Verzicht auf verhältnismäßig teuere Kegelradgetriebe möglich.
Eine Kühlung des Motors erfolgt vorzugsweise mittels durch das Getriebe zirkulierenden Schmierstoffs bzw. Kühlmittels. Bei einer Integration des Motors in einen Schmierstoffkreis- lauf des Getriebes kann auf aufwendige Belüftungsmaßnahmen zur ausreichenden Kühlung des Motors verzichtet werden. Darüber hinaus kann eine schmieröldichte Ummantelung für Rotorbzw. Statorwicklungen des Motors zur Abdichtung gegenüber innerhalb des Gehäuses zirkulierendem Schmierstoff vorgesehen sein .
Des weiteren umfaßt eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mühlenantriebssystems einen Umrichter mit einer zugeordneten Regelungseinrichtung zur verzahnungsspielfreien Drehzahlregelung des Motors. Durch Verwendung eines Umrich- ters zur Motordrehzahlregelung wird eine Entkopplung zwischen Netzversorgung und Motordrehmoment erzielt. Auf diese Weise können Verzahnungsschäden bei Kurzunterbrechungen infolge eines Netzausfalls vermieden werden, da durch einen Netzausfall aufgrund der erfindungsgemäßen Drehzahlregelung des Motors kein Verzahnungsspiel in Drehrichtung im Getriebe hervorgeru ¬ fen wird. Darüber hinaus kann durch Verwendung eines Umrichters kann eine Vielzahl anwendungsspezifischer Übersetzungsvarianten bei reduzierter Anzahl von Verzahnungsbauteiletypen realisiert werden. Durch die Drehzahlregelung kann der jewei- lige Verarbeitungsprozeß mit dem erfindungsgemäßen Mühlenantriebssystem darüber hinaus in einem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. Hierdurch wird die Effizienz des Mahlprozesses verbessert. Dies ermöglicht wiederum eine Energie ¬ verbrauchsreduktion . Vorzugsweise ist zwischen einer Rotornabe und dem unteren La ¬ gerdeckel zumindest ein Axiallager für die Rotorwelle ange ¬ ordnet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform. Dar- über hinaus umfaßt das Getriebe entsprechend einer bevorzug ¬ ten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zumindest zwei Planetenstufen, und das ist Gehäuse zumindest zweiteilig aus ¬ gestaltet. Außerdem ist in einem Bereich zwischen einer ersten und zweiten Planetenstufe eine Gehäusetrennfuge vorgese- hen. Auf diese Weise läßt sich ein integriertes Mühlenan ¬ triebssystem in problemlos transportierbare Einheiten unterteilen, die am Installationsort wieder schnell zusammenge ¬ setzt werden können. Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Motor eine permanenterregte Synchronma ¬ schine ist, deren Rotor-Magnetsystem in einen Edelstahlmantel eingeschweißt ist. Da am Rotor auf diese Weise nur geringe thermische Verluste entstehen, ist keine Rotorkühlung erfor- derlich. Alternativ zu einer permanenterregten Synchronmaschine kann der Motor auch als fremderregte Synchron- oder Asynchronmaschine ausgestaltet sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfüh- rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Mühlenantriebssystem in einer
Schnittdarstellung, Figur 2 ein erfindungsgemäßes Mühlenantriebssystem in einer perspektivischen Schnittdarstellung .
Das in Figur 1 dargestellte Mühlenantriebssystem umfaßt einen unterhalb eines Mahltellers anordenbares Getriebe 1 mit zwei Planetenstufen 11, 12, die eine vertikale Wellenlage aufwei ¬ sen. In ein Gehäuse 3 des Getriebes 1 ist ein elektrischer Motor 2 integriert, dessen Rotor 21 und Stator 22 sich vertikal erstreckende Achsen aufweisen. An gegenüberliegenden Stirnseiten sind an Rotor 21 und Stator 22 ein oberer Lagerdeckel 23 und ein unterer Lagerdeckel 24 montiert, die Lager ¬ sitze für Rotorwellenlager 26, 27 umfassen. Der obere Lagerdeckel 23 und der untere Lagerdeckel 24 sind über einen Sta ¬ torträger 25 verbunden, der an einem Außenumfang in Figur 2 dargestellte Kühlrippen 28 aufweist. Auf diese Kühlrippen 28 sind am Gehäuse 3 montierte Spitzdüsen 35 ausgerichtet. Zwi ¬ schen dem unteren Lagerdeckel 24 und einem Bodenteil des Ge ¬ häuses 3 ist eine Auffangwanne für Kühlmittel gebildet. Der Motor 2 ist über einen an einer Innenseite des Gehäuses 3 gebildeten, sich radial nach Innen erstreckenden Flansch 34 abgestützt, mit dem der obere Lagerdeckel 23 verbunden ist. Der Motor 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus ¬ schließlich über den Flansch 34 an der Innenseite des Gehäu- ses 3 abgestützt.
Beide Planetenstufen 11, 12 umfassen jeweils ein Hohlrad 111, 121, einen Planetenträger 114, 124 mit darin gelagerten Planetenrädern 112, 122 und ein Sonnenrad 113, 123. Die Hohlrä- der 111, 121 der Planetenstufen 11, 12 sind fest mit dem Gehäuse 3 verbunden. Der Planetenträger 124 einer abtriebssei- tigen Planetenstufe 12 ist mittels eines Axiallagers 125 ge ¬ lagert. Das Sonnenrad 113 der antriebsseitigen Planetenstufe 11 ist mit einer Rotorwelle des Motors 2 verbunden.
Rotorwelle und Sonnenradwelle der antriebsseitigen Planetenstufe 11 sind vorzugsweise über eine unterhalb oder oberhalb des Motors 2 angeordnete Kupplung verbunden. Darüber hinaus sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Planetenträger 114 der antriebsseitigen Planetenstufe 11 und das Sonnenrad 123 der abtriebsseitigen Planetenstufe 12 miteinander verbunden . Der Motor 2 ist an einen Schmierstoff ersorgungs- bzw. Kühl ¬ mittelkreislauf des Getriebes 1 angeschlossen. Auf diese Wei ¬ se kann eine Kühlung des Motors 2 mittels durch das Getriebe 1 zirkulierenden Schmierstoffs erfolgen. Am Rotor 21 ist eine schmieröldichte Ummantelung zur Abdichtung gegenüber inner- halb des Gehäuses 3 zirkulierendem Schmierstoff vorgesehen. Vorzugsweise schließt sich in entsprechender Weise an einen Luftspalt zwischen Rotor 21 und Stator 22 in radialer Richtung eine schmieröldichte Ummantelung eines Ständerblechpa ¬ kets an, das Wicklungen des Stators 22 umfaßt.
Zur Kapselung des Stators 22 ist eine Hülse vorgesehen. Neben der Hülse weist der Stator 22 einen Klemmflansch, ein Klemmelement und eine elastische Abdichtung auf. Mit Hilfe des Klemmelementes wird ist die elastische Abdichtung auf den Klemmflansche und die Hülse gepreßt. Zur Kapselung des Sta ¬ tors 22 kann jedes geeignete Statorgehäuseteil verwendet wer ¬ den, indem die elastische Abdichtung einen Druck durch eine Vorspannung auf dieses ausübt. Weitere Details zur Kapselung von Rotor 21 und Stator 22 sind der älteren deutschen Patent- anmeldung DE 10 2009 034 158.7 zu entnehmen, deren Offenbarung hiermit referenziert wird.
Im Rotor 21 sind mehrere sich axial erstreckende Öffnungen für einen Schmierstoffablauf vom Getriebe 1 in die Auffang- wanne unterhalb des Motors 2 vorgesehen. Die Auffangwanne kann beispielsweise in einen inneren Bereich für Getriebeschmierstoff und in einen äußeren Bereich für Motorkühlmittel unterteilt sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Motor 2 eine permanenterregte Synchronmaschine, deren Rotor-Magnetsystem in einen Edelstahlmantel eingeschweißt ist. Dies ermöglicht be ¬ sonders geringe elektrische Verluste. Alternativ dazu kann das Rotor-Magnetsystem mit einem nichtleitenden bzw. nichtmagnetischen Werkstoff ummantelt sein.
Das in Figur 1 dargestellte Mühlenantriebssystem weist ferner einen Umrichter 4 mit einer zugeordneten Regelungseinrichtung zur verzahnungsspielfreien Drehzahlregelung des Motors 2 auf, so daß zwischen Zahnflanken des Getriebes 1 in Drehrichtung kein Spiel besteht. Mechanische Eigenfrequenzen eines Mühle- Getriebe-Motor-Systems werden bei Verwendung des Umrichters 4 unkritisch infolge einer Systemkomponenten-Entkoppelung.
Zahnflanken des Getriebes 1 werden dabei durch Aufschaltung eines Mindestdrehmoments unter ständigem Kraftschluß gehal ¬ ten. Hierdurch werden richtungsändernde Belastungen der Zahnflanken weitgehend unterbunden. Bei dem in Figur 2 dargestellten Mühlenantriebssystem ist zwischen einer Nabe des Rotors 21 und dem unteren Lagerdeckel 24 ein Axiallager 27 für die Rotorwelle angeordnet. Darüber hinaus ist das Gehäuse 3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgestaltet und umfaßt einen abtriebsseitigen Ge- häuseteil 31 und einen antriebsseitigen Gehäuseteile 32. Da ¬ bei ist in einem Bereich zwischen der abtriebsseitigen Planetenstufe 12 und der antriebsseitigen Planetenstufe 11 eine Gehäusetrennfuge 33 vorgesehen. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser des Motors 2 kleiner als der Innendurchmesser der Hohlräder 111, 121 der Planetenstufen 11, 12. Auf diese Weise ergibt sich ein fertigungs ¬ technisch einfacher Aufbau des Mühlenantriebssystems. Alter ¬ nativ dazu ist lediglich der Außendurchmesser des Rotors 21 kleiner als der Innendurchmesser der Hohlräder 111, 121, und der Stator 22 ist aus mehreren sich in Umfangsrichtung erstreckenden Segmenten gefertigt. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.