DE3232356A1

DE3232356A1 - Verfahren zur regelung eines ueberlagerungsgetriebes

Info

Publication number: DE3232356A1
Application number: DE19823232356
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. John (FH); Peter Dipl.-Ing. Dr. 8031 Steinebach Meinke; Karl-Heinz Dipl.-Ing.(FH) 8900 Augsburg Merk; Alfred Dipl.-Ing. 8000 München Schmidt
Original assignee: Renk GmbH; MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG; Zahnraederfabrik Renk AG
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 1982-08-31
Filing date: 1982-08-31
Publication date: 1984-03-01

Description

Verfahren zur Regelung eines Oberlagerungsgetriebes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Oberlagerungsgetriebes, bei dem die Abtriebsdrehzahl eines von einer Hauptantriebsmaschine gespeisten stufenlosen Getriebes über ein Planetengetriebe mit einem zusätzlichen Differentialeingang aus einem hydrostatischen oder elektrischen Hilfsantrieb veränderbar ist.
Oberlagerungsgetriebe mit mechanischem und/oder hydraulischem Obertragungszwei g werden insbesondere in Fahrzeugen zur Anpassung des Obersetzungsverhältnisses verwendet.
Bekannte Verfahren zur Regelung von Oberlagerungsgetrieben beziehen sich auf die Steuerung des Obersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit von der Stellung eines Sollwertgebers. Derartig gesteuerte Getriebe haben jedoch begrenzte Einsatzmöglichkeiten. Sie eignen sich zum 6eispiel nicht für lange, gekoppelte Antri ebsstrange, wie sie bei Schiffsantrieben verwendet werden. Solche Antriebsstränge werden nämlich leicht zu Schwingungen angeregt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem Getriebe derart geregelt werden können, daß sie auch unter schwierigen Bedingungen einsetzbar sind.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über die Ansteuerung des Differentileingangs der Getriebeabtrieb unabhängig von der Charakteristik der Hauptantriebsmaschine geregelt wird derart, daß statische und dynamische Eigenschaften aufgeprägt werden, und daß bei der Regelung Zustandsgrößen angekoppelter Arbeitsmaschinen berücksichtigt werden.
Durch die erfindungsgemäße Regelung kann ein Oberlagerungsgetriebe vielseitig, auch unter schwierigen Bedingungen, wie bei langen Antriebssträngen, eingesetzt werden, wobei gleichzeitig durch Parametereinstellung am Regler ein Getriebe ohne bauliche Umänderungen an verschiedene Anwendungen angepaßt werden kann.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der Tatsache, daß Drehschwingungen in Antriebssträngen durch optimale Parameteranpassung gedämpft werden. Dies ist vor allem dann erforderlich, wenn mehrere Antriebe aus Redundanz- oder Leistungsgründen parallelgeschaltet werden und die Gefahr von Lastpendelungen besteht. Diese können im allgemeinen dann vermieden werden, wenn alle Antriebe gleiche Parameter aufweisen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Hauptantriebsmotor, der vorrangig andere Aggregate antreibt und Drehzahl schwankungen wegen unterschiedlicher Sollwertvoryaben und. wegen Störmonlenten aufweist, dennoch zum Antrieb von Aggregaten mit hohen Anforderungen an die Drehzahl konstanz genutzt werden kann.
Dies ist z.B. der Fall bei einem Schiffshauptmotor, dessen Drehzahl wegen unterschiedlicher Schiffsgeschwindigkeit, Schlingern des Schiffes oder Zündaussetzern schwankt, wenn er gleichzeitig einen Generator zur Stromerzeugung für das Bordsnetz antreiben soll (Wellengeneratorbetrieb).
Nach dem geschilderten Verfahren ist es auch möglich, mit einem Hauptantieb mehrere Arbeitsmaschinen mit unterschiedlichen Solldrehzahlverläufen anzutreiben.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung eines erfindungsgemäßen geregelten Oberlagerungsgetriebes ist seine Verwendung bei Motor- oder Getriebeprüfständen. Dort wird üblicherweise die Belastung mit Hilfe von Wasserbremsen erzielt. Bei Ankoppelung eines Stromgenerators an ein Oberlagerungsgetriebe kann durch eine zusätzliche Leistungsregelung am Getriebeabtrieb eine Nutzleistung in ein elektrisches Netz eingespeist werden und damit Energie zurückgewonnen werden.
Vorteilhaft wird das Dberlagerungsgetriebe so konzipiert, daß wegen eines eingeschränkten Regelbereiches der hydrostatische oder elektrische Antriebszweig nur für einen Teilbetrag der Nennleistung des Gesamtgetriebes ausgelegt werden muß.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß durch die Auswahl der rückgeführten Zustandsgrößen der Regelung, z.B. der abgegebenen Leistungen der zu ammen geschalteten Antriebe, die Stabilität gezielt beeinflußt werden kann. Maßgeblich hierfür sind die im Vergleich zu großen massebehafteten Arbeitsmaschinen kleinen Verzögerungszeiten der Regelung eines hydrostatischen oder elektrischen Antriebszweiges. Dieses Problem tritt z.B. bei einer Parallel schaltung eines Wellengenerators mit anderen Generatoren, die von Hilfsdieseln gespeist werden, im Bordnetz eines Schiffes auf. Die Berücksichtigung der Zustandsgrößen bewirkt ferner die Möglichkeit, die Leistungsverteilung gezielt zu beeinflussen, so daß die Betriebskosten (Wartung, Treibstoff) reduziert werden können.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß bei Einkuppelvorgängen (Schließen der Kupplung zu einer Arbeitsmaschine) durch zeitabhängige Parameterverstellungen oder Sollwertsteuerungen die Beanspruchung der Kupplungen und der Wellen infolge von Beschleunigungsmomenten verringert werden kann. Dies führt zu höheren Standzeiten geringeren Abmessungen der betroffenen Elemente.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein konventionelles Bordnetz mit Gleichstrommaschine als Wellengenerator, Fig. 2 ein Bordnetz mit Oberlagerungsgetriebe und Synchronmaschine als Wellengenerator, Fiy. 3 einen Antriebsstrang, Fig. 4 ein Schaltschema einer Regelung und Fiy. 5 ein Diagramm.
Aus ökonomischen Gründen (Treibstoffkosten, Energiebilanz) ist es sinnwoll, das elektrische Bordnetz, beispielsweise eines Schiffes soweit wie möglich durch den Schiffshauptdieselmotor mit Wellengenerator anzutreiben. Infolge Drehzahl schwankungen des Motors (Geschwindigkeit, Schlingern des Schiffes, Zündungen, Zündaussetzer, Propellerdynamik) sind zusätzliche Maßnahmen notwendig, um die Netzfrequenz und Netzspannung am Wellengenerator konstant zu halten, so daß Parallelbetrieb mit weiteren hilfsdieselmotorgespeisten Generatoren möglich ist.
Herkömmliche Lösungen bestehen, wie in Fig. 1 gezeigt, aus direkt über ein Step-up-Getriebe 1 an den Hauptdiesel 2 angekoppelten Gleichstromgeneratoren 3 mit nachgeschaltetem Wechselrichter auf Thyristorbasis 4 sowie Blindleistungsschiebern 5 (mechanisch, elektrisch).
In Fig. 2 ist der Einsatz eines Oberlagerungsgetriebes 6 gezeigt, dessen Obersetzungsverhältnis so regelbar ist, daß Schwankungen der Drehzahl des Hauptmotors 2 ausgeregelt werden können und der Wellengenerator als Synchronmaschine 7 direkt an das Bordnetz 8 gekoppelt werden kann. Diese Lösung ist billiger und ist zudem für größere Leistungsbereiche geeignet.
Die Anordnung des gesamten Antriebsstranges ist in Fig. 3 veranschaulicht. Der Hauptantriebsmotor 2 treibt eine Schiffsschraube 10 und über das Oberlagerungsgetriebe 6 den Wellengenerator 7 an, der seinerseits über das elektrische Bordnetz 8 an weitere Generatoren 11, die von einer Hilfsdieselmaschine 12 gespeist werden, und an elektrische Verbraucher 13 gekoppelt ist.
Das Oberlagerungsgetriebe 6 wird mittels eines Reglers 14 geregelt, der den Schwenkwinkel einer hydrostatischen ölpumpe 15 und damit die Drehzahl eines damit in Druckmittelverbindung stehenden Ulmotors 16 beeinflußt.
Ober ein Planetengetriebe mit Differentialeingang 17 läßt sich die Drehzahl 18 des Wellengenerators 7 als Regelgröße abhängig von vorgegebenen Sollwerten 19 unter Berücksichtigung von zusätzlichen RUckführungen der Drehzahl 20 des Hauptmotors 2, der Wirkleistung 21 des Wellengenerators 7 und öldruck 22 beeinflussen.
Fig. 4 stellt schematisch den Aufbau des Reglers 14 dar. Er enthält eine elektronische Schaltung 23 zur Beeinflussung der statischen Charakteristik der Regelung (vergleiche Fig. 5), eine Schaltung 24 zur Beeinflussung der Dynamik der Regelung sowie einen PID-Regler 25.
Fig. 5 zeigt die statische Abhängigkeit der Drehzahl n in Abhangigkeit von der elektrischen Wirklast P an.
Diese Kennlinie wird durch die Eigenschaften der Schaltung 23 erzielt. Die dynamischen Eigenschaften des Oberlagerungsgetri ebes ("Impedanz") lassen sich mit Schaltung 24 an die speziellen Erfordernisse des Bordnetzes 8 anpassen, nämlich die Bedämpfung der im System auftretenden Eigenschwingungen, so daß diese nicht weiter angeregt werden; möglichst guter Ausregelung der Drehzahl schwankungen des Hauptdieselmotors. Als Grenzfall ist die Ausregel ung von Zündaussetzern anzusehen; Bedämpfung von Lastpendelungen durch Angleichung der Generator-Getriebe-Trågheitscharakteristik an die übrigen Generatoren.
Leerseite

Claims

Patentansprtiche 1. Verfahren zur Regelung eines Oberlagerungsgetriebes, bei dem die Abtriebsdrehzahl eines von einer Hauptantriebsmaschine gespeisten stufenlosen Getriebes über ein Planetengetriebe mit einem zusätzlichen Differentialeingang aus einem hydrostatischen oder elektrischen Hilfsantrieb veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß über die Ansteuerung des Differentialeingangs der Getriebeabtrieb unabhängig von der Charakteristik der Hauptantriebsmaschine geregelt wird derart, daß statische und dynamische Eigenschaften aufgeprägt werden, und daß bei der Regelung Zustandgrößen angekoppelter Arbeitsmaschinen berücksichtigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsdrehzahl bei Drehzahl schwankungen des Hauptantriebs konstant gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsdrehzahl nach einer vorgegebenen Kennlinie vom abgegebenen Drehmoment des Oberlagerungsgetriebes abhängen soll.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsdrehzahl zusätzlich beeinflußt wird von den Lastmomenten weiterer parallelgeschalteter Antriebsaggregate.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung der Zustandgrößen der Oberlagerungszweig des Getriebes so geregelt wird, daß Drehschwingungen in gekoppelten Antriebssträngen gedämpft werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Laständerungsverhalten des geregelten Oberlagerungsgetriebes dem Laständerungsverhal ten parallelgeschalteter Antriebe angepaßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim An- oder Abkoppeln von Arbeitsmaschinen verschleiß- und belastungsmindernde Prozeduren bei der Regelung eingehalten werden.