CN105833945B - 驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动作工机器(2)的驱动装置，包括用于产生转矩的马达(4)和用于将转矩从马达(4)传递至作工机器(2)的传递装置(41)，其中，传递装置(41)具有液力离合器(8)。传递装置(41)具有至少一个能控制的转矩传递件(10，11)，用于控制从马达(4)至作工机器(2)的转矩传递。

Description

驱动装置
技术领域
本发明涉及一种尤其用于碾磨机的驱动装置，以及一种用于运行驱动装置的方法。
背景技术
2010年4月8日的DE 202009016825 U1(Gebr.Pfeiffer AG)描述了一种碾磨机，包括壳体、具有衬板的碾磨盘和在衬板上滚动的碾磨辊，其中碾磨辊在运行中能够不被干预。碾磨机还包括至少两个具有马达和传动装置的驱动器，其驱动碾磨盘。为了能够平衡在驱动装置的特性、也就是在电动机和减速装置的特性方面取决于结构或者已知的所选择的区别，至少一个传动装置，优选的是每个传动装置都分配一个涡轮离合器。涡轮离合器的转矩特征曲线如下地选择，即对驱动装置的不同的特性进行补偿，从而使得每个驱动装置都以其额定功率驱动碾磨盘。
也以标识“液力离合器”公开的涡轮离合器是液压离合器，其中，在整个运行区域中的功率液动力地根据福廷格原理传递。
液力离合器在运行中变热，尤其是启动阶段。在此能出现，即直至液力离合器的最大允许温度的温度储备对于驱动装置的可能重复的启动过程来说过小，因为液力离合器还由驱动装置之前的运行加热。液力离合器的热量排出通常通过与环境空气的对流实现。在驱动装置的静止状态中，仅仅存在自由对流，并且在该驱动装置能够再次启动之前，尤其是高负载下的启动之前，液力离合器需要非常长的、也许多个小时以进行冷却。由此产生的维护时间意味的生产损失并且是不希望的。
发明内容
本发明的目的是，提供一种改进的驱动装置。本发明的另外的目的是，提出一种用于运行驱动装置的改进的方法。
根据本发明，在驱动装置方面的目的通过具有以下特征的装置实现。该驱动装置用于驱动作工机器。驱动装置包括用于产生转矩的马达，优选的是电动机。但是该马达也可以使用另外的能量源，例如液压马达。驱动装置此外包括传递装置，其用于将力矩从马达传递至作工机器。传递装置在此包括液力离合器。传递装置包括至少一个能控制的转矩传递件，用于控制从马达至作工机器的转矩传递。
作工机器是被驱动的机器，其接受机械功形式的能量。其是马达的配合件，也就是驱动器，其输出机械能。在与通过马达提供的驱动一同作用的情况下，作工机器也被描述为从动装置。作工机器经由用于从马达向作工机器传递转矩的传递装置与马达连接。优选的是，其是旋转的轴。但是其也可以是另外的类型，如拉杆、杠杆、绳索和传动带。传递装置也可以包括单级或者多级齿轮变速箱，例如锥形齿轮变速箱、正齿轮变速箱和/或行星齿轮变速箱。马达和传递装置形成驱动系。
在驱动系中集成的能控制的转矩传递件是用于控制在马达和作工机器之间的转矩传递的装置。在此，转矩传递件可以或者允许或者完全或部分地中断在马达和作工机器之间的转矩传递。在此，对转矩传递件的控制可以集成在转矩传递件自身中或者通过来自外部的信号引起。
能控制的转矩传递件能够自主地接通，例如根据转矩的作用方向。在该种情况中，转矩传递件的功能通过运行参数，如转速、转矩或者旋转方向控制。能控制的转矩传递件也可以是外接通的，例如通过电磁开关，其由设备的操作者操纵。
转矩传递件可以包括一个或者多个来自下列组的离合器：自接通离合器，尤其是自由轮；外接通离合器，尤其是片式离合器或磁离合器。
自由轮如下地设计，即其传递对于作工机器的驱动任务所必需的转矩，但是不传递相反指向的转矩。因此，自由轮在第一作用方向上传递转矩并且在与第一作用方向相反的第二作用方向上不传递转矩。
一个或者多个转矩传递件可以构造为传递装置的独立的组件；但是该一个或者多个转矩传递件也可以与传递装置的另外的组件一起集成地设计，例如与变速箱或者液力离合器一起集成在共同的壳体中。
在方法方面的目的根据本发明通过具有在以下给出的特征的方法实现。其是用于运行根据本发明的驱动装置的方法。在此，a)在马达和液力离合器之间传递转矩，和/或b)在液力离合器和作工机器之间暂时中断转矩传递。在此，其可以涉及完全地或者部分地中断转矩传递；在后一种情况中，仅仅一部分施加的转矩被传递。
本发明例如能够有利地应用到用于垂直碾磨机的多重驱动装置中，如其在水泥生产和矿石和煤炭加工中应用的那样，其中多重驱动装置的驱动系配备有液力离合器。在此，设备运行者面对这样的问题，即多个马达在负载下必须达到预设的(额定)转速(马达的加速运行)并且必须再次快速地冷却被加热的液力离合器。
通过暂时地中断在液力离合器和作工机器之间的转矩传递，可以在没有负载的情况下通过马达驱动液力离合器，这引起了“通风(Ventilieren)”并进而导致对液力离合器的比在液力离合器的静止状态中更快的冷却。
通过暂时地中断在液力离合器和作工机器之间的转矩传递，马达可以在没有负载的情况下加速运行(hochgefahren)作工机器。在达到马达的预设转速之后，才建立在液力离合器和作工机器之间的转矩传递，也就是说马达耦联至作工机器。同时通过耦合件的无负载运行实现了对液力离合器的冷却。
通过暂时地中断在马达和液力离合器之间的转矩传递，马达可以在没有负载的情况下加速运行作工机器。在达到马达的预设转速之后，才建立在马达和液力离合器之间的转矩传递，也就是说马达耦联至作工机器。
本发明的优选的设计方案和改进方案在从以下内容中给出。在此，根据本发明的方法也可以相应于从属的装置进行改进，并且反之亦然。
根据本发明的优选的设计方案，至少一个转矩传递件包括一个或者多个来自下列组的离合器：自接通离合器，尤其是自由轮；外接通离合器，尤其是片式离合器。根据Dubbel，G 69，使用可接通的离合器，以便选择性地将驱动系的部件彼此连接(文献说明：Dubbel，机械制造手册，发行人:K.-H.Grote和J.Feldhusen，第23版，柏林海德堡:Springer出版社，2011，ISBN 978-3-642-17305-9)。在此，在外接通的离合器的情况中，在外的信号的作用下的转矩流的接通和断开通过机械的、气动的、液压的或者电磁的操作实现。在此，片式离合器被认为是特别有利的自主接通的离合器，其属于力配合(摩擦配合)的接通离合器。片式离合器是有利的，因为其通过并联连接多个摩擦面而能传递高的转矩并且相对成本低廉，尽管其外尺寸相对较小。
根据Dubbel，G 73，提及了也称为自接通离合器的、自主地接通的离合器的所有离合器，其接通过程通过运行参数：转速、转矩或者旋转方向之一来触发。在此列举了定向接通(richtungsgeschaltete)的离合器、也称为自由轮作为特别有利的自主接通的离合器。自由轮是优选的，因为其简单地构造并且相对成本低廉。
也能使用以下离合器作为转矩传递装置，其功能游离在自接通和外接通的离合器之间。例如可以使用液压支持的自由轮，即这样的自由轮，其需要液压支持，从而可靠地接通。在该种情况中，在自接通和外接通之间能够没有明确的分界线。
根据本发明的一个优选的设计方案，传递装置除了液力离合器之外还具有至少一个能控制的转矩传递件。原理上，能控制的转矩传递件能够通过具有可变的填充度并进而具有可变的转矩传递的液力离合器实现。但是这意味着相对高的成本费用，并且用于附加设备的必要结构空间会很大。因此有利的是，提供能控制的转矩传递件作为传递装置的与液力离合器分开的部件。
根据本发明的一个优选的设计方案，在马达和液力离合器之间布置一个转矩传递件。根据本发明的一个优选的设计方案，在液力离合器和作工机器之间布置一个转矩传递件。根据本发明的一个优选的设计方案，第一转矩传递件布置在马达和液力离合器之间，并且第二转矩传递件布置在液力离合器和作工机器之间。在此，每个转矩传递件都能够是自主接通的或外接通的。
本发明的一个优选的改进方案是一种作工机器，尤其是具有至少一个如上所述的驱动装置的垂直碾磨机。在此，作工机器可以具有两个或者多个驱动装置，也就是说其是多重驱动的。多重驱动可以主动或者被动地冗余设计。在此有利的是，作工机器的为了冷却液力离合器所必需的生产中断与通常的作工机器相比显著缩短。
根据本发明的一个优选的设计方案，该方法包括以下步骤：
中断在马达和液力离合器之间的转矩传递；
加速运行马达至预设的转速，其在液力离合器和作工机器的转矩传递方面断开；
再次建立在以预设转速运行的马达和液力离合器之间的转矩传递；
借助从马达经由传递装置到作工机器上的转矩传递来驱动作工机器。
在此，预设的转速不仅能够通过取决于结构类型的预定来预设，也能够通过设备运行者的预定来预设。
在具有多重驱动的垂直碾磨机中，该多重驱动以固定转速变量、即没有变频器地使用，其中使用具有恒定的填充量的液力离合器，在这种垂直碾磨机中可以特别有利地使用本发明。所提出的马达，例如笼型转子异步马达可以在没有附加的电流限制的功能单元的情况下仅仅依序启动，因为否则启动电流通常过高。由此与整个设备的额定力矩相关的可用的启动力矩过小，这导致整个设备的缓慢的加速运行。这在变困难的启动情形中通过长时间保持的负载情形导致液力离合器的过强变热，这限制了各个驱动系中的每个的这种负荷的可行时长。在较大数量的驱动系的情况中，例如四个或者多个的情况中，因此变热的驱动系在加速运行期间必须能够被再次断开，以使其不过热。结果是，不仅在其程度上还是时间上都对所实现的总驱动力矩保持限制。此外，驱动力矩不足以启动设备。
该问题可以通过使用在马达和液力离合器之间的能接通的转矩传递装置，尤其是离合器、例如片式离合器实现：通过使得马达退耦、也就是中断在马达和液力离合器之间的转矩传递，马达可以自由加速，而不接收液力离合器的功率。由此，液力离合器不变热。因此，多重驱动的所有马达都可以逐渐地达到空转转速，而不会以过度的电流强度对能量网造成负载。如果多重驱动的所有马达都到达一个转速，那么接通离合器就可以同时或者根据预设的接通策略耦联。因此所有的驱动系在理想的情况中同时产生驱动力矩，其中驱动力矩在其程度上不受限制并且其时间上的可用性是最大的。
另外的优点在于，在该变体中，液力离合器的特征曲线不必考虑到马达的启动表现。其现在可以效率最优地定义，这改进了驱动装置的整体效率并且降低了液力离合器的运行温度。另外的优点在于，马达特征曲线也不必在高启动力矩方面优化，这降低了马达成本并且同样改进了效率。
根据本发明的一个优选的设计方案，该方法包括以下步骤：
中断在液力离合器和作工机器之间的转矩传递；
加速运行马达至预设的转速，其在作工机器的转矩传递方面被断开；
再次建立在液力离合器和作工机器之间的转矩传递；并且
借助从马达经过传递装置到作工机器上的转矩传递来驱动作工机器。
因此产生这样的可能性，即液力离合器在碾磨机的静止状态期间通过马达而置于旋转并进而冷却。例如如果在液力离合器和作工机器之间设置有设计成自由轮的可开关的转矩传递件时，通过马达在后(rueckwaerts)启动，发生前述情况。因为液力离合器在该种情况中不将功率传递到作工机器上，因此打滑几乎为零并且在液力离合器中的热量产生是无关紧要的。然而通过旋转对液力离合器进行“通风”并且发生大量的热排散，从而快速地冷却液力离合器并且设备再次准备启动。因此可以放弃另外的冷却措施，如外部的风扇和另外的用于冷却液力离合器的冷却装置。
液力离合器的冷却还可以进一步改进，即此外在“加速运行马达至预设的转速，其在作工机器的转矩传递方面被断开”的步骤期间和/或之后包括另外的步骤：借助马达无负载地驱动液力离合器，以对液力离合器进行冷却。
此外，通过暂时地中断在液力离合器和作工机器之间的转矩传输，马达能够在没有负载作工机器的情况下加速运行。在达到马达的定义的转速之后，才再次建立在液力离合器和作工机器之间的转矩传输，也就是说，马达被再次耦联至作工机器。同时，通过液力离合器的无负载运行实现了对液力离合器的冷却。
附图说明
接下来根据多个实施例参考附图对本发明进一步说明。其分别示意性地示出并且不是按照比例的。
图1是用于驱动垂直碾磨机的驱动装置的剖面，其中，在液力离合器和垂直碾磨机之间布置转矩传递件；
图2是用于驱动垂直碾磨机的驱动装置的剖面，其中，在马达和液力离合器之间布置转矩传递件；
图3是用于驱动垂直碾磨机的驱动装置的剖面，其中，在马达和液力离合器之间布置有第一转矩传递件并且在液力离合器和垂直碾磨机之间布置有第二转矩传递件；
图4具有四个驱动装置的垂直碾磨机的俯视图；以及
图5是静止的和旋转的液力离合器的冷却曲线。
具体实施方式
图1示出了用于驱动垂直碾磨机2的驱动装置的剖面，其中，在液力离合器8和垂直碾磨机2之间布置转矩传递件12。
作为作工机器起作用的垂直碾磨机2具有围绕垂直旋转轴线A能旋转的碾磨盘20。在碾磨盘20的上侧构造有衬板，一个或者多个碾磨辊21在衬板上滚动。碾磨盘抗扭地布置在支撑在轴向轴承23中的驱动轴22的垂直上端部处，该驱动轴沿着旋转轴线A延伸。水平布置的齿冠24在碾磨盘20的下方抗扭地布置在轴22处。驱动装置用于驱动驱动轴22，该驱动装置包括马达4、传动装置6和使马达4与传动装置6连接的轴41。轴41包括第一部分、即马达4的从动轴，和第二部分、即传动装置6的驱动轴。这两个部分通过液力离合器8耦联。马达4通过液力离合器8驱动传动装置6的从动侧的小齿轮61，其与齿冠24咬合。
在液力离合器8和传动装置6之间布置转矩传递件12；在此其可以是自主接通的离合器，例如自由轮，在必要的情况下具有液压支持，或者可以是外接通的离合器，例如电磁的或者液压接通的片式离合器。
在碾磨机运行期间，马达4的转矩经由轴41、液力离合器8、自由轮(Freilauf)和传动装置6传递到小齿轮61和齿冠24上。马达4的旋转因此也导致碾磨盘20在碾磨机2的工作方向上的旋转。因为液力离合器8在该种情况中将马达功率传递到传动装置6上，由于液力离合器8的打滑而在液力离合器8中产生热量。
如果现在碾磨机2的运行被暂时停止，那么在驱动装置的该运行暂停中，通过暂时中断在液力离合器8和碾磨机2之间的转矩传递并且液力离合器8通过马达以空转旋转，液力离合器8被冷却。
因为液力离合器8基于自由轮在该种情况中并不将功率传递到传动装置6上，液力离合器8的打滑几乎为零，并且在液力离合器8中不发生明显的热量产生。然而通过旋转对液力离合器8进行“通风”并且从液力离合器8大量排散热量，从而与静止状态相比显然更加快速地冷却了液力离合器8；因此驱动装置较快地再次准备启动。
在自由轮(Freilauf)的情况中，马达4能够相反于工作方向、也就是反向地运行。在脱开的片式离合器的情况中，马达4能够在每个方向、前向或者后向地运行。在碾磨机必须从静止状态开始启动加速的情况中，可接通的转矩传递件12也是有利的。通过暂时地中断在液力离合器8和碾磨盘2之间的转矩传递，马达能够在没有负载的情况下处于预设转速。在达到马达的定义的转速之后，才再次建立在液力离合器和作工机器之间的转矩传输，也就是说，马达被再次耦合至作工机器处。
如果碾磨机如在图4中示出的实施例那样具有多个驱动装置，前述是尤其重要的。垂直碾磨机的俯视图示出了四个均匀地围绕碾磨轴线A布置的在位置0，90，180和270度处的驱动装置，其分别包括电动机4、轴41、液力离合器8、可接通的转矩传递件12和具有从动侧的小齿轮61的传动装置6。驱动装置的从动小齿轮61都与一个共同的齿冠24咬合，其与碾磨盘12抗扭地连接。
在该种情况中，马达4通常不能同时高速运行，因为这会导致电网的过载。因此，所有多重驱动的马达4都能逐渐地达到空转转速，而不会以过度的电流强度对能量网造成负载。如果所有多重驱动的马达4都到达一个转速，那么接通离合器12就可以同时或者根据预设的接通策略耦合接通。因此在理想的情况中，所有的驱动系同时产生驱动力矩，并且驱动力矩在其程度上不受限制并且其时间上的可用性是最大的。
图2示出了用于驱动垂直碾磨机的驱动装置的剖面，其中，在马达4和液力离合器8之间布置转矩传动件11。除了在图2的实施例中转矩传递件11布置在马达4和液力离合器8之间的区别之外，而不是如在图1中的实施例那样布置在液力离合器和垂直碾磨机之间，图2中的实施例与图1是相对应的。
如果借助能接通的转矩传递件11引起在马达4和液力离合器8之间的转矩传递的暂时中断，那么马达4就能够在没有负载作工机器2的情况下加速运行。在达到马达4的定义的转速之后，才建立在马达4和液力离合器8之间的转矩传递，也就是说马达4耦合至作工机器2。
如果碾磨机具有由于会导致电网过载而不能同时加速运行的多个驱动装置，前述是尤其重要的。因此，所有多重驱动的马达都逐渐地达到空转转速，而不会以过度的电流强度对能量网造成负载。如果所有多重驱动的马达都到达一个转速，那么接通离合器就可以同时或者根据预设的接通策略耦合接通。因此在理想的情况中，所有的驱动系同时产生驱动力矩，该驱动力矩在其程度上不受限制并且其时间上的可用性是最大的。
图3示出了用于驱动垂直碾磨机的驱动装置的剖面，其中，在马达4和液力离合器8之间布置有第一转矩传递件11，并且在液力离合器8和垂直碾磨机2之间布置有第二转矩传递件11。通过这种方式，垂直碾磨机2的运行者具有完全的自由度，即其希望以哪些方式执行转矩传递，从而实现以上描述的有利的技术效果。
图5示出了具有静止的液力离合器的和旋转的液力离合器的冷却曲线的时间温度图表，该图表说明了能够通过本发明实现的时间上的优点。在水平轴线上向右绘出了从0至5小时的时间t，其单位为小时h和分钟min。在垂直的轴线上向上绘出了从0至180℃的温度，单位为摄氏度。两个曲线的原点是加热到160℃的液力离合器。
虚线曲线是静止的液力离合器的冷却曲线。静止的液力离合器相对较慢地冷却并且自己在五个小时的冷却时间之后还没有达到50℃的环境温度Tu。
实线曲线是旋转的液力离合器的冷却曲线。通过暂时地中断在液力离合器和驱动机器之间的转矩传递，液力离合器能够无负载地通过马达驱动，也就是旋转；这导致液力离合器的进行冷却的“通风”。与静止的液力离合器相比，无负载地旋转的液力离合器明显更快速地冷却并且在大约50分钟的冷却时间之后达到50℃的环境温度Tu。

Claims (12)

1.一种用于驱动作工机器(2)的驱动装置，包括用于产生转矩的马达(4)和用于将所述转矩从所述马达(4)传递至所述作工机器(2)的传递装置(41)，其中，所述传递装置(41)具有液力离合器(8)，
其特征在于，所述传递装置(41)除了具有所述液力离合器之外还具有至少一个能控制的转矩传递件，用于控制从所述马达(4)至所述作工机器(2)的转矩传递，所述驱动装置至少包括冷却状态，在所述冷却状态中，借助所述马达(4)无负载地驱动所述液力离合器(8)，以对所述液力离合器(8)进行冷却。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，至少一个所述转矩传递件包括一个或者多个来自以下组的离合器：自接通离合器；外接通离合器。
3.根据权利要求2所述的驱动装置，其中，所述自接通离合器是自由轮，外接通离合器是片式离合器。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其中，一个所述转矩传递件(11)布置在所述马达和所述液力离合器(8)之间，和/或一个所述转矩传递件(12)布置在所述液力离合器(8)和所述作工机器(2)之间。
5.一种作工机器，具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置。
6.根据权利要求5所述的作工机器，其特征在于，所述作工机器是垂直碾磨机。
7.一种作工机器，具有两个或者多个根据权利要求1至4中任一项所述的驱动装置。
8.根据权利要求7所述的作工机器，其特征在于，所述作工机器是垂直碾磨机。
9.一种用于运行根据权利要求1至4中任一项所述的驱动装置的方法，其中a)在所述马达(4)和所述液力离合器(8)之间传递转矩和/或b)在所述液力离合器(8)和所述作工机器之间暂时中断转矩传递。
10.根据权利要求9所述的方法，具有以下步骤：
10.1)中断在所述马达(4)和所述液力离合器(8)之间的转矩传递；
10.2)加速运行所述马达(4)至预设转速，所述马达在所述液力离合器(8)和所述作工机器(2)的转矩传递方面分开；
10.3)再次建立在以预设转速运行的所述马达(4)和所述液力离合器(8)之间的转矩传递；以及
10.4)借助从所述马达(4)经由所述传递装置(41)到所述作工机器(2)上的转矩传递来驱动所述作工机器(2)。
11.根据权利要求9所述的方法，具有以下步骤：
11.1)中断在所述液力离合器(8)和所述作工机器(2)之间的转矩传递；
11.2)加速运行所述马达(4)至预设转速，所述马达在所述作工机器的转矩传递方面分开；
11.3)再次建立在所述液力离合器(8)和所述作工机器(2)之间的转矩传递；以及
11.4)借助从所述马达(4)经由所述传递装置(41)到所述作工机器(2)上的转矩传递来驱动所述作工机器(2)。
12.根据权利要求11所述的方法，在所述步骤11.2期间和/或之后包括以下步骤：借助所述马达(4)无负载地驱动所述液力离合器(8)，以对所述液力离合器(8)进行冷却。
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