用于链传动装置的链轮的驱动装置.pdf

本发明涉及一种用于链传动装置的链轮(1)的驱动装置，尤其是用于驱动井下采矿的链式刮板输送机或链式牵引刨煤机，具有一个由一个异步电机和一个减速器(4)构成的传动机构，其中，减速器(4)由过载减速器构成并为了均衡过载具有一个可控制的片式离合器，通过它可使异步电机与链轮之间的力流分离。按照本发明规定，所述异步电机由一个变频电机(10)组成，并且在传动机构中电机轴与尤其由悬臂变速器(30)构成的减速器(4)之间插入一个两级齿轮变速器，它具有一个起动换转级和一个正常换转级，通过该两级齿轮变速器在用于起动装载的链式刮板输送机或用于自由牵引刨煤机的起动换转级中达到所需的起动效果。

1.  一种用于链传动装置的链轮的驱动装置，尤其是用于驱动井下采矿的链式刮板输送机或链式牵引刨煤机，具有一个由一个异步电机和一个减速器构成的传动机构，其中，减速器由过载减速器构成并为了均衡过载具有一个可控制的片式离合器，通过它可使异步电机与链轮之间的力流分离，其特征在于，所述异步电机由一个变频电机(10)组成，并且在传动机构中电机轴与减速器(4)之间中间连接一个两级齿轮变速器(33)，它具有一个起动换转级和一个正常换转级。

2.  如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述两级齿轮变速器(33)由齿轮变速器或悬臂变速器(30)构成。

3.  如权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，设有一个具有最好1∶3至1∶4的变速比的可逆转的变速器作为起动换转级。

4.  如上述权利要求1至3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述齿轮变速器或悬臂变速器具有一个可旋转支承在减速器轴(34)上的驱动侧的中心齿轮(37)和一个可旋转支承在减速器轴上的输出侧的中心齿轮(54)，在其间设置一个与减速器轴(34)抗扭转连接的中间轮(52)，其中，该中间轮(52)通过一个换挡装置(32，57，58)有选择地与驱动侧或输出侧的中心齿轮(37，54)抗扭转地耦联。

5.  如权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，所述两个中心齿轮(37，54)和中间轮(52)分别相互对中心且相互邻接地具有一个齿段(53；39；60)，它们具有相同的齿部。

6.  如权利要求4或5所述的驱动装置，其特征在于，所述换挡装置由一个在齿轮变速器(33)的两个相邻齿轮(37；52；54)的齿段(53，39；53，60)上可滑移的换挡套筒(32)组成。

7.  如权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述换挡套筒(32)可以通过一个变速叉(58)移动，它可通过一个变速叉轴(57)平行于减速器轴线(G)滑移。

8.  如权利要求4至7中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述减速器轴(34)在输出侧支承在减速器外壳(36)上而在电机驱动侧通过驱动侧齿轮(37)支承，该驱动侧齿轮可旋转地在驱动侧支承在减速器外壳(31)上。

9.  如权利要求1至8中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述齿轮变速器(33)对于起动换转级包括一个可旋转地支承在减速器外壳(31；36)上的传动轴(46)，它具有一个与驱动侧中心齿轮(37)处于啮合的第一传动齿部(51)和一个与输出侧中心齿轮(54)处于啮合的第二传动齿部(48)。

10.  如权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，至少所述第一传动齿部(51)是一个与传动轴(46)抗扭转连接的独立齿轮(49)的组成部分。

11.  如权利要求2至10中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述齿轮变速器(33)由圆柱齿轮变速器构成。

12.  如权利要求1至11中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动侧中心齿轮(37)由轴套构成和/或在内侧配有一种用于电机轴的套筒连接。

13.  如权利要求2至11中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述变频电机和齿轮变速器设置在一个共同的外壳中，其中电机驱动侧的中心齿轮最好设置在电机轴上。

14.  如权利要求1至13中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述变频电机配有一个电机外壳(12)、一个具有定子绕组(14)的定子(13)、一个转子(15)、一个变频器线路和一个可随转子(15)旋转的电机轴，该电机轴在电机法兰侧和后侧支承在电机外壳(12，21，22)上并由空心轴(16)构成，其轴向孔(23)被一个扭转旋转杆(24)穿透，该扭转旋转杆只在空心轴(16)的后侧端部(17)与空心轴运动耦联。

15.  如权利要求14所述的驱动装置，其特征在于，所述扭转旋转杆(24)穿透轴向孔(23)和/或在电机法兰侧无接触地穿透电机外壳(22，12)。

16.  如权利要求14或15所述的驱动装置，其特征在于，所述扭转旋转杆(24)可从空心轴(16)的后侧端部(17)插进该空心轴并穿过这个空心轴移动。

17.  如权利要求14至16中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述扭转旋转杆(24)的电机法兰侧的端部配有一个小齿轮(25)、一个齿部或一个轴连接，其外径小于轴向孔(23)的最小内径(Di)。

18.  如权利要求17所述的驱动装置，其特征在于，所述扭转旋转杆(24)的后侧端部配有一个小齿轮(26)、一个套筒连接机构或一个套筒连接齿部，其外径大于扭转旋转杆(24)的电机法兰侧的端部和轴向孔(23)的内径(Di)。

19.  如权利要求14至18中任一项所述的驱动装置，其特征在于，在所述扭转旋转杆(24)的后侧端部(17)上构成一个给定断开位置(29)并且在给定断开位置(29)与电机法兰侧的端部之间设置一个固定机构，用于装配/或拆卸扭转旋转杆(24)。

20.  如权利要求19所述的驱动装置，其特征在于，所述固定机构在扭转旋转杆(24)的端面包括一个轴向螺纹孔(8)。

21.  如权利要求14至20中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述变频器线路设置在一个组合于电机外壳(12)中的开关箱(11)内。

22.  如权利要求14至21中任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述扭转旋转杆(24)以电机法兰侧的端部(25)从电机外壳(12，22)中突出来。

用于链传动装置的链轮的驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于链传动装置的链轮的驱动装置，尤其是用于驱动井下采矿的链式刮板输送机或链式的牵引刨煤机，具有一个由一个异步电机和一个减速器构成的传动机构，其中，减速器由过载和负载均衡减速器构成并为了均衡过载具有一个可控制的片式离合器，通过它可使异步电机与链轮之间的力流分离。
背景技术
例如由DE 40 24 830 A1或DE 43 16 798 C2已知这种驱动装置。对于已知的驱动装置使用非调节的交流异步电动机。通过后接的过载和负载均衡减速器在驱动装置运行中通过控制片式离合器在刨煤机或链式刮板输送机的主驱动与辅助驱动之间实现负载均衡，以使刨煤机或链式刮板输送机的运行方式最佳化并避免对于链条的不利载荷状态。对于DE40 24 830 A1的驱动装置为过载和负载均衡减速器配设一个辅助电机，它在异步电机的静止状态接入或断开，以便能够张紧链条。同时为了张紧链条在异步电机与过载和负载均衡减速器之间的驱动连接中设有一个防止断开的异步电机旋转的联锁装置。
代替非调节的交流异步电机还建议使用具有换极的异步电机(DE 3741 762 A1)和通过计算机控制的交流异步电机(DE 197 35 022 A1)，其中对于每个电机在一个附属的计算机中存储各转矩-转速特性曲线。通过转速传感器在电机运行中与电压分离地持久获得电机的当前转速，以便通过将当前转速与对应于各转速的特性曲线进行比较而实现电机调节。由于转速与转矩对于相应的交流异步电机的成比例性可以由此也调整输出的转矩。
在井下采矿中作为电驱动装置也致力于使用具有变频器的交流电机、即所谓的变频电机。对于变频电机能够实现持续的转速调节。具有灰尘、湿气和腐蚀的恶劣井下环境条件以及变频电机与过载减速器的静态确定的耦联对于变频电机的使用产生问题，这些问题迄今已经阻碍了变频电机的使用可能性。但是已知变频电机的使用，其中在过载离合器与变频电机之间连接一个旋转弹性且抗冲击的被称为Tschan式离合器的爪式离合器。由于中间连接的爪式离合器使得对于驱动所必需的空间在井下工作面中明显加大，因此相应构成的驱动装置只有在井下工作面具有足够大的场地时才能够使用。此外，对于变频电机在链传动装置上的使用还存在明显的困难，即，要达到用于起动加载的链式刮板输送机或用于牵引插进工作面的刨煤机所需的起动效果。
发明内容
因此本发明的目的是，实现一种用于链传动装置的链轮的驱动装置，其中能够实现异步电机的转速和转矩调节，并且可以将所要求的起动效果施加到链轮并由此施加到链条上。
按照本发明这个目的由此实现，所述异步电机由一个变频电机组成并在电机轴与减速器之间的传动机构中插入一个两级齿轮变速器，它具有一个起动换转级和一个正常换转级。通过中间连接的两级齿轮变速器可以对采矿驱动装置充分利用变频电机的所有优点，并且通过从正常换转级转换到起动换转级同时存在这种可能性，即，使得用于起动效果的转矩比例过大地提高。两级的齿轮变速器的另一优点是，可以放弃链条张紧装置，在现有技术中该链条张紧装置一般通过辅助电机或其它装置起作用。
在优选的扩展结构中，所述齿轮变速器由悬臂变速器(Vorbauschalt-getriebe)构成，因此它可以连接在变频电机与过载减速器之间。在特别优选的扩展结构中，所述齿轮变速器作为起动换转级具有一个可逆转的变速器，它具有最好为1∶3至1∶4的变速比，因此在起动换转级给出的驱动转矩约为额定转矩的三至四倍。
此外还优选的是，所述齿轮或悬臂变速器具有一个可旋转地支承在减速器轴上的驱动侧的中心齿轮和一个可旋转地支承在减速器轴上的输出侧的中心齿轮，在其间设置一个与减速器轴抗扭转连接的中间轮，其中，该中间轮可通过一个换挡装置有选择地与驱动侧或输出侧的中心齿轮抗扭转地耦联。为了简化变速器的换挡，两个中心齿轮和中间轮最好分别相互对中心且相互邻接地具有一个具有相同齿部的啮合段。所述换挡装置尤其可以由一个在悬臂变速器地两个相邻齿轮的啮合段上可滑移的换挡套筒组成。在一个优选的实施例中，所述换挡套筒可以通过一个变速叉移动，它平行于减速器轴线通过一个变速叉轴可以滑移。所述齿轮变速器尤其可以这样实现，使所述换挡装置的操纵和由此产生的换转级的切换也可以在负荷下实现。
适宜的是，所述减速器轴在输出侧支承在减速器外壳上而在电机驱动侧通过驱动侧齿轮支承，该驱动侧齿轮可旋转地在驱动侧支承在减速器外壳上。特别优选的是，所述变速器对于起动换转级包括一个可旋转地支承在减速器外壳上的传动轴，它具有一个与驱动侧中心齿轮处于啮合的第一传动齿部和一个与输出侧中心齿轮处于啮合的第二传动齿部。至少第一传动齿部可以是一个与传动轴抗扭转连接的独立齿轮的组成部分，以便易于装配齿轮变速器和传动轴。适宜的是，所述悬臂变速器由圆柱齿轮变速器构成。特别有利的是，所述驱动侧中心齿轮由轴套构成和/或在内侧配有一个用于电机轴的套筒连接。通过这种结构可以轻易地防止变频电机的电机轴的径向错位。所述变频电机和齿轮变速器也可以设置在一个共同的外壳中，其中电机驱动侧的中心齿轮最好设置在电机轴上或者是电机轴的组成部分，使得在必要时可以省去附加的轴承。
为了使得用于近下采矿的链传动装置的最大必需结构空间最小并改善变频电机对齿轮变速器的静态确定的连接，对于所述变频电机配有一个电机外壳、一个具有定子绕组的定子、一个转子和一个变频器线路，可随转子旋转的、在电机法兰侧和后侧支承在电机外壳上的电机轴最好由空心轴构成，其轴向孔被一个扭转旋转杆透穿，该扭转旋转杆只在空心轴的后侧端部与空心轴运动耦联。
对于按照本发明的变频电机在一个优选的扩展结构中，所述扭转旋转杆透穿轴向孔和/或在电机法兰侧无接触地透穿电机外壳，即，对于扭转旋转杆在电机法兰侧没有轴承并且在空心轴上没有支承。通过这个措施，当由于加工精度或装配精度不存在电机轴与后接的驱动装置的输入轴的精确对中调整的时候，可以无需插入旋转弹性离合器地自动地在电机与后接的驱动装置之间实现一个静态确定的耦联。对于电机与后接的驱动装置之间的驱动耦联特别有利的是，所述扭转旋转杆可从空心轴的后侧端部插进这个空心轴并可以穿过空心轴移动。
适宜的是，所述扭转旋转杆的电机法兰侧的端部配有一个小齿轮、一个齿部或一个轴连接，其外径小于轴向孔的最小内径，以便能够从空心轴的、也包括在电机装配状态可随时接触到的后侧端部插进扭转旋转杆。所述扭转旋转杆的后侧端部可以适宜地配有一个小齿轮、一个套筒连接机构或一个套筒连接齿部，其外径大于扭转旋转杆的电机法兰侧的端部和轴向孔的内径。
作为对于在井下采矿中使用的电机的附加安全性推荐，在所述扭转旋转杆的后侧端部上构成一个给定断开位置，并且在给定断开位置与电机法兰侧的端部之间设置一个固定机构用于装配/拆卸扭转旋转杆，使得在扭转旋转杆在给定断开位置上断开后可以进行扭转旋转杆所有部件的拆卸，而不必将电机在电机法兰侧从后接的驱动装置上拆下来。所述固定机构尤其可以包括一个在扭转旋转杆的端面中的轴向螺纹孔。
对于变频电机特别优选的是，所述变频器线路设置在变频电机中尤其是设置在一个组合于电机外壳内的开关箱中。对于一个优选的扩展结构，所述扭转旋转杆以电机法兰侧的端部或电机法兰侧的小齿轮从电机外壳中突出来。所述扭转旋转杆的电机法兰侧的端部可以与齿轮或悬臂变速器的输入轴静态确定地耦联。通过电机与两级齿轮变速器的耦联可以无需显著加大链传动装置所需的安装空间地、以简单的方式通过将齿轮或悬臂变速器接通到起动换转级达到要实现起动效果所需的转矩。
本发明的其它优点和扩展结构由下面对在附图中简示的实施例的描述给出。附图中：
图1以简化示意图示出一个井下采掘装置，它具有两个带变频电机的链传动装置；
图2以剖视图示出与悬臂变速器耦联的变频电机；以及
图3以曲线图示出通过变频电机和悬臂变速器可达到的电机转矩。
图1示出两个总体上以50表示的链传动装置，用于驱动一个围绕链传动装置50的两个链轮1环绕的连续的链条2，在构成为链式刮板输送机的工作面或巷道输送机的情况下该链条由其刮板输送机组成，而在刨煤机情况下该链条是一个刨煤机链，它使未示出的刨煤机在工作面上沿着移动。所述链轮1负责链条2的转向并分别通过驱动单元驱动，链轮通过链轮轴3抗扭转地与驱动单元连接。两个链传动装置50的驱动单元包括一个电动的、由变频电机10构成的交流异步电机，该变频电机具有用于变频器线路的组合开关箱11，该变频电机在中间连接悬臂变速器30的条件下与过载保护和负载均衡减速器4耦联。该过载保护和负载均衡减速器4尤其由具有两级行星齿轮级的行星齿轮变速器构成，其中对一个行星齿轮级的空心轮配设一个可液压加载的片式离合器，以实现所有电机10的无负荷高速运转，可以在两个驱动单元50之间实现负载均衡，并且在链条2卡死的情况下断开电机10与链轮1之间的驱动连接。例如由DE 43 16 798 A1已知相应的过载和负载均衡减速器的结构和工作方式。
图2示出变频电机10和悬臂变速器30的纵向截面图。该变频电机10具有一个电机外壳12，它具有用于变频器线路的组合开关箱(11，见图1)。在电机外壳12的内部空间中设置一个具有定子绕组14的定子13，其中在定子13的内圆周上以一个气隙间隔开地设置变频电机10的转子15，由空心轴16构成的电机轴与转子抗扭转地连接。专业人员已知由变频电机构成的交流电机的原理结构，因此在这里不详细描述变频电机10的电工作方式。所述空心轴16不仅在后侧端部17而且在电机法兰侧的端部18分别通过轴承19、20可旋转地支承在后侧的轴承盖21以及电机法兰盘22上并且配有一个轴向孔23，在此孔中设置一个扭转旋转杆24，它完全透穿轴向孔23并在空心轴16的电机法兰侧的端部18上通过一个传动小齿轮25从轴向孔23和电机外壳12中突出来。在扭转旋转杆24的后侧端部设置另一小齿轮26，它配有一种合适的齿部并抗扭转地与空心轴后侧端部17的内圆周上的配合齿部27啮合。在配合齿部27与扭转旋转杆24的小齿轮26之间可以构成一个过渡间隙，以便使扭转旋转杆24的装配易于穿过一个电机外壳12的后侧轴承盖21中的通过封闭盖28可封闭的开孔。所述小齿轮25的外径最好略小于而小齿轮26的外径略大于轴向孔23的内径Di。在小齿轮26区域在扭转旋转杆24上通过一个剪切槽构成一个给定断开位置29，其中一个设置在扭转旋转杆24轴线A上的螺纹孔8超出给定断开位置29地在扭转旋转杆24的减速器端的小齿轮25方向上延伸，使得在扭转旋转杆24在给定断开位置29处断开时，一个拆卸工具(未示出)自身可以旋进螺纹孔8并将扭转旋转杆24从轴向孔23中拉出来。因为扭转旋转杆24只在其后侧端部17与空心轴16耦联并相对于空心轴16支承，因此可以补偿变频电机10的外壳12或空心轴16的轴线A与悬臂变速器30的外壳31或悬臂变速器30的外壳轴线G之间的同心度误差。因此无需在变频电机10与悬臂变速器30之间中间连接一个离合器，尤其是一个旋转弹性的爪式离合器。
在所示实施例中，所述悬臂变速器30由两级齿轮变速器构成，其中一个起动换转级与一个正常换转级之间的接通通过一个换挡环或一个换挡套筒(Schaltnabe)32实现。在图2的截面图中在下半部示出所述换挡套筒32处于用于起动换转级的接通位置而在上半部示出其处于用于正常换转级的接通位置，如同还要描述的那样。
由可逆转的减速器构成的悬臂变速器30的两级齿轮变速器33具有一个减速器轴34，它在输出侧通过轴承35支承在输出侧的轴承盘36中。所述减速器轴34在变频电机10上一直延伸到接近扭转旋转杆24的小齿轮25，其中在小齿轮25与减速器轴34之间保留一个缝隙。在减速器轴34的电机端上支承齿轮变速器33的一个输出侧的中心齿轮37，它在此由轴套构成，并且中心齿轮37的配有传动齿部39的区段通过轴承40可旋转地支承在减速器轴34的自由端上。所述中心齿轮37相对于具有圆柱齿部39的区段收缩到一个连接段41，该连接段在内圆周上配有齿部42并作为套筒(Nabe)可与或者与扭转旋转杆24的小齿轮25抗扭转地耦联。该连接段41在外圆周上具有一个圆柱形凸缘43，它通过轴承44支承在电机端的轴承盘45上，该轴承盘是减速器外壳31的整体组成部分。一个传动轴46与减速器轴34轴向错开地可旋转地支承在两个轴承盘36、45上，其中该传动轴46具有一个带传动齿部48的凸轮(Nocken)47以及一个轴段，在该轴段上例如通过键连接抗扭转地支承一个具有传动齿部50的独立齿轮49。作为另一组成部分，所述齿轮变速器33具有一个抗扭转地与减速器轴34连接的具有圆柱齿部53的中间轮52以及一个具有圆柱齿部55的输出侧的中心齿轮54，它通过轴承56可自由旋转地支承在减速器轴34上。
在正常换转级中在换挡轴57上且与这个换挡轴可靠连接的变速叉58的可移动的换挡套筒32使中间轮52的传动齿部53的一个区段与驱动侧中心齿轮37的传动齿部39的一个区段连接，所述中间轮52并由此使减速器轴34以与中心齿轮37耦联的扭转旋转杆24相同的转速旋转。因此换挡套筒32的这个位置对应于减速比为1∶1的变速器33的正常换转级。
通过齿轮或小齿轮37、49、47和54的相互啮合的圆柱齿轮或传动齿部39、51、48和55起作用的齿轮变速器在所示实施例中在起动换转级中具有一个进入慢级1∶4的减速比。只有当换挡套筒32如图2下半部所示位于左侧位置处于输出侧中心齿轮54的侧面59止挡时，所述起动换转级才有效。在这个位置所述换挡套筒32同时啮合中间轮52的传动齿部53的一个区段和在输出侧上的中心齿轮54的一个齿段60，它在中心齿轮54向着电机10方向上伸出的轮缘61上构成。通过换挡套筒32的这个位置和齿段60和53的耦联起到使中心齿轮54的转速传递到中间轮52并由此传递到减速器轴34的作用。与此对应，在正常换转级中换挡套筒32位于使驱动侧中心齿轮37的传动齿部39与中间轮52的齿部53啮合，如同上面已经描述过的那样，因此减速器轴以与变频电机10的扭转旋转杆24相同的转速运转。
只有当通过变频电机10和链传动装置50要达到起动效果以便起动装载的链式刮板输送机或以便自由牵引刨煤机时，才接通可通过两级齿轮变速器起作用的起动换转级。如同在图3中的曲线图所表示的那样，在起动换转级中通过变频电机10与齿轮变速器33或悬臂变速器30的组合使输出侧调整的电机转矩Md提高到起动转矩Md_A，在此该转矩约为额定电机转矩Md_N的四倍。所述起动换转级只能对于低转速n或低链条速度v_K时接通。
本发明不局限于所示实施例。具有空心轴和扭转旋转杆的变频电机的应用构成本发明的优选扩展结构。所述齿轮变速器和变频电机也可以设置在一个共同的外壳里面，其中驱动侧齿轮与电机轴重合并可以去掉两个轴承20、44中的一个轴承。对于这种扩展结构当然也无需使电机轴由具有扭转旋转杆的空心轴构成。