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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Elastomerkupplung oder eines Zweimassenschwungrades. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Antriebsanordnung, umfassend eine Antriebsmaschine, eine Elastomerkupplung oder ein Zweimassenschwungrad und eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades. Die Vorrichtung und das Verfahren zur Zustandsüberwachung sind für jegliche Antriebstränge geeignet, die eine Elastomerkupplung oder ein Zweimassenschwungrad aufweisen.
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Aus der
DE 10 2007 049 672 A1 geht ein Verfahren und eine Messvorrichtung zur Erfassung des Drehmomentbetriebszustands einer Welle in Form eines Drehmoments, einer Drehmomentänderung und/oder einer dazu äquivalenten Größe mit einem Signalgeber hervor. Der Signalgeber ist drehfest mit der Welle verbindbar und/oder verbunden. Ferner ist ein Signalempfänger vorgesehen, der zur Detektion des Signalgebers ausgebildet ist und in Abhängigkeit der Detektion des Signalgebers ein Messsignal mit einer drehzahlabhängigen Komponente ausgibt. Des Weiteren ist auch eine Auswertevorrichtung zur Bestimmung des Drehmomentbetriebszustands der Welle auf Basis und/oder durch Auswertung des Messsignals vorgesehen. Die Auswertevorrichtung ist dazu vorgesehen, durch Analyse von Signalbestandteilen des Messsignals mit einer Grenzfrequenz größer als die aktuelle Umlauffrequenz der Welle die Bestimmung des Drehmomentbetriebszustands durchzuführen und/oder zu ergänzen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Elastomerkupplung oder eines Zweimassenschwungrades zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Elastomerkupplung oder eines Zweimassenschwungrades werden mindestens eine erste und zweite Drehzahl sowie mindestens eine Temperatur der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades von einer Vorrichtung zur Zustandsüberwachung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades erfasst und ausgewertet, um einen Status der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades festzustellen.
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Unter der Zustandsüberwachung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades ist eine automatisierte Überwachung im Sinne von Condition Monitoring zu verstehen. Daraus kann eine Zustandsänderung und/oder Fehlfunktion zumindest der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades aber auch eine Fehlfunktion in einem Antriebsstrang, in dem die Elastomerkupplung oder das Zweimassenschwungrad angeordnet ist, festgestellt werden. Ferner kann auch die Restlebensdauer der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades bestimmt werden.
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Sowohl die Elastomerkupplung als auch das Zweimassenschwungrad sind zumindest teilweise elastisch, insbesondere zur Schwingungsreduktion ausgebildet. Die Elastomerkupplung und das Zweimassenschwungrad sind dazu vorgesehen, zwei Wellen drehfest aber schwingungsdämpfend und/oder schwingungsreduzierend miteinander zu verbinden. Die Erfassung, Berechnung und Auswertung der beiden Drehzahlen an zwei unterschiedlichen Stellen ermöglicht eine Zustandserfassung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades. In Abhängigkeit der Temperatur und der Drehzahl der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades kann der Status und/oder die Zustandsänderung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades erfasst werden. Ein Normalbetrieb der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades ist innerhalb eines Bereichs zwischen einem minimalen Grenzwert und einem maximalen Grenzwert. Die beiden Grenzwerte sind vom Verwendungszweck sowie von der jeweiligen Elastomerkupplung oder dem jeweiligen Zweimassenschwungrad abhängig. Als weiteres Beurteilungskriterium für die Bestimmung der Restlebensdauer und der Zustandsänderung der Elastomerkupplung und des Zweimassenschwungrades kann eine Referenzmessung beziehungsweise Erstmessung im Neuzustand durchgeführt und ausgewertet werden, auf deren Basis automatisiert Alarmgrenzen gesetzt werden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum einen die Elastomerkupplung oder das Zweimassenschwungrad überwacht und der Betrieb dokumentiert und zum anderen können bei einem Fehlbetrieb, insbesondere einer Abweichung von einem Normalbetrieb Fehlermeldungen ausgegeben werden.
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Vorzugsweise wird die erste Drehzahl der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades an einer Primärseite der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrads erfasst und die zweite Drehzahl der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades wird an einer Sekundärseite der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades erfasst, wobei die Primärseite und Sekundärseite der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades axial voneinander beabstandet sind. Insbesondere ist die Primärseite antriebsseitig angrenzend an einer ersten Stirnseite der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades ausgebildet, wobei die Sekundärseite abtriebsseitig an einer zweiten Stirnfläche der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades ausgebildet ist.
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Bevorzugt erfolgt mittels der mindestens zwei Drehzahlen beziehungsweise der Drehungleichförmigkeiten sowie in Abhängigkeit der mindestens einen Temperatur und Drehzahl der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades eine Auswertung des Isolationsgrad der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades. Der Isolationsgrad der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades verändert sich im Betrieb der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades über die Zeit, insbesondere aufgrund von Alterungserscheinungen. Da der Isolationsgrad maßgeblich für die Beurteilung des Zustandes der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades ist, kann darüber die Restlebensdauer der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades bestimmt werden.
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Ferner bevorzugt erfolgt mittels der mindestens zwei Drehzahlen beziehungsweise der Drehzahlungleichförmigkeiten sowie in Abhängigkeit der mindestens einen Temperatur und Drehzahl der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades eine Auswertung der Änderung der Phasenlage von der Primärseite und Sekundärseite der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades. Hierbei kann insbesondere die Änderung der Drehzahl, bei der eine Phasenresonanz zu bestimmen ist, für die Beurteilung des Zustandes der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades genutzt werden.
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Des Weiteren bevorzugt erfolgt mittels der mindestens zwei Drehzahlen sowie in Abhängigkeit der mindestens einen Temperatur und Drehzahl der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades eine Bestimmung des Verdrehwinkels zwischen der Primärseite und Sekundärseite der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrads. Die Bestimmung des Verdrehwinkels der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades ermöglicht eine Torsionsüberwachung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades.
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Insbesondere werden drehzahl- und temperaturabhängige Kennlinien der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades zur Auswertung eines an der Elastomerkupplung oder an dem Zweimassenschwungrad anliegenden Drehmoments verwendet. Mithin kann mit der Kennlinie der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades und bei Kenntnis der Drehzahl oder des Verdrehwinkels die Drehmomentbelastung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades bestimmt werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zustandsüberwachung einer Elastomerkupplung oder eines Zweimassenschwungrades umfasst eine Mess- und Auswertvorrichtung sowie zumindest ein erstes und zweites Sensorelement zur Erfassung mindestens einer ersten und zweiten Drehzahl, wobei zumindest eine Temperatur der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades für die Mess- und Auswertvorrichtung bereitgestellt wird, wobei die mindestens zwei Sensorelemente axial beabstandet an der Elastomerkupplung oder am Zweimassenschwungrad angeordnet sind, um einen Status der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades festzustellen. Insbesondere sind zwei Encoder axial beabstandet an der Elastomerkupplung oder am Zweimassenschwungrad angeordnet, wobei der jeweilige Encoder mit einem jeweiligen Drehzahlsensor zusammenwirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur an der Elastomerkupplung oder am Zweimassenschwungrad vorgesehen. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Vorrichtung zur Zustandsüberwachung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades keinen Temperatursensor umfasst und die Temperatur an der Elastomerkupplung oder am Zweimassenschwungrad von einer anderen Messvorrichtung an die Vorrichtung zur Zustandsüberwachung übermittelt wird.
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Insbesondere besteht zur universellen Einsetzbarkeit des Verfahren und der Vorrichtung zur Zustandsüberwachung die Möglichkeit Kennwerte und/oder Bezeichnungen des Antriebstranges und/oder der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades sowie anderer Komponenten des Antriebsstranges in einer Bedienoberfläche der Vorrichtung zur Zustandsüberwachung einzugeben. Mithin ist die Bedienoberfläche Bestandteil der Vorrichtung zur Zustandsüberwachung.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung umfasst zumindest eine Antriebsmaschine, eine damit wirkverbundene Elastomerkupplung oder ein damit wirkverbundenes Zweimassenschwungrad, sowie eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades. Insbesondere ist die Antriebsmaschine als Elektromotor oder Verbrennungsmotor ausgebildet. Ferner kann auch ein Windrad oder eine durch Wasserkraft angetriebene Turbine als Antrieb vorgesehen sein. Über die Vorrichtung zur Zustandsüberwachung der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades lässt sich auch der Betrieb des Elektromotors oder des Verbrennungsmotors überwachen beziehungsweise regulieren. Insbesondere kann auch ein Zündprozess eines Verbrennungsmotors durch den an der Primärseite der Elastomerkupplung oder des Zweimassenschwungrades angeordneten Drehzahlsensor überwacht und/oder ausgewertet werden.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung mit einer Vorrichtung zur Zustandsüberwachung einer Elastomerkupplung beziehungsweise eines Zweimassenschwungrades.
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Gemäß der einzigen Figur weist eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung eine vorliegend als Verbrennungsmotor ausgebildete Antriebsmaschine 8 auf, die über eine erste Welle 9a mit einer Elastomerkupplung 1 beziehungsweise mit einem Zweimassenschwungrad 2 verbunden ist. Ferner ist die Elastomerkupplung 1 beziehungsweise das Zweimassenschwungrad 2 abtriebsseitig über eine zweite Welle 9b mit einem Getriebe 11 verbunden. Nachfolgend wird einfachheitshalber nur noch auf die Elastomerkupplung 1 verwiesen, wobei das Zweimassenschwungrad 2 nicht mehr erwähnt wird, obwohl die Erläuterungen ebenso für das Zweimassenschwungrad 2 gültig sind. Die Antriebsanordnung umfasst ferner eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung 10 der Elastomerkupplung 1.
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Die Vorrichtung zur Zustandsüberwachung 10 der Elastomerkupplung 1, umfasst eine Mess- und Auswertvorrichtung 5 sowie ein erstes und zweites Sensorelement 6a, 6b zur Erfassung einer ersten und zweiten Drehzahl. Ferner umfasst die Vorrichtung zur Zustandsüberwachung 10 der Elastomerkupplung 1 auch einen Temperatursensor 7 der an der Elastomerkupplung 1 angeordnet ist und zur Erfassung der Temperatur an der Elastomerkupplung 1 vorgesehen ist. Die beiden Sensorelemente 6a, 6b sind als Drehzahlsensoren ausgebildet und ebenso wie der Temperatursensor 7 mit der Mess- und Auswertvorrichtung 5 verbunden, wobei die beiden Sensorelemente 6a, 6b axial beabstandet an der Elastomerkupplung 1 angeordnet sind, um einen Status der Elastomerkupplung 1 festzustellen.
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Dazu wird die erste und zweite Drehzahl beziehungsweise Drehungleichförmigkeit sowie die Temperatur an der Elastomerkupplung 1 von der Vorrichtung zur Zustandsüberwachung 10, insbesondere in der Mess- und Auswertvorrichtung 5 erfasst und ausgewertet. Vorliegend wird die erste Drehzahl der Elastomerkupplung 1 an der Primärseite 3 der Elastomerkupplung 1 und die zweite Drehzahl der Elastomerkupplung 1 an einer Sekundärseite 4 der Elastomerkupplung 1 erfasst.
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Mithin werden Drehzahlen beziehungsweise Drehungleichförmigkeiten der Elastomerkupplung 1 von den beiden Sensorelementen 6a, 6b an der Primär- und Sekundärseite 3, 4 der Elastomerkupplung 1 gemessen. Auf Basis dieser Signale bildet die Mess- und Auswertvorrichtung 5 Kenngrößen zur Beurteilung des Zustandes der Elastomerkupplung 1 und/oder der Antriebsmaschine 8 und/oder des gesamten Antriebstranges.
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Mittels der beiden Drehzahlen sowie in Abhängigkeit der Temperatur an der Elastomerkupplung 1 wird ein Isolationsgrad der Elastomerkupplung 1 bestimmt. Der Isolationsgrad der Elastomerkupplung 1 verändert sich mit zunehmendem Alter der Elastomerkupplung 1. Abweichungen unter einem minimalen Grenzwert des Isolationsgrades oder über einem maximalen Grenzwert des Isolationsgrades können zu Effizienzeinbußen der Elastomerkupplung 1 führen.
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Ferner werden mittels der beiden Drehzahlen sowie in Abhängigkeit der Temperatur der Elastomerkupplung 1 eine jeweilige Phasenlage von der Primärseite 3 und Sekundärseite 4 der Elastomerkupplung 1 bestimmt. Durch den Verdrehwinkel der Primärseite 3 und Sekundärseite 4 der Elastomerkupplung 1 und mittels einer drehzahl- und temperaturabhängigen Kennlinie, kann eine Torsion der Elastomerkupplung 1 bestimmt werden.
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Des Weiteren wird mittels der beiden Drehzahlen der Elastomerkupplung 1 ein Verdrehwinkel zwischen der Primärseite 3 und Sekundärseite 4 der Elastomerkupplung 1 bestimmt. Der Verdrehwinkel zwischen der Primärseite 3 und Sekundärseite 4 der Elastomerkupplung 1 dient insbesondere zur Bestimmung eines auf die Elastomerkupplung 1 einwirkenden Drehmoments. Dazu wird eine drehzahl- und temperaturabhängige Kennlinie der Elastomerkupplung 1 verwendet, wobei über die Kennlinie der Elastomerkupplung 1 durch Umrechnung des Verdrehwinkels das Drehmoment bestimmt wird.
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Somit werden für die Beurteilung des Status der Elastomerkupplung 1 Veränderungen des Isolationsgrades, Veränderungen der Phasenlage und Veränderung des Verdrehwinkels automatisiert bestimmt und der Status der Elastomerkupplung 1 beurteilt. Zusätzlich ist eine hochfrequente Bestimmung des tatsächlich wirkenden Drehmomentes möglich. Beispielsweise können diese Informationen an eine - hier nicht dargestellte - Steuerungs- und/oder Darstellungseinheit übermittelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elastomerkupplung
- 2
- Zweimassenschwungrad
- 3
- Primärseite
- 4
- Sekundärseite
- 5
- Mess- und Auswertvorrichtung
- 6a, 6b
- Sensorelement
- 7
- Temperatursensor
- 8
- Antriebsmaschine
- 9a, 9b
- Welle
- 10
- Vorrichtung zur Zustandsüberwachung
- 11
- Getriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007049672 A1 [0002]
