DE3531434C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen und Steuern des Durchrutschens einer Kupplung für Maschinenantriebe, insbesondere von Kupplungen hydraulischer oder elektromagnetischer Bauart, indem die Drehzahlen auf der Antriebs- und der Abtriebsseite gemessen werden, die Differenz in einer Elektronikschaltung gebildet, verstärkt und einer Steuerung zugeführt wird.

Einem Firmenprospekt, RK 84, Reibkupplungen der Firma Desch Antriebstechnik ist auf S. 52 ein System zur Kupplungsüberwachung zu entnehmen. Das System arbeitet mit der Drehzahlmessung auf der Primär- (Antriebs-) und der Sekundärseite (Abtriebsseite). Die Drehzahldifferenzmessung spricht dann an, wenn die an einem Verstärker-Schaltgerät eingestellte Differenzdrehzahl überschritten wird. Die Drehzahl bzw. entsprechende Impulse der An- und Abtriebsseite werden über lnitiatoren aufgenommen und im Verstärker-Schaltgerät verglichen. Bei Erreichen der im Verstärker-Schaltgerät eingestellten Differenzdrehzahl wird das im Verstärkergerät eingebaute Schütz umgeschaltet. Der Kontakt zum Elektromagnetventil wird unterbrochen, die Kupplung schaltet aus.

Durch diese Maßnahme wird bei Überlastung der Kupplung die Antriebs- von der Abtriebsseite getrennt. Dieser Anwendungsfall ist zwar interessant bei relativ selten auftretenden Überlastungen, bei Maschinenantrieben, wie z.B. Baggersteuerungen oder dgl., jedoch nicht einsetzbar, da während des Betriebszustandes des öfteren Überlastungen auftreten können, die dann automatisch ein Abschalten der Kupplung zur Folge hätten. Der damit verbundene Zeit- und Steueraufwand die Kupplung wieder in Betrieb zu nehmen, sind für derartige Anwendungsfälle nicht vertretbar.

Allgemein bekannte Rutschkupplungen werden üblicherweise auf einen festen Wert , entsprechend dem Rutschmoment, eingestellt. Dieser Einstellwert muß höher liegen, als das primärseitige Antriebsdrehmoment, das ohne Rutschen übertragen werden soll. Je höher der Sicherheitsfaktor ist, desto höher liegt auch das tatsächliche Ansprechmoment über dem Antriebsmoment. Eine Einstellung des Rutschmomentes auf z.B. das 1,1fache des Antriebsmomentes führt bei Reibwertminderung um 10% zum ungewollten Durchrutschen der Kupplung sowie entsprechend hohem Wärmeanfall infolge erhöhter Reibung. Es ist also nicht möglich, das Rutschmoment so niedrig einzustellen, wie es eigentlich wünschenswert wäre, um eine möglichst genaue Begrenzung des Drehmomentes sicherzustellen.

Federbelastete Rutschkupplungen sind während des Betriebszustandes von außen her nicht regulierbar. Die regulierbaren Kupplungen hydraulischer oder elektromagnetischer Bauart werden üblicherweise mit konstantem Einstellwert für das Rutschmoment betrieben, so daß sich die vorab angesprochenen Nachteile einstellen.

Der EP-OS 1 44 527 ist eine Schutzeinrichtung für rotierende Maschinenteile gegen übermäßige mechanische Belastung zu entnehmen. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine Steuerung für Kupplungen. Vielmehr wird in Abhängigkeit vom Schlupf bzw. der Schlupfdauer einer mit konstantem Moment durchrutschenden Kupplung die Energiezufuhr des Antriebsmotors unterbrochen.

Ferner sind der Zeitschrift Konstruktion, 13 (1961), Heft 8, Seite 314/315 verschiedene Arten von Schaltkupplungen zu entnehmen. Beispielsweise angesprochen wird die Induktions- oder Strömungskupplung, die einen Schlupf zur Drehmomentübertragung benötigen. Schlupfkupplungen sind für den vorliegenden Anwendungsfall jedoch nicht geeignet, da der Antriebsmotor mit den rotierenden Massen nicht bis zum Stillstand abgebremst werden kann, weil mit abnehmender Relativdrehzahl der beiden Kupplungshälften auch das übertragbare Kupplungsmoment abfällt.

Bei einer weiteren dargestellten Kupplung fällt das Drehmoment mit zunehmendem Schlupf ab. Im Bereich kleiner Schlupfwerte ist die Synchronkupplung nicht für eine Regelung geeignet. Wegen der abfallenden Kennlinie muß bei dieser Kupplung das statische Moment ohne Schlupf auf das maximal auftretende Drehmoment bei Lastspitzen ausgelegt werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine danach arbeitende Einrichtung zu konzipieren, die es erlauben durch eine Regulierung des Rutschmoment-Einstellwertes die Möglichkeit zu schaffen, das Rutschmoment möglichst nur so gering einzustellen, daß das primärseitig vorhandene Moment aus der Antriebsmaschine möglichst ohne Schlupf übertragen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nur der Schlupfwert von der Schaltung verarbeitet und ein dem Schlupf proportionaler, das Rutschmoment erhöhender Stellwert an die Kupplung weitergegeben wird.

Im Gegensatz zum Stand der Technik findet hier keine Trennung von Primär- und Sekundärseite statt, sondern die Kupplung wird in Abhängigkeit von der sich jeweils bei überhöhter Belastung einstellenden Drehzahldifferenz so angesteuert, daß das Rutschmoment im Belastungsfall ebenfall erhöht wird. Primär- und Sekundärseite werden nicht getrennt,die Kupplung ist somit wesentlich bedienungsfreundlicher, zumal sie auch von außen reguliert werden kann. Durch diese Maßnahme werden ein längeres Durchrutschen und ein daraus resultierender erhöhter Wärmeanfall vermieden. Vorzugsweise wird das Rutschmoment an der Kupplung gleich oder nur geringfügig größer als das von der Antriebsseite zu übertragende Moment ohne Schlupf eingestellt.

Bei einem Kupplungsschlupf 0 ist die Drehzahldifferenz ebenfalls 0; das Stellglied wird somit nicht beeinflußt.

In diesem Zustand kommt das fest eingestellte Rutschmoment zur Wirkung. Steigt das Lastmoment auf den Wert des Rutschmomentes an, so entsteht ein Kupplungsschlupf. Wie schon angesprochen, verarbeitet die Schaltung nur diesen Schlupfwert, wobei gleichzeitig das Rutschmoment an der Kupplung erhöht wird.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß wird vorgeschlagen, daß eine einstellbare Zeitverzögerung (Zeitglied) vorgesehen wird, mittels welcher, sich auf der Abtriebsseite einstellende Lastspitzen begrenzter Zeitdauer abgebaut werden, indem die Kupplung kurzzeitig durchrutscht und nach Abfall der Belastung wieder in den eingestellten Bereich übergeht.

Alternativ zu dem Zeitglied ist es ebenfalls denkbar, eine Dämpfungseinrichtung hydraulischer oder elektrischer Form einzusetzen, die den kurzzeitigen Belastungsfall auf der Sekundärseite entsprechend einer vorgegebenen mathematischen Kurve abbaut, wobei die Kupplung auch hier nach Abfall der Belastung automatisch in die eingestellte Ausgangslage zurückkehrt.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, das Rutschmoment so niedrig einzustellen, daß es dem Antriebsdrehmoment entspricht. Steigt das Lastmoment sekundärseitig mit diesem Wert an, rutscht die Kupplung durch. Durch entsprechende Einstellung an der Elektronik kann man erreichen, daß sich speziell bei diesem Belastungsfall eine geringe Schlupfgeschwindigkeit einstellt. Selbst wenn dieser Belastungsfall über einen längeren Zeitraum einhält, so hält sich der Wärmeanfall infolge geringer Schlupfgeschwindigkeit in Grenzen. Das Reaktionsvermögen der Rutschkupplung ist bei einer solchen Einstellung optimal, da nicht der Ruhe-Reibwert, sondern der Bewegungs-Reibwert herrscht.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo die Kupplung im Belastungsfall durch ein kurzzeitiges, konstantes Signal abgeschaltet wird, ist der Stellwert variabel (inkonstant). D.h. in Abhängigkeit unterschiedlichster Belastungsfälle werden Signale unterschiedlichster Intensität erzeugt, die in entsprechender Form aufbereitet unterschiedliche Erhöhungen des Rutschmomentes auf der Sekundärseite hervorrufen.

Eine nach diesem Verfahren arbeitende Einrichtung weist ein Meßgerät zur Drehzahldifferenzmessung, einen Verstärker sowie ein Steuergerät auf, welches mit einem Ventil zusammenwirkt. Die Einrichtung ist gekennzeichnet durch einen in Wirkverbindung mit dem Ventil stehenden Stromrichter, über den die unterschiedlichsten Belastungsfälle geregelt werden können.

Zur Verdeutlichung des Erfindungsgedanken ist eine Zeichnung beigefügt, die im folgenden näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipschaltbild einer Elektronikschaltung

Fig. 2 Schematische Darstellung eines Baggertriebwerkes mit Doppelwindenantrieb.

Dargestellt ist eine Rutschkupplung 1, die aus einem Primär 2 und einem Sekundärteil 3 besteht, die miteinander reibschlüssig zusammenwirken. Stirnseitig sind Nocken 4, 5 sowohl am Primär- 2 als auch am Sekundärteil 3 angeordnet, die Meßsonden 6, 7 als Impulsgeber dienen.

Die Drehzahlen werden in einer Elektronikschaltung 8 verglichen, der Differenzwert wird verstärkt 9 und einer Steuerung, in diesem Fall einem Stromrichter (Stromregler) 10, zugeführt. Nur der Schlupfwert, der elektronisch aufbereitet worden ist, wird von der Elektronik 8 verarbeitet; und der Stromrichter 10 bewirkt über das hier hydraulisch geregelte Druckregelventil 11, daß ein dem Schlupf proportionaler, das Rutschmoment erhöhender Stellwert an die Kupplung 1 weitergegeben wird.

Vom Druckregelventil 11 besteht eine nicht weiter dargestellte hydraulische Verbindung zur Rutschkupplung 1.

Fig. 2 zeigt das Schema eines Baggertriebwerkes mit Doppelwindenantrieb. In der großen Riemenscheibe 12 auf der Eingangswelle 13 des Hubgetriebes 14 ist die in Fig. 1 beschriebene hydraulisch betätigte Rutschkupplung 1 angeordnet. Das primärseitige Drehmoment vom Dieselmotor 15 soll in voller Höhe auf die beiden sekundärseitigen Windwerke 16, 17 übertragen werden, während sekundärseitige Laststöße von den Seiltrommeln 18, 18 die nicht weiter dargestellte Antriebskette nicht zusätzlich belasten sollen. Alternativ zu der vorgeschlagenen Lösung ist es jedoch ebenfalls denkbar und möglich, die Steuerung auf rein hydraulischer Basis aufzubauen, um somit das Rutschmoment an der Kupplung sinngemäß zu beeinflussen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Überwachen und Steuern des Durchrutschens einer Kupplung für Maschinenantriebe, insbesondere von Kupplungen hydraulischer oder elektromagnetischer Bauart, indem die Drehzahlen auf der Antriebs- und der Abtriebsseite der Kupplung gemessen werden, die Differenz in einer Elektronikschaltung gebildet, verstärkt und einer Steuerung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Schlupfwert von der Schaltung verarbeitet und ein dem Schlupf proportionaler, das Rutschmoment erhöhender Stellwert an die Kupplung weitergegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rutschmoment an der Kupplung gleich oder nur geringfügig größer als das von der Antriebsseite zu übertragende Moment ohne Schlupf eingestellt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Zeitverzögerung vorgesehen wird, mittels welcher sich auf der Abtriebsseite einstellende Lastspitzen begrenzter Zeitdauer abgebaut werden, indem die Kupplung kurzzeitig durchrutscht.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Dämpfungseinrichtung vorgesehen wird, mittels welcher sich auf der Abtriebsseite einstellende Lastspitzen nach einer vorgegebenen mathematischen Kurve abgebaut werden, indem die Kupplung kurzzeitig durchrutscht.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung so eingestellt wird, daß im Belastungsfall eine geringe Schlupfgeschwindigkeit erzeugt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwert in variabler Form, d.h. in Abhängigkeit von der sich jeweils einstellenden Drehzahldifferenz zwischen Antriebs- und Abtriebsseite an die Kupplung weitergegeben wird.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Meßgerät zur Drehzahldifferenzmessung, einem Verstärker sowie einem Steuergerät, welches mit einem Ventil zusammenwirkt, nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen in Wirkverbindung mit dem Ventil (11) stehenden Stromrichter (10).