EKOEZ, Yueksel (Ligusterweg 7, Friedrichshafen, 88045, DE)
SCHMITZ, Ewald (Zur Halde 8, Daisendorf, 88718, DE)
IMGRUNT, Ilja (Heinrich Heine Str. 17, Friedrichshafen, 88045, DE)
RICHTER, Frank (Johann-Strauss-Str. 3, Oberteuringen, 88094, DE)
EKOEZ, Yueksel (Ligusterweg 7, Friedrichshafen, 88045, DE)
SCHMITZ, Ewald (Zur Halde 8, Daisendorf, 88718, DE)
IMGRUNT, Ilja (Heinrich Heine Str. 17, Friedrichshafen, 88045, DE)
| Patentansprüche 1 . Mehrstufengetriebe zum Antrieb mindestens eines verstellbaren Elementes einer Solarenergiegewinnungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass ein selbsthemmend und spielfrei ausgeführtes Schneckengetriebe (1 , 17, 29) die Abtriebsstufe des Mehrstufengetriebes (60) bildet, und dass das Abtriebsglied des Schneckengetriebes drehfest mit dem verstellbaren Element verbunden ist. 2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrstufengetriebe (60) eine Gesamtübersetzung aufweist, die größer als i=500 ist. 3. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckengetriebe ein Getriebegehäuse (7, 34), eine drehfest auf einer Antriebswelle (4, 18, 32) angeordnete Schnecke (2, 19, 30) und ein auf einer Abtriebswelle (6, 26) drehfest angeordnetes Schneckenrad (3, 20, 31 ) umfasst, welches in Zahneingriff mit der Schnecke (2, 19, 30) steht, dass die Antriebswelle (4, 18, 32) im Getriebegehäuse (7, 34) gelagert ist und ein benachbart zur Schnecke (2, 19, 30) angeordnetes, radial in Richtung (R) auf die Abtriebswelle (6, 26) bewegliches, federbelastetes Lager (5, 21 , 33) aufweist, und dass das Lager (5, 21 , 33) in einem Führungselement (8, 22, 35) fest aufgenommen ist, durch welches die radiale Bewegung des Lagers (5, 21 , 33) bestimmt wird. 4. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement als Hülse (8) ausgebildet ist, welche über mindestens ein elastisches Element (13, 14) elastisch in einer Bohrung (9) des Getriebegehäuses (7) abgestützt ist. 5. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastisches Element als O-Ring (13, 14) ausgebildet ist, welcher zwischen der Bohrung (9) und der Hülse (8) angeordnet ist. 6. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) auf ihrem Umfang eine quer zur radialen Bewegungsrichtung (r) verlaufende Abplattung (8a, 8b) aufweist und mit der Innenwand der Bohrung (9) einen partiellen Radialspalt (1 1 , 12) bildet. 7. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) auf ihrer dem Schneckenrad (3) abgewandten Seite durch ein Federelement (10) belastet ist. 8. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement als Schwenkarm (22) ausgebildet ist, der im Getriebegehäuse um eine parallel zur Antriebswelle (18) angeordnete Schwenkachse (23) schwenkbar gelagert ist. 9. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (22) an einem der Schwenkachse (23) abgewandten Ende (22b) durch ein Federelement (24) belastet ist. 10. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenwellenlager (21 ) zwischen der Schwenkachse (23) und der Wirkrichtung (F) des Federelementes (24) angeordnet ist. 1 1 . Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement als Gleitelement (35) ausgebildet ist, welches gleitend in geraden Führungsbahnen des Gehäuses (34) geführt ist. 12. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Gleitelement (35) Führungsschienen angeordnet sind, die in Führungsnuten im Getriebegehäuse (34) eingreifen. 13. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (35) durch ein Federelement (36) in Gleitrichtung (R) belastet ist. 14. Stellsystem für mindestens ein verstellbares Elementes einer Solarener- giegewinnungsanlage, insbesondere einen Heliostaten, gekennzeichnet durch ein Mehrstufengetriebe (60) nach einem der vorgenannten Ansprüche. 15. Stellsystem nach Anspruch 14 mit einem ansteuerbaren Stellmotor (40) und einer Steuereinrichtung (50), dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (40) als Schrittmotor ausgeführt ist, und dass der Schrittmotor von der Steuereinrichtung (50) mittels Inkrementalsteuerung ansteuerbar ist. |
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrstufengetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 . Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Stellsystem, insbesondere für Heliostaten, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 14.
Aus der US 2008/0308091 A1 ist ein System für die Nutzung der Sonnenenergie bekannt, bei dem im wesentlichen plattenförmige Sonnenkollektoren mittels eines Stellsystems dem Sonnenlauf nachgeführt werden. Um eine ausreichend hohe Übersetzung im Stellsystem zu erreichen ist dabei eine mehrstufig ausgeführte Getriebeanordnung vorgesehen. Dabei bildet ein Schneckengetriebe eine der Getriebestufen in der mehrstufigen Getriebeanordnung des Stellsystems.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Mehrstufengetriebe zum Antrieb von Elementen einer Solarenergiegewinnungsanlage, sowie ein Stellsystem für Heliostaten anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe zum Antrieb mindestens eines verstellbaren Elementes einer Solarenergiegewinnungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass ein selbsthemmend und spielfrei ausgeführtes Schneckengetriebe die Abtriebsstufe des Mehrstufengetriebes bildet, und dass das Abtriebsglied des Schneckengetriebes drehfest mit dem verstellbaren Element verbunden ist.
Das verstellbare Element ist beispielsweise der Reflektor eines Heliostaten als Teil eines Solarturmkraftwerkes. Dabei soll der Reflektor möglichst spielfrei eine bestimmte Position halten und dann, nach einer gewissen Verweildauer, der wandernden Sonne mit einer Stellbewegung folgen. Dabei ist die exakte Ausrichtung der re- flektierten Sonnenstrahlung von wesentlicher Bedeutung für den Wirkungsgrad des Solarturm kraftwerkes.
Das Schneckengetriebe ist selbsthemmend ausgebildet, d. h. Drehbewegungen von der Abtriebsseite werden nicht als Drehbewegungen auf die Antriebsseite übertragen, sondern aufgrund der selbsthemmenden Auslegung der Schnecke abgebremst. Damit können beliebige Positionen der Schneckenradwelle ohne zusätzliche Bremse gehalten werden. Dies ist bei Stellantrieben besonders vorteilhaft. Im Zusammenhang mit verstellbaren Elementen einer Solarenergiegewinnungsanlage, wie beispielsweise Reflektoren von Heliostaten oder Photovoltaikpanels, ist dieser Aspekt besonders deshalb wichtig, weil bei den im Freien aufgestellten Elementen der Wind eine erhebliche Kraft auf die Elemente und dadurch in den Antriebsstrang des Verstellsystems aufbringt. Wenn ein Element dabei spielbehaftet und beweglich befestigt ist, dann kann es wegen des Windes nicht in einer festen Position gehalten werden und durch wiederholtes Hin- und Herbewegen durch den Wind kann das E- lement und dessen Antriebsstrang beschädigt werden.
Dagegen ist bei der Antriebsanordnung für Photovoltaikpanels gemäß der US 2008/0308091 A1 abtriebsseitig eine Stirnverzahnungsstufe vorgesehen, die keinen speziellen Anforderungen an Spielfreiheit unterliegt und somit gewisse unkontrollierbare Bewegungen der Panels zulässt. Deshalb ist auch nur eine verhältnismäßig ungenaue Positionierung der Panels möglich. Im Vergleich dazu ergibt sich durch die erfindungsgemäße abtriebsseitige Anordnung des Schneckengetriebes in dem Mehrstufengetriebe der Vorteil, dass das drehstarr mit dem Abtriebsglied des
Schneckengetriebes verbundene Element, z.B. der Reflektor eines Heliostaten präzise einer vorgegebenen Bewegungsbahn folgt und in Zwischenpositionen starr gehalten wird, weil abtriebsseitig keine spielbehaftete Getriebestufe vorhanden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Mehrstufengetriebe eine Gesamtübersetzung aufweist, die größer als i=500 ist. Besonders bevorzugt liegt die Gesamtübersetzung im Bereich zwischen i=900 und i=1 100. Diese hohen Übersetzungen ermöglichen eine präzise Nachführung des verstellbaren Elementes, z.B. des Reflektors, in kleinen Stellschritten und eine einfache und kostengünstige Inkrementalsteuerung mit Hilfe eines Stellmotors als Antrieb. Dies wird später im Zusammenhang mit dem beanspruchten Stellsystem näher erläutert.
Die im Antriebsstrang des Mehrstufengetriebes vor dem Schneckengetriebe angeordneten Getriebestufen, welche beispielsweise als mehrstufige Planetengetriebe ausgeführt sein können, haben keine besonders hohen Spielanforderungen und können deshalb mit geringerer Fertigungspräzision kostengünstig hergestellt werden. Der Wirkungsgrad des Mehrstufengetriebes ist relativ hoch im Bezug auf die hohe Gesamtübersetzung, weil die dem Schneckengetriebe vorgeordneten Getriebestufen ein höheres Zahn- und Lagerspiel erlauben und dadurch innere Reibungsverluste im Getriebe gering gehalten werden.
Spielfrei arbeitende Schneckengetriebe sind aus anderen Anwendungen bereits bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 199 44 133 A1 ein Schneckengetriebe für ein Lenkgetriebe bekannt, wobei die Schneckenwelle als Biegebalken ausgebildet und stirnseitig - im benachbarten Bereich der Schnecke - durch ein federbelastete Druckstück in Richtung Schneckenrad vorgespannt ist. Die Schnecke wird somit in die Flanken des Schneckenrades gedrückt, sodass das Schneckengetriebe spielfrei arbeitet. Ein derartiges Schneckengetriebe ist prinzipiell für das vorgeschlagene erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe geeignet.
Im Folgenden werden im Rahmen dieser Erfindung weitere spielfrei arbeitende, jedoch konstruktiv vereinfachte Ausführungsformen von Schneckengetriebe zur bevorzugten Anwendung in dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe beschrieben.
Dementsprechend ist bevorzugt ein Schneckengetriebe vorgesehen, bei dem das Schneckenwellenlager in einem Führungselement fest aufgenommen ist, durch welches die radiale Bewegung des Lagers - in Richtung auf das Schneckenrad - zwangsläufig bestimmt wird. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Schnecke auf einer vorbestimmten Bewegungsbahn und Bewegungsrichtung in die Verzahnung des Schneckenrades geführt wird, bis ein Zweiflankenkontakt hergestellt, d. h. Spiel- freiheit zwischen Schnecke und Schneckenrad erreicht ist. Das Führungselement ist somit Teil eines kinematischen Getriebes, welches die Bewegungsbahn des Lagers festlegt. Damit ergeben sich je nach Anwendungsfall eine Reihe von verschiedenen konstruktiv aufwändigen oder weniger aufwändigen Lösungen, um die Spielfreiheit des Schneckengetriebes zu erreichen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist das Führungselement als Hülse ausgebildet, welche elastisch in einer Bohrung, d. h. mit kreiszylindrischem Querschnitt des Getriebegehäuses abgestützt ist. Der Vorteil dieser Lösung besteht in geringen Herstellkosten, da die Bohrung, z. B. durch Drehen kostengünstig hergestellt werden kann. Durch die elastische Lagerung der Hülse in der Gehäusebohrung ergibt sich eine Beweglichkeit der Hülse und damit des Lagers in einer bestimmten Richtung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse über mindestens ein elastisches Element gegenüber der Bohrung abgestützt. Die Hülse ist somit einerseits gegenüber der Bohrung zentriert und andererseits in einer Richtung verschiebbar.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine elastische Element als O-Ring ausgebildet, welcher zwischen der Bohrung und der Hülse, vorzugsweise in einer Ringnut angeordnet ist. Damit kann die erforderliche Elastizität durch handelsübliche, d. h. kostengünstige Teile erreicht werden.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse - quer zur radialen Bewegungsrichtung - abgeplattet und bildet mit der Gehäusebohrung mindestens einen partiellen Radialspalt, der in Form eines Sichelspaltes ausgebildet sein kann. Die Hülse ist also parallel zur Bewegungsrichtung in der Gehäusebohrung geführt und kann im Rahmen des Radialspaltes Radialbewegungen ausführen, wobei die elastischen Elemente, respektive O-Ringe verformt werden. Bevorzugt sind zwei sich diametral gegenüberliegende Abplattungen vorgesehen. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse auf ihrer dem Schneckenrad abgewandten, abgeplatteten Seite durch ein Federelement belastet, welches das Schneckenwellenlager in die Zahnflanken des Schneckenrades drückt.
Hierbei wirken sich die Spielfreiheit und die Selbsthemmung besonders vorteilhaft auf das Mehrstufengetriebe und ein Stellsystem des Elementes aus. Zwischenstellungen können auf der Abtriebsseite spielfrei und ohne Feststellbremse gehalten werden und dies über eine hohe Lebensdauer, da die Schneckenwelle auch bei Verschleiß nachgeführt wird und somit die Spielfreiheit erhalten bleibt.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist das Führungselement als Schwenkarm, Exzenter oder Lenker ausgebildet, welcher im Getriebegehäuse gelagert und um eine parallel zur Achse der Schneckenwelle angeordnete Schwenkachse drehbar ist. Der Mittelpunkt des Schneckenwellenlagers wird somit auf einer Kreisbahn um die Schwenkachse in Richtung auf das Schneckenrad geführt, sodass Spielfreiheit erreicht wird. Der Schwenkradius, d. h. der Abstand zwischen Schwenkachse und Mittelpunkt der Schneckenwelle kann dabei hinreichend groß gewählt werden, sodass die Krümmung der Kreisbahn im Hinblick auf den zurückgelegten Weg vernachlässigbar ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwenkarm, der auch als Exzenter ausgebildet sein kann, an seinem der Schwenkachse gegenüberliegenden Ende durch ein Federelement belastet, welches ein Drehmoment auf den Schwenkarm in Bezug auf seine Schwenkachse in Richtung des Schneckenrades ausübt. Bevorzugt liegt das Lager zwischen der Schwenkachse und der Resultierenden der Federkraft, sodass sich ein maximaler Hebelarm für die Federkraft ergibt.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist das Führungselement als Gleitelement ausgebildet, welches in geraden Führungsbahnen des Getriebegehäuses geführt ist. Damit wird eine exakt radiale Führung der Schnecke in Richtung auf das Schneckenrad zur Erzielung einer Spielfreiheit erreicht. Die Lösung ist konstruktiv relativ einfach und somit kostengünstig. Bevorzugt ist das Gleitelement durch ein Fe- derelement, beispielsweise eine Druckfeder, mit Richtung auf das Schneckenrad belastet.
Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung ein Stellsystem für mindestens ein verstellbares Elementes einer Solarenergiegewinnungsanlage, insbesondere einen Heliostaten, mit einem Mehrstufengetriebe gemäß der vorhergehenden Beschreibung.
Bevorzugt ist dabei ein Stellmotor und eine Steuervorrichtung vorgesehen, wobei der Stellmotor als Schrittmotor ausgeführt ist, der von der Steuereinrichtung mittels einer Inkrementalsteuerung ansteuerbar ist. Durch eine relativ hohe Übersetzung des Getriebes können für sehr kleine Winkelgradverstellungen viele Inkremente für einen Stellvorgang benutzt werden. Deshalb kann das System als gesteuertes System ausgeführt werden, da ein vom Motor nicht ausgeführter Schritt im Rahmen der Genauigkeit nicht von großer Bedeutung ist. Dies erleichtert den Aufwand in der Sensorik und der Motorsteuerung und bietet somit weitere Kostenvorteile.
Das vorgeschlagene Stellsystem verstellt über ein Standardgetriebe mit geringen Toleranz- bzw. Spielanforderungen und über eine selbstsperrende, d.h. selbsthemmende und spielfreie Getriebeabtriebsstufe z.B. einen Reflektor eines Heliostaten. Der Reflektor des Heliostaten folgt dem Sonnenverlauf in immer der gleichen Drehrichtung.
Der Normalbetrieb beginnt nun über eine Initialisierung des Systems am Schneckenrad. Bei der Initialisierung wird vom Sensor aus immer der gleichen Stellrichtung heraus die Position ermittelt und ab dieser Initialisierungskante folgt ein kontinuierliches Nachstellen mittels der Inkrementalsteuerung des elektrischen Stellmotors, vorzugsweise eines Schrittmotors. Mit dieser Vorgehensweise wird das Spiel im Stellsystem, welches sich über die Lebensdauer ändert, tagesaktuell ausgeregelt und im Stellvorgang ausgeglichen. Durch die selbstsperrende und spielfreie Abtriebsstufe können die aus dem Heliostaten bzw. Reflektor auftretenden Lasten, z.B. Windlasten, keine Rückstellung auf den Stellmotor bewirken. Das sperrende
Schneckengetriebe ist durch die Anfederung spielfrei eingestellt und kann somit sehr präzise die vom Stellmotor angefahrene Position halten. Vibrationen und Wechsellasten vom Heliostaten werden somit in der Abtriebsstufe aufgefangen. Die antriebssei- tig des Schneckengetriebes angeordneten Komponenten des Antriebsstranges sind hiervon nicht betroffen. Dadurch müssen Spitzenlasten aus Windeinfall nur von der Abtriebsstufe aufgenommen werden. Für die antriebsseitigen Getriebestufen und den Stellmotor werden lediglich die aus dem normalen Betrieb abgeleiteten Stellkräfte relevant.
Die beschriebene Anfederung des selbstsperrenden Schneckengetriebes ist für das Stellsystem von hoher Bedeutung, weil die Schneckenradstufe bei leichten Vibrationen am Schneckenrad, verursacht beispielsweise durch den Wind, wegen Lastwechseln bzw. Flankenwechseln in der Schneckenstufe die rechnerisch nachweisbare Selbsthemmung nicht erreichen kann und so kontinuierlich die Position verlieren würde, die für eine korrekte Inkrementalsteuerung notwendig ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder den Zeichnungen weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schneckengetriebe mit elastischer Schneckenwellenlagerung, Fig. 2 ein im Rahmen der Erfindung anwendbares Schneckenwellenlager, Fig. 2a eine schematische Darstellung des Schneckenwellenlagers,
Fig. 2b eine Hülse mit O-Ringen zum Schneckenwellenlager nach Fig. 2, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines im Rahmen der Erfindung anwendbaren Schneckenwellenlagers,
Fig. 3a eine 3-D-Ansicht des Schneckengetriebes nach Fig. 3,
Fig. 3b das Schneckenwellenlager nach Fig. 3 mit Federelement,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines im Rahmen der Erfindung anwendbaren Schneckenwellenlagers und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stellsystems mit einem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe. Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Schneckengetriebes 1 , welches eine Schnecke 2 und ein Schneckenrad 3 umfasst. Die Schnecke 2 ist drehfest, vorzugsweise einstückig mit einer Antriebs- oder Schneckenwelle 4 verbunden, welche in einem als Wälzlager ausgebildeten Lager 5, auch Schneckenwellenlager 5 genannt, gelagert ist. Das Schneckenrad 3 ist drehfest auf einer Abtriebswelle 6 angeordnet, welche in einem Getriebegehäuse 7 gelagert ist. Das Schneckenwellenlager 5 ist in einer Hülse 8 aufgenommen, die ihrerseits im Getriebegehäuse 7 abgestützt ist.
Fig. 2 zeigt das Schneckenwellenlager 5, welches als Rillenkugellager ausgebildet ist und drehfest auf der Antriebswelle 4 bzw. Schneckenwelle 4 befestigt ist. Die Hülse 8, in welcher das Schneckenwellenlager 5, vorzugsweise durch Presssitz aufgenommen ist, ist in einer Bohrung 9 des Getriebegehäuses 7 aufgenommen. In der Zeichnung unten ist ein Federelement 10, ausgebildet als Druckfeder, angeordnet, welche sich einerseits gehäuseseitig und andererseits an der Hülse 8 abstützt und eine Kraft in radialer Richtung, dargestellt durch einen Pfeil R, auf die Hülse 8 ausübt. Die Hülse 8 ist teilweise abgeplattet und daher innerhalb der Bohrung 9 in Richtung des Pfeils R verschiebbar.
Fig. 2a zeigt die Hülse 8, welche in der Bohrung 9 aufgenommen ist und ihrerseits das Schneckenwellenlager 5 aufnimmt, in schematischer Darstellung. Die Hülse 8 weist einen in der Zeichnung oberen abgeplatteten Bereich 8a und einen in der Zeichnung unteren abgeplatteten Bereich 8b auf, die somit diametral zueinander angeordnet sind. Die Abplattungen 8a, 8b bilden mit dem kreisförmigen Querschnitt der Bohrung 9 partielle Radialspalte 1 1 , 12, die annähernd die Form von Sichelspalten aufweisen.
Die in der Zeichnung senkrecht dargestellte Mittelachse des Lagers 5, der Hülse 8 und der Bohrung 9 ist mit r bezeichnet und entspricht der radialen Richtung R in Fig. 2. Die abgeplattete Hülse 8 ist somit seitlich, d. h. parallel zur Mittelachse r relativ eng in der Bohrung 9 geführt, während im Bereich der Sichelspalte 1 1 , 12 Raum für eine Verschiebung vorhanden ist. Zwischen der Hülse 8 und der Bohrung 9 ist - was in Fig. 2a nicht erkennbar ist, jedoch im Folgenden anhand von Fig. 2b beschrieben wird - mindestens ein elastisches Element angeordnet, d. h. die Hülse 8 ist in der Bohrung 9 elastisch aufgenommen.
Fig. 2b zeigt die Hülse 8 in einem Axialschnitt, ohne das Schneckenwellenla- ger 5. Auf dem Umfang der Hülse 8 sind als O-Ringe 13, 14 ausgebildete elastische Elemente angeordnet, welche in Ringnuten 15, 16 gehalten sind. Die O-Ringe 13, 14 legen sich mit ihrem Außenumfang - was in Fig. 2 b nicht dargestellt ist - an die Innenwand der Bohrung 9 (vgl. Fig. 2a) an. Sie bewirken somit eine elastische AbStützung der abgeplatteten Hülse 8 gegenüber der Bohrung 9 und lassen unter der Wirkung der Feder 16 eine Verschiebung der Hülse 8 in Richtung des Durchmessers r - in Richtung des nicht dargestellten Schneckenrades - zu. Damit wird die Schnecke in die Verzahnung des Schneckenrades gedrückt, sodass ein Zwei-Flanken-Kontakt (gleichzeitiger Kontakt mit zwei Flanken) und damit Spielfreiheit hergestellt werden.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Schneckengetriebe 17, welches eine auf einer Schnecken- oder Antriebswelle 18 angeordnete Schnecke 19 und ein Schneckenrad 20 umfasst. Die Schneckenwelle 18 ist in einem Schneckenwellenlager 21 aufgenommen, welches seinerseits in einem Schwenkarm 22 fest angeordnet, beispielsweise durch einen Presssitz befestigt ist. Der Schwenkarm 22, in der Figur schematisch dargestellt, kann auch als Exzenter oder Lenker ausgebildet sein, der um eine Schwenkachse oder einen Schwenkzapfen 23 schwenkbar angeordnet ist. Der Schwenkarm 22 ist an seinem der Schwenkachse 23 abgewandten Ende durch eine Feder 24 belastet, welche ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf den Schwenkarm 22 ausübt und damit die Schneckel 9 in Richtung des Pfeils R in die Verzahnung des Schneckenrades 20 drückt. Damit wird Spielfreiheit zwischen Schnecke 19 und Schneckenrad 20 hergestellt.
Fig. 3a zeigt eine 3-D-Darstellung des Schneckengetriebes gemäß Fig. 3, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen verwendet werden. Die Schneckenwelle 18 ist zweifach im Getriebegehäuse gelagert, und zwar durch das im Schwenkarm 22 angeordnete Lager 21 sowie durch ein weiteres Lager 25, welches als Rillenkugellager ausgebildet ist und eine Winkelbeweglichkeit der Schneckenwelle 18 zu- lässt. Das Schneckenrad 20 ist auf einer Abtriebswelle 26 drehfest angeordnet und über zwei Lager 27 und 28 gegenüber dem Getriebegehäuse (hier nicht dargestellt) gelagert. Die Schnecke 19 greift in das Schneckenrad 20 ein. Der Schwenkarm 22, auch Exzenter 22 genannt, weist eine Bohrung 22a für einen Schwenkzapfen 23 (vgl. Fig. 3) auf, welcher gehäuseseitig abgestützt ist. Der Schwenkarm 22 weist ferner einen Absatz 22b auf, an welchem das Federelement 24 angreift, welches ebenfalls gehäuseseitig abgestützt ist. Das Federelement 24 bewirkt ein in Fig. 3a entgegen dem Uhrzeigersinn drehendes Moment, sodass die Schnecke 19 in die Verzahnung des Schneckenrades 20 hineingedrückt wird.
Fig. 3b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Schwenkarmes 22 mit aufgeschnittenem Federelement 24, welches an dem Absatz 22b des Schwenkarmes 22 angreift. Das Federelement 24 umfasst einen gehäuseseitig abgestützten Zapfen 24a, eine darauf bewegliche Kappe 24b, welche durch eine Druckfeder 22c belastet ist.
Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Schneckengetriebe 29, welches eine Schnecke 30, ein Schneckenrad 31 , eine Schneckenwelle 32 und ein Schneckenwellenlager 33 umfasst. In einem Getriebegehäuse 34 ist ein als Nutenstein 35 ausgebildetes Gleitelement angeordnet und durch nicht dargestellte geradlinige Führungsbahnen in Richtung des Pfeils R, d. h. in radialer Richtung geführt. Das Schneckenwellenlager 33 ist fest, z. B. durch Presssitz in dem Nutenstein 35 aufgenommen und folgt somit der Bewegung des Gleitelements 35. Auf der dem Schneckenrad 31 abgewandten Seite des Nutensteins 35 ist ein Federelement 36 angeordnet, welches eine Federkraft in Richtung des Pfeils R auf das Gleitelement 35 ausübt und damit die Schnecke 30 gegen das Schneckenrad 31 drückt. Damit wird ein spielfreier Schneckentrieb erreicht.
Fig. 5 zeigt ein Mehrstufengetriebe 60 als Teil eines Stellsystems zum Einstellen der Position eines Reflektors eines Heliostaten in einem Solarturmkraftwerk, so dass der nicht dargestellte Reflektor dem Sonnenverlauf in immer der gleichen Drehrichtung folgt. Das Mehrstufengetriebe umfasst ein zweistufiges Planetengetriebe 42 und das Schneckengetriebe 1 als Abtriebsglied. Ausgehend von einem elektrischen Stellmotor 40 wird das Drehmoment und die Drehbewegung zum Einstellen der Position des Reflektors über eine Motorabtriebswelle 41 in das Mehrstufengetriebe 60 geleitet. Dort wird die Drehbewegung von zwei Planetenradstufen und schließlich von einem Schneckengetriebe 1 ins Langsame übersetzt. Die Abtriebswelle 6 des Schneckengetriebes 1 ist drehfest und starr mit dem Reflektor verbunden.
Eine erste Planetenradstufe des Planetengetriebes 42 wird im Wesentlichen von dem Sonnenrad 43, mehreren in einem Planetenträger 45 gelagerten Planetenrädern 44 und dem Hohlrad 46 gebildet. Das Sonnenrad 43 ist drehfest mit der Motorabtriebswelle 41 verbunden und bildet das Eingangsglied des Planetengetriebes 42. Eine zweite Planetenradstufe des Planetengetriebes 42 wird im Wesentlichen von dem Sonnenrad 47, mehreren in einem Planetenträger 49 gelagerten Planetenrädern 48 und dem Hohlrad 46 gebildet. Der Planetenträger 45 als Abtriebsglied der ersten Planetenradstufe ist drehfest mit dem Sonnenrad 47, dem Eingangsglied der zweiten Planetenradstufe verbunden. Der Planetenträger 49 der zweiten Planetenradstufe bildet das Abtriebsglied des Planetenradgetriebes 42 und ist starr mit der Schnecke 2 des nachgeordneten Schneckengetriebes 1 verbunden.
Das Hohlrad 46 ist in diesem Beispiel einteilig für die erste und die zweite Planetenradstufe ausgeführt. Ebenso ist es möglich zwei separate Hohlräder für die beiden Planetenradstufen vorzusehen.
Die Schnecke 2 bildet zusammen mit dem Schneckenrad 3 das Schneckengetriebe 1 . Das Schneckenrad 3 ist drehfest auf der Abtriebswelle 6 angeordnet, welche wiederum starr mit dem nicht dargestellten Reflektor des Heliostaten verbunden ist. Ein Federelement 10 drückt die Verzahnungen der Schnecke 2 und des Schneckenrades 3 derart ineinander, dass das Schneckengetriebe 1 zuverlässig spielfrei und selbstsperrend funktioniert.
Das Stellsystem umfasst des weiteren eine Steuereinrichtung 50 und einen Positionssensor 51 , die durch eine Steuerleitung 52 signalübertragend miteinander verbunden sind. Eine weitere Steuerleitung 53 verbindet die Steuereinrichtung 50 mit dem Stellmotor 40.
Der Normalbetrieb beginnt über eine Initialisierung des Systems am Schneckenrad 3. Bei der Initialisierung wird vom Sensor 51 aus immer der gleichen Stellrichtung heraus die Position ermittelt und ab dieser Initialisierungskante folgt ein kontinuierliches Nachstellen mittels der Inkrementalsteuerung des elektrischen Stellmotors 40. Mit dieser Vorgehensweise wird das Spiel im Stellsystem, welches sich über die Lebensdauer ändert, tagesaktuell ausgeregelt und im Stellvorgang ausgeglichen. Durch das selbstsperrende und spielfreie Schneckengetriebe 1 können die an dem Heliostaten bzw. Reflektor auftretenden Windlasten, keine Rückstellung auf den Stellmotor 40 bewirken. Das sperrende Schneckengetriebe 1 ist durch die Anfede- rung spielfrei eingestellt und kann somit sehr präzise die vom Stellmotor 40 angefahrene Position halten. Vibrationen und Wechsellasten vom Heliostaten werden somit in der Abtriebsstufe aufgefangen. Die antriebsseitig des Schneckengetriebes 1 angeordneten Komponenten des Antriebsstranges sind hiervon nicht betroffen. Dadurch müssen Spitzenlasten aus Windeinfall nur von der Abtriebsstufe aufgenommen werden. Für das antriebsseitige Planetengetriebe 42 und den Stellmotor 40 werden lediglich die aus dem normalen Betrieb abgeleiteten Stellkräfte relevant.
Die Anfederung 10 des selbstsperrenden Schneckengetriebes 1 ist für das Stellsystem von hoher Bedeutung, weil die Schneckenradstufe bei leichten Vibrationen am Schneckenrad 3, verursacht beispielsweise durch den Wind, wegen Lastwechseln bzw. Flankenwechseln im Schneckengetriebe 1 die rechnerisch nachweisbare Selbsthemmung nicht erreichen kann und so kontinuierlich die Position verlieren würde, die für eine korrekte Inkrementalsteuerung notwendig ist. Bezuqszeichen
Schneckengetriebe
Schnecke
Schneckenrad
Antriebs- oder Schneckenwelle
Schneckenwellenlager
Abtriebswelle
Getriebegehäuse
Hülse
, 8b Abplattung
Bohrung (in Getriebegehäuse)
Federelement
Radialspalt (Sichelspalt)
Radialspalt (Sichelspalt)
O-Ring
O-Ring
Ringnut
Ringnut
Schneckengetriebe
Schneckenwelle
Schnecke
Schneckenrad
Schneckenwellenlager
Schwenkarm
a Bohrung
b Absatz
Schwenkachse
Federelement
a Zapfen
b Kappe
c Druckfeder 5 Lager (Schneckenwelle) 6 Abtriebswelle
7 Lager (Schneckenradwelle) 8 Lager (Schneckenradwelle) 9 Schneckengetriebe
0 Schnecke
1 Schneckenrad
2 Schneckenwelle
3 Schneckenwellenlager 4 Getriebegehäuse
5 Gleitelement (Nutstein) 6 Federelement
0 Stellmotor
1 Motorabtriebswelle
2 Planetengetriebe
3 Sonnenrad
4 Planetenrad
5 Planetenträger
6 Hohlrad
47 Sonnenrad
48 Planetenrad
49 Planetenträger
50 Steuereinrichtung
51 Positionssensor
52 Steuerleitung
53 Steuerleitung
60 Mehrstufengetriebe r Mittelachse
R radiale Richtung
F Federkraftresultierende