DE3527012C2

DE3527012C2 -

Info

Publication number: DE3527012C2
Application number: DE3527012A
Authority: DE
Inventors: Helmut 7920 Heidenheim De Mueller
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1985-07-27
Filing date: 1985-07-27
Publication date: 1987-09-24
Also published as: DE3527012A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung, insbesondere einen Schwermaschinenantrieb, z. B. ein Walzwerk, eine Fördereinrich tung oder eine Gewinnungsmaschine im Bergbau, nach dem Oberbe griff des Anspruches 1. Maschinen dieser Art weisen sehr große Massen auf, wodurch bei auftretenden Widerständen oder Störun gen sowohl die beteiligten Werkzeuge und Werkstücke als auch die Antriebsmaschine und die an der Übertragung des Drehmomen tes beteiligten Aggregate überlastet oder zerstört werden kön nen. Gefährlich sind insbesondere Blockierungen, wobei das Drehmoment bis auf das Zehnfache ansteigen kann. In der Regel ist daher eine solche Antriebsanlage mit einer Sicherheitsein richtung als Überlastschutz versehen. Üblich sind dazu Kupplun gen mit eingebauten Bruchelementen, die bei Überlast brechen oder auch drehmomentbegrenzende Rutschkupplungen, die bei Über last durchrutschen oder ratschen. Meistens sprechen diese Über lastkupplungen erst an, wenn das Drehmoment den maximalen Wert während des Betriebes schon sehr weit überschritten hat. Dies birgt weitere Zerstörungsgefahr in sich, verursacht Verschleiß und unzulässige Erwärmung, vor allem, wenn das Durchrutschen über längere Zeit erfolgt.

Bewährt haben sich daher vor allem solche Überlastkupplungen, die bei Überlastung zwar den Betrieb der Maschinenanlage unter brechen, aber schnell und auf einfache Weise nach Beseitigung der Ursache der Überlastung wieder in Betrieb gesetzt werden können, ohne daß Verschleißteile getauscht werden müssen. Eine solche Maschinenanlage ist bekannt aus der DE 31 30 050 C1. Dort ist im Antriebsstrang zwischen Antriebs- und Arbeitsma schine eine Überlastkupplung vorgesehen, die als druckmittelbe tätigte Lamellenkupplung ausgebildet ist. Die Drehzahl der bei den Kupplungshälften wird über Meßwertgeber erfaßt, und über eine Drehzahlüberwachungseinrichtung wird bei vorgegebener Drehzahldifferenz oder Drehwinkeldifferenz zwischen den beiden Kupplungshälften die Überlastkupplung ausgerückt. Die Kraft flußunterbrechung im Antriebsstrang tritt folglich erst ein, wenn ein bestimmtes Maximal-Drehmoment bereits erreicht bzw. überschritten worden ist und wenn die Kupplung durch ein vor übergehendes Durchrutschen auf ein eingetretenes Überdrehmoment reagiert hat. Nachteilig bei dieser Anordnung ist ferner, daß das Ansprechen der Überlastkupplung sowohl von der Höhe des Druckes auf den Kolben des Lamellenpaketes abhängt als von den Schwankungen der Reibverhältnisse im Lamellenpaket. Je größer die Anzahl der Lamellen ist, desto größer ist der Streubereich. Außerdem kann selbst ein rasches Ansprechen der elektronischen Drehzahlüberwachungseinrichtung nicht verhindern, daß die Kupp lung selbst eine gewisse Zeit durchrutscht und dadurch dem Ver schleiß unterliegt.

Aus der DE 34 37 808 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung an ei ner schaltbaren Kupplung bekannt, bei der das durchgeleitete Drehmoment laufend gemessen und mittels eines Zeitsignals ein drehmomentabhängiges Vergleichssignal ermittelt wird. Dazu dient ferner ein vorgegebener Wert für das Grenzdrehmoment. Die Kupplung besteht aus einem feststehenden und einem ausrückbaren Kupplungsteil, wobei für die Drehmomentübertragung eine form schlüssige Verzahnung gewählt ist. Beide Kupplungsteile werden mittels einer mechanischen Stelleinrichtung entgegen der Kraft einer Spreizfeder zusammengehalten. Die Stelleinrichtung kann als Druckbalg oder mechanisch z. B. als Kniehebelgestänge ausge bildet sein. Kommt es zum Ansprechen der Sicherheitseinrich tung, so wird das bewegliche Kupplungsteil durch die Feder aus der Verzahnung geschleudert. Das Ansprechen bei einem Druckbalg erfolgt mittels eines Ventils oder eines Messers, wodurch der Druck entweichen kann. Die Entspannung der Spreizfeder hängt somit direkt von der Geschwindigkeit ab, mit der der Druck im Druckbalg absinkt, und erst dann kann das bewegliche Kupplungs teil den erforderlichen Hub vollziehen. Obgleich die elektroni sche Meßeinrichtung sehr schnell reagieren kann, verlängert die Entspannung der mechanischen Teile die trägheits- und reibungs behaftete Verschiebung des beweglichen Kupplungsteiles erheb lich die gesamte Ansprechzeit der Sicherheitseinrichtung. Nach teilig ist ferner, daß der Ausrückvorgang des beweglichen Kupp lungsteiles stoßartig erfolgt und damit schädliche Folgen in der Kupplung verursacht, weil die relativ große Masse wieder verzögert werden muß. Zum Wiedereinlegen der Kupplung sind um fangreiche Maßnahmen erforderlich sowie eventuell ein Austausch von Teilen. Dies stört empfindlich den Betrieb der Maschinenan lage.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannte Sicher heitseinrichtung, insbesondere für Antriebsanlagen von Schwer maschinen dahingehend zu verbessern, daß diese viel schneller reagiert und eine Kraftflußtrennung herbeiführt, bevor die Überlastung den zulässigen Drehmomentgrenzwert erreicht hat. Ferner soll die Sicherheitseinrichtung einen einfachen Aufbau und zuverlässige Funktion haben.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung durch Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach wird eine in eine Antriebsanla ge eingebundene Sicherheitskupplung als druckmittelbetätigte Scheibenkupplung ausgebildet, die im Gegensatz zu Lamellenkupp lungen nur eine minimale Anzahl Reibscheiben besitzt. Deren Betätigungskolben wird jedoch mit extrem hohem Druck beauf schlagt. Ferner weist die Antriebsanlage einen auf einer Wel le des Antriebsstranges angeordneten Drehzahlsensor auf, dessen Impulse einer Steuereinrichtung zugeführt werden. Diese Steuer einrichtung weist eine Differenziereinrichtung auf, die aus den Drehzahlmeßwerten die in dem Antriebsstrang auftretenden Be schleunigungen und Verzögerungen ermittelt sowie deren Wir kungsdauer. Der Steuereinrichtung angeschlossen ist ferner eine Schalteinrichtung, mit welcher der auf dem Betätigungskolben der Scheibenkupplung lastende Hochdruck abgebaut wird, sobald der von der Differenziereinrichtung ermittelte Verzögerungs- Kennwert in Verbindung mit der Wirkungsdauer eine bestimmte Größe erreicht hat.

Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß jede An triebsanlage zwischen der Antriebsmaschine und beispielsweise dem am Ende des Antriebsstranges befindlichen Werkzeug eine mehr oder minder große Elastizität aufweist. Erhöht sich wäh rend des Betriebs der Widerstand am Werkzeug, so tritt eine Drehmomenterhöhung im Antriebsstrang auf, verbunden mit einer relativen Verdrehung des gesamten Antriebssystems infolge der Massenwirkung, die antriebsseitig vor allem von der Masse der Antriebsmaschine bestimmt wird. Die relative Verdrehung wird dabei am motorseitigen Ende am größten, und der Anstieg des Drehmomentes ist abhängig von der dabei auftretenden Verzöge rung und der Größe der wirksamen Drehelastizität. Aus der vom Drehzahlsensor erfaßten und in einen Verzögerungswert umgesetz ten Drehzahländerung in Verbindung mit einem Zeitglied wird in der Steuereinrichtung ein Schaltsignal gebildet, mit dem die Schalteinrichtung die Kraftflußunterbrechung im Antriebsstrang durch Abbau des Hochdruckes auf dem Betätigungskolben der Rei bungskupplung auslöst. Der Kraftfluß im Antriebsstrang wird rasch unterbrochen dadurch, daß die Steuereinrichtung mit elek tronischen Mitteln sehr rasch die erforderlichen Signale bil det, und weil sich ein sehr hoher Betätigungsdruck für die Rei bungskupplung schnell abbaut. Ein rasches Lösen der Kupplung wird ferner begünstigt, wenn diese wenige Reibscheiben auf weist, günstigenfalls eine einzige Gegenscheibe, also kleine Masse, so daß der Betätigungskolben bei der Entspannung nur einen geringen Hub vollziehen und dadurch nur wenig Flüssig keitsvolumen verdrängen muß. Die erfindungsgemäße Sicherheits kupplung läßt sich vor allem deshalb mit kleinen Abmessungen bauen und beispielsweise in ein Getriebe integrieren, weil sie nicht auf Schaltarbeit ausgelegt werden muß, sondern nur sta tisch ein Drehmoment zu übertragen hat. Wenn die Sicherheits kupplung angesprochen, d. h. gelöst hat, so ist der Betrieb auf einfache Weise ohne Montagearbeiten oder Ersatzteile wieder herstellbar, nämlich nur durch einen Steuerimpuls für erneuten Druckaufbau.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht gemäß den Unteransprüchen 2 bis 4 darin, daß die Ansprechzeit der Sicher heitseinrichtung, d. h. das Lösen der Reibungskupplung, von der Höhe des momentanen Nutzdrehmoments abhängig gemacht wird. Dazu wird ein dem Drehmoment proportionales Signal herangezogen, z. B. die Stromstärke, wenn die Antriebsmaschine als Elektromo tor ausgebildet ist. Dieser Drehmomentkennwert wird mit dem oben beschriebenen Verzögerungskennwert zu einem gemeinsamen Impuls für die Schalteinrichtung zum Lösen der Reibungskupplung verarbeitet. Dadurch wird erreicht, daß die Reibungskupplung bei niedrigem momentanen Drehmoment weniger rasch anspricht als bei einem Drehmoment, das in der Nähe des Nennmoments liegt. Man vermeidet damit z. B. ein zu häufiges Ansprechen der Sicher heitseinrichtung, z. B. beim Auftreten von Schwingungen. Stets wird aber damit der Vorteil erzielt, daß die Steuereinrichtung aus dem Verhältnis des Verzögerungswertes zur Zeitdauer der Verzögerung, also aus der Steilheit des Drehmomentanstieges, die Gefahr einer Überlastung erkennen kann, bevor das zulässige maximale Drehmoment der Antriebsanlage erreicht ist. Diese Ei genschaft wird von der Praxis sogar gewünscht, wie aus der Zeitschrift Antriebstechnik, Heft 5/82, Seite 216 bis 228, ins besondere Seite 218, Spalte 2, hervorgeht.

Die Unteransprüche 5 bis 14 betreffen vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung bezüglich des Einbaues in die Antriebsan lage und weitere Details bezüglich der Steuer- und Schaltein richtung.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung wie folgt näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Anordnung der erfindungsgemäßen An triebsanlage mit Anordnung der Kupplung in einem Pla netengetriebe,

Fig. 2 eine alternative Anordnung in einem Stirnradgetriebe,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Ansprechverhaltens bei niedrigem und hohem Drehmoment im Antriebsstrang.

In allen Figuren sind identische Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet. Die in Fig. 1 dargestellte Maschinenanlage besteht aus einer Antriebsmaschine 1, einer Arbeitsmaschine 2, einem dazwischen angeordneten Getriebe 3, verbunden durch Gelenkwel len 5. Das Getriebe 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Planetengetriebe ausgebildet und besteht aus einem Gehäuse 13, einem von der Antriebsmaschine 1 aus angetriebenen Sonnen rad 14, einem Planetenträger 15 mit Planetenrädern 16 und einem zur Arbeitsmaschine 2 weitertreibenden Hohlrad 17. Zwischen den Rädern des Planetengetriebes 3 und dem Gehäuse 13 ist die erfin dungsgemäße als Sicherheitskupplung ausgebildete Sicherheitseinrichtung 4 angeordnet, deren Aufgabe es ist, den Planetenträger 15 festzuhalten, um einen Kraftfluß zur Arbeitsmaschine 2 aufrechtzuerhalten. Die Sicherheitskupplung 4 besteht aus einem Kolben 20, der sich in einem am Gehäuse 13 befestigten Zylinder 21 befindet, dort einen Druckraum 22 bil det und auf eine mit dem Planetenträger 15 verbundene Reib scheibe 23 wirkt. Der Druckraum 22 vor dem Kolben 20 steht über Druckleitungen 18, 19 und einer als Magnetventil 11 ausgebilde ten Schalteinrichtung mit einem Druckspeicher 24 in Verbindung. Das Magnetventil 11 weist zwei Schaltstellungen auf, nämlich eine Offen-Stellung, in der der Druckspeicher 24 mit dem Druck raum 22 in Verbindung steht, und eine Schließ-Stellung, in der die Zuleitung 18 vom Druckspeicher 24 zum Druckraum 22 gesperrt ist und bei der gleichzeitig der Druckraum 22 mit einem Vorratsbehäl ter 26 in Verbindung steht. Eine Pumpe 25 speist den Druckspei cher 24 aus dem Vorratsbehälter 26, wobei als Arbeitsmedium Hydraulikflüssigkeit verwendet wird. Der Druck speicher 24 ist so groß bemessen, daß der zum Betätigen des Kolbens 20 ausreicht für mehrmaliges Ansprechen der Sicher heitskupplung 4, bevor die klein bemessene Pumpe 25 wieder Ar beitsflüssigkeit in den Druckspeicher 24 nachspeisen muß. An dem der Gelenkwelle 5 gegenüberliegenden freien Wellenende der Antriebsmaschine 1 ist ein für sich allein bekannter Drehzahl sensor 8 angebracht, der über die Leitung 9 einen Drehzahlim puls an eine elektronische Steuereinrichtung 10 weiterleitet.

Eine weitere Meßgröße für das momentane Drehmoment an der An triebsmaschine 1 wird dadurch gebildet, daß mittels einer Meßein richtung 6 die Stromstärke in der Zuleitung zur Antriebsma schine 1 gemessen wird, die im vorliegenden Beispiel als Elek tromotor ausgebildet ist.

Die elektronische Steuereinrichtung 10 weist eine Differenzier einrichtung für die mit dem Drehzahlsensor 8 gewonnene Meßgröße auf, so daß ein Wert für die Verzögerung im Antriebsstrang 3, 5 entsteht. Ein nochmaliges Differenzieren dieses Verzögerungs wertes ergibt die Momenten- oder Beschleunigungsänderung unter Berücksichtigung eines variablen Zeitmeßwertes. Je nach Höhe des derzeitigen Nutzdrehmomentes unterbricht nämlich die elek tronische Steuereinrichtung 10 bei starker Verzögerung mehr oder weniger rasch die Stromzuführung zum Magneten 12 des Ma gnetventiles 11, wodurch dieses in die Schließstellung geht und den Druckraum 22 hinter dem Kolben 20 in den Vorratsbehälter 26 entlastet.

Die Entspannung des Druckraumes 22 und damit die Unterbrechung des Kraftflusses zwischen Antriebsmaschine 1 und Arbeitsmaschi ne 2 erfolgt um so rascher, je höher der Druck auf dem Betäti gungskolben 20 und je kleiner dessen Hub ist, um die Reibschei be 23 freizugeben. Aus diesem Grund wird ein sehr hoher Betätigungsdruck, der bis 200 bar betragen kann, und nur eine Reibscheibe 23 gewählt. Wenn keine genügend kurze Abschaltzeit erzielt werden kann, so läßt sich dieser Mangel durch eine zusätzliche Elastizität im Antriebsstrang 3, 5 beheben. Der Vorteil der Anordnung der Sicherheitskupplung 4 in einem Planetengetriebe der geschilderten Bauform besteht darin, daß die Zuführung des Druckmittels, das unter hohem Druck steht, über einen stationären Zylinder mit problemloser Abdich tung erfolgt.

Wird die Sicherheitskupplung 4 nicht in einem Planetengetriebe, sondern in einem Stirnradgetriebe eingebaut, so besteht die Notwendigkeit, die Ölzuführung in den Druckraum 22 durch ein rotierendes Teil hindurch vorzunehmen. Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein mit der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung 4 ausgestattetes Zahnrad eines Stirnradgetriebes. Dazu ist ein als Stirnrad ausgebildetes Zahnrad 30 in einem Gehäuse 31 über die Lager 32 abgestützt. Der Antrieb von der nicht dargestellten Antriebsmaschine er folgt durch eine über Lager 34 im Gehäuse 31 gelagerte als An triebswelle ausgebildete Getriebewelle 33 mit einem Flansch 35, in dem ein ringförmig aus gebildeter Betätigungskolben 36 angeordnet ist. Dieser wirkt auf die Reibscheiben 37, 38. Der Flansch 35 stützt sich an sei ner Rückseite auf die Stirnseite des Zahnrades 30 ab. Zur Ab stützung des Zahnrades 30 auf einem der Lager 32 dient eine Hülse 39, deren Innenraum zur Aufnahme der Reibscheiben 37, 38 ausgebildet ist. Bei Druckaufbau im Druckraum 22 hinter dem Kolben 36 wird Kraftschluß hergestellt vom Flansch 35 über die Reibscheiben 37, 38 zur Hülse 39 und dem Zahnrad 30.

Als Zuführung des Druckmittels zu dem mit dem Flansch 35 umlau fenden Kolben 36 dient folgende Anordnung: Die Antriebswelle 33 ist als Hohlwelle ausgeführt und enthält ein koaxial sich über die gesamte Länge erstreckendes elastisches Rohr 40, das mit der Hohlwelle umläuft und kleiner ist als deren Bohrung und ferner mit einem seiner Enden am Boden der Hohlwelle druckdicht befestigt ist. An seinem anderen Ende ragt dieses Rohr 40 aus der Hohlwelle heraus und trägt einen außenliegenden Bund 41 sowie einen zylindrischen Schaft 42. Auf diesem feinbearbeite ten Schaft sind zylindrische Ringe 43 angebracht, die mit ihrem Außendurchmesser in eine Hülse 44 eintauchen. Diese Hülse 44 ist ihrerseits fest in einem Lagerdeckel 45 eingebettet, durch den hindurch das Druckmittel über eine Zuleitung 46 eingeführt wird. Ein Kanal 47 bildet die Verbindung zwischen dem wellen seitigen Ende des Rohres 40 und dem Betätigungskolben 36.

Wesentlich bei dieser Anordnung ist, daß die Ringe 43 so klein wie möglich gehalten werden, da an ihrem Außendurchmesser nur gleitende Bewegung stattfindet, während sie unter der Wirkung des hohen Betätigungsdruckes fest aneinander und auf den Bund 41 gedrückt werden. Das Rohr 40 ist ebenfalls mit kleinem Durchmesser ausgeführt, um elastisch eventuelle Achsversetzun gen und Bewegungen der Hohlwelle 33 ausgleichen zu können. Zum Vermeiden von Verschleiß weist die Hülse 44 gehärtete Ober fläche auf. Dadurch wird es möglich, hohen Druck mit minimalen Leck- und Reibungsverlusten in ein rotierendes Bauteil einzu führen. Die Funktion der Sicherheitskupplung 4 entspricht an sonsten derjenigen gemäß Fig. 1.

In Fig. 3 ist das Ansprechverhalten der Sicherheitskupplung 4 dargestellt. Die Steuereinrichtung 10 unterbricht, wie schon beschrieben, die Stromzufuhr zum Magneten 12 des Magnetventils 11, wenn dem momentanen Nutzdrehmoment M durch äußere Einflüsse ein zu hohes Zusatzdrehmoment ΔM überlagert wird. Dazu wird einmal das Nutzdrehmoment z. B. durch Messen des Motorstromes mittels der Meßeinrichtung 6 ermittelt. Ferner wird in der Steuereinrichtung 10 aus der mit Sensor 8 gemessenen Drehge schwindigkeit das bei Überlast auftretende zusätzliche Drehmo ment ΔM durch einen zweiten Differenzierschritt ermittelt, so daß ein Wert für die Drehmoment- oder Verzögerungsänderung ent steht, wobei als Zeitglied ein von der Höhe des momentanen Nutzdrehmoments abhängiger Wert t herangezogen wird. Durch die se Maßnahme wird berücksichtigt, daß bei niedrigem Drehmoment zur Verdrehung des gesamten Antriebsstranges unter der Wirkung eines zusätzlichen Momentes eine längere Zeit erforderlich ist als bei höherem Nutzdrehmoment. Dadurch wird folgendes erzielt: Mit Hilfe des ermittelten Drehmomentanstieges ΔM und des Zeitgliedes t wird der Wert ΔM/t gebildet. Zwischen t und M wird z. B. die Beziehung t × M = const gewählt, wobei auch ande re Gesetzmäßigkeiten denkbar sind. Setzt man ΔM/t = tg a, so kennzeichnet der Winkel a die Steilheit des Drehmomentanstieges über der Zeiteinheit. Die Sicherheitskupplung 4 soll also an sprechen, wenn ein festgelegter Maximalwert für diesen Winkel a erreicht ist. Da aber t eine Funktion von M ist, ergeben sich bei jeder Laststufe unterschiedliche Ansprechzeiten der Sicher heitskupplung bzw. unterschiedlich hohe zulässige Werte für den Drehmomentanstieg.

In der Grafik ist über der Zeit t als Abszisse das Drehmoment M als Ordinate aufgezeichnet. Mit M _max ist das höchste in Be trieb auftretende Moment bezeichnet, mit M _x das höchste Ab schaltmoment der Sicherheitskupplung, mit M ₁ bis M ₃ das momentane Nutzdrehmoment. Beschrieben werden drei verschiedene Betriebszustände:

a) Niedriges Nutzdrehmoment M ₁, daher kann eine relativ lan ge Zeit t ₁ zum Aufbau eines Drehmomentanstieges ΔM ₁ zugelassen werden. Der für den Drehmomentanstieg kennzeich nende Winkel a₁ ist also relativ flach, der Wert ΔM ₁/t ₁ ist klein, wobei t ₁ von der Höhe des Dreh momentes M ₁ abhängt, kein Ansprechen der Sicherheitskupp lung.
b) Mittleres Nutzdrehmoment M ₂, die zulässige Zeitdauer t ₂ für einen Drehmomentanstieg ΔM ₂ ist entsprechend kür zer, der Wert ΔM ₂/t ₂ also größer, somit auch der Win kel a₂, die Sicherheitskupplung spricht an, bevor der Wert M _max erreicht ist.
c) Hohes Nutzdrehmoment M ₃, die zulässige Zeit für einen Drehmomentanstieg ist noch kürzer, der Wert ΔM ₃/t ₃ ist groß, der Winkel a₃ deutet auf einen sehr steilen Drehmomentanstieg hin, die Kupplung spricht an, weil das höchste Nutzdrehmoment M _max überschritten, aber das maxi male Abschaltmoment M _x noch nicht erreicht ist.

Es versteht sich von selbst, daß die Steuereinrichtung mittels der Drehmomentmessung eine zwangsläufige Abschaltung der Sicherheitskupplung 4 herbeiführt, wenn das maximale Abschaltmo ment erreicht ist. Durch die Abhängigkeit der zulässigen Wir kungsdauer eines Drehmomentanstieges von der Höhe des momenta nen Nutzmoments wird eine weitgehende praxisgerechte Anpassung an die Betriebserfordernisse erzielt, nämlich größere Toleranz, d. h. Drehmomentanstieg und Wirkungsdauer bei niedrigem Nutz drehmoment, dagegen höhere Empfindlichkeit bei höherem Drehmo ment.

Die Sicherheitskupplung gemäß der Erfindung ist zwar gut geeig net zum Einbau in Getriebe, läßt sich aber auch separat in eine Arbeits- oder Antriebsmaschine integrieren, sofern alle Meßmög lichkeiten für Drehmoment und Drehzahl vorhanden sind und eine genügende Elastizität zur Erfassung vorliegen. Dann ermöglicht die erfindungsgemäße Kupplung einen Schutz der Antriebsanlage vor Überlastung, schon bevor ein zulässiger Höchstwert erreicht ist.

Claims

1. Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung, insbesondere Schwermaschinenantrieb, die folgende Merkmale aufweist:

a) eine Antriebsmaschine (1) und eine Arbeitsmaschine (2);
b) einen zwischen Antriebsmaschine und Arbeitsmaschine befindlichen Antriebsstrang (3, 5);
c) eine in den Antriebsstrang (3, 5) eingebundene und als druckmittelbetätigte Reibungskupplung ausgebildete Sicherheitseinrichtung (4);
d) eine mit Sensoren (8, 6) für die momentanen Werte für Drehzahl und übertragenes Drehmoment ausgerüstete Steuereinrichtung (10) für die Sicherheitseinrichtung (4);

gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:

e) die druckmittelbetätigte Reibungskupplung (4) weist einen durch Hochdruck von mehr als 50 bar beaufschlag baren Betätigungskolben (20) auf sowie nur eine einzi ge Gegen-Reibscheibe (23) an der einen Kupplungshälfte;
f) ein einziger Drehzahlsensor (8) ist auf dem dem An triebsstrang (3, 5) entgegengesetzten Wellenende der Antriebsmaschine (1) angeordnet und mit der Steuerein richtung (10) verbunden;
g) die Steuereinrichtung (10) weist eine Differenzierein richtung auf, mit welcher aus dem mit dem Drehzahlsen sor (8) gewonnenen Meßwert die in der Antriebsanlage auftretenden Beschleunigungen und Verzögerungen bzw. Verzögerungsänderungen durch einen zweimaligen Diffe renziervorgang ermittelt werden, ferner eine Einrich tung zur Bildung eines Quotienten aus der der Verzöge rungsänderung entsprechenden Drehmomentveränderung (ΔM) und einem Zeitmeßglied (t), dessen Größe ab hängig ist von der Höhe des momentanen Nutzdrehmo mentes (M);
h) mit der Steuereinrichtung (10) ist eine Schalteinrich tung (11) gekoppelt, mit welcher der Hochdruck auf den Betätigungskolben (20) der Reibungskupplung (4) abbau bar ist, sobald der ermittelte Quotient aus Verzöge rungs- oder Beschleunigungsänderung und dem drehmo mentabhängigen Zeitmeßglied (t) einen Schwellenwert er reicht hat, welcher ein Abschaltsignal für die Schalt einrichtung (11) darstellt.

2. Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle für den Betätigungskolben (20) der Reibungskupplung (4) als Hochdruck-Speicher (24) ausgebil det ist.

3. Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Hochdruckspeichers (24) für mehrmaliges Füllen des Druckraumes (22) des Betätigungskolbens (20) ausreichend bemessen ist und daß der Hochdruckspeicher (24) von einer Pumpe (25) gespeist ist.

4. Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (11) zum Abbau des Hochdruckes vor dem Betätigungskolben (20) als Magnetventil ausgebil det ist, und daß der Druckabbau nahe dem Druckraum (22) des Betätigungskolbens (20) in einen drucklosen Behälter (26) erfolgt.

5. Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrang (3, 5) ein Getriebe (3) aufweist, in das die Sicherheitseinrichtung (4) integriert ist.

6. Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (3) als Planetengetriebe ausgebildet ist und daß die Sicherheitseinrichtung (4) als Haltebremse für den feststehenden Teil (15, 16) des Planetengetriebes (3) ausgebil det ist, wobei das Druckmittel durch ein nichtrotierendes Teil (13, 21) des Planetengetriebes (3) hindurch zum Betäti gungskolben (20) geführt ist.

7. Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Reibungskupplung ausgebildete Sicherheitsein richtung (4) mit einem Stirnrad (30) des Getriebes (3) eine Baueinheit bildet, bei der das Druckmittel über eine ko axial am stirnseitigen Ende einer Getriebewelle (33) ange ordneten Hochdruck-Dichtungsanordnung (40, 43, 44) durch einen zentral angeordneten Kanal (40, 47) dem Betätigungs kolben (36) zugeführt ist.

8. Antriebsanlage mit einer Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruck-Dichtungsanordnung (40, 43, 44) aus einzelnen Ringen (43) besteht, die einerseits zwischen einer den Außendurchmesser umschließenden feststehenden gehärteten Hülse (44) und an dererseits einem Schaft (42) eines elastischen Rohres (40) mit Vorspannung dichtend eingefügt sind, das sich koaxial in der als Hohlwelle ausgebildeten Getriebewelle (33) erstreckt.