DE3708679A1

DE3708679A1 - Hydrodynamischer stroemungskreislauf mit einer einrichtung zur aktiv-adaptiven leerlaufmoment-minimierung

Info

Publication number: DE3708679A1
Application number: DE19873708679
Authority: DE
Inventors: Jacques Dr Duminy; Ulf Muerner
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1985-12-21
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1988-10-13

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Strömungskreislauf mit einer Einrichtung zur aktiv-adaptiven Leerlaufmoment-Minimie rung und steht im Zusatzverhältnis zu P 35 45 660.

In der DE-PS 35 45 660 wird vorgeschlagen, zur Verringerung der durch Luftventilation in hydrodynamischen Strömungskreisläufen, insbesondere in hydrodynamischen Bremsen entstehende Leistungsver luste und Erwärmung im entleerten Zustand in den Arbeitsraum eine bestimmte Menge eines Sperrmediums einzublasen. Dieses Sperrmedium kann Betriebsflüssigkeit, Luft oder ein Gemisch aus beiden sein und kann von radial innen oder von außen zugeführt werden. Durch die Rotation des Rotorschaufelrades bildet das Sperrmedium einen Sperrschleier, der die Zirkulation der Luft von einem Schaufelrad zum anderen weitgehend unterbindet.

Ausgehend von dem in der DE-PS 35 45 660 beschriebenen hydrodyna mischen Strömungskreislauf liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine derartige Einrichtung so weiterzubil den, daß die Verlustleistung durch Regelung des Leerlaufmoments auf ein Minimum noch weiter reduziert wird.

Bei der gattungsgemäßen Einrichtung wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisiertes Blockschaltbild eines Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Reglers zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte hydrodynamische Strömungs kreislauf mit einer Einrichtung zur aktiv-adaptiven Leerlaufmoment- Minimierung enthält eine hydrodynamische Bremse (3). Im entleerten Zustand treten in der hydrodynamischen Bremse (3) bei großen Drehzahlunterschieden Leistungsverluste durch Luftzirkulation zwischen den beiden Schaufelradkränzen auf. Zur Verminderung der Leistungsverluste wird eine Störung der Luftzirkulation dadurch herbeigeführt, daß aus einem Sumpf (S) eine bestimmte kleine Menge des Sperrmediums, die zum Füllen des Arbeitsraums nicht ausreicht, über einen Nebenkreislauf dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Bremse (3) zu und von dieser wieder in den Sumpf (S) abgeführt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel ist zur Förderung des Sperrmediums aus dem Sumpf (S) eine Pumpe (1) vorgesehen, bei bestimmten Ausführungsformen von hydrodynamischen Bremsen (3) ist es jedoch möglich, auf eine derartige Pumpe zu verzichten, indem die Zirkulation des Sperrmediums anstelle durch die Pumpe durch die Energie der Strömung im Arbeitsraum selbst herbeigeführt wird. Der Strom des Sperrmediums im Nebenkreislauf wird durch eine Stelleinrichtung (2) gesteuert. Bei dieser Stelleinrichtung (2) handelt es sich um ein geeignetes Ventil, z. B. um ein kontinuierlich betriebe nes Proportionalventil oder aber um ein intermittierend betriebenes Ein/Aus-Ventil. Ist eine Pumpe (1) mit einem drehzahlveränderlichen Antrieb vorgesehen, so wird anstelle eines Ventils als Stellvor richtung (2) eine die Drehzahl des Pumpenantriebs steuernde Einrichtung vorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Bremse (3) ein Meßwertgeber (4) gekoppelt. Dieser Meßwertgeber (4) verändert sein Ausgangssignal in Abhängigkeit von einem Parameter, dem mit dem Leerlaufmoment der hydrodynamischen Bremse, also mit deren Verlustleistung, korreliert ist. Ein derartiger Parameter kann z. B. eine Temperatur oder ein Druck sein. Das Ausgangssignal des Meßwertgebers (4) wird einem Regler (5) zugeführt, der in Abhängigkeit von der Größe des Meßwerts ein Steuersignal erzeugt, welches der Stelleinrichtung (2) zugeführt wird. Das Regelverhalten des Reglers (5) wird derart eingestellt, daß das Leerlaufmoment ein Minimum annimmt.

Fig. 2 zeigt eine auf elektronischem Weg arbeitende Ausführungs form des Reglers (5). Der dargestellte Regler (5) weist einen Eingang für das vom Meßwertgeber abgegebene Signal und einen Ausgang für das der Stelleinrichtung zuzuführende Steuersignal auf. Weiter ist in Fig. 2 ein Eingang für ein in seiner Funktion noch weiter unten zu beschreibendes Inaktivierungssignal darge stellt. Der Regler (5) enthält eine Regeleinheit (6) mit einem Eingang für ein Reglereingangssignal (xd) und einem Ausgang für das der Stelleinrichtung (2) zuzuführende Steuersignal. Der Eingang der Regeleinheit (6) fur das Regeleingangssignal (xd) ist mit dem Meßwertgeber (4) verbunden, von welcher der Reglereinheit (6) das Meßwertsignal (x) zugeführt wird. Weiter ist der Eingang der Regeleinheit (6) für das Reglereingangssignal (xd) mit einer Extremwertdetektor- und Sollwertgebereinheit (7) verbunden, von der der Regeleinheit (6) wahlweise anstelle des Meßwertsignals (x) ein Sollwertsignal (w) zuführbar ist. Ein Detektorsignaleingang der Extremwertdetektor- und Sollwertgeber einheit (7) ist zur Zuführung des Meßwertsignals mit dem Meßwertge ber (4) verbunden. Weiter enthält der Regler (5) einen Funktions generator (8), eine Logikeinheit (9) und einen Zeitgeber (10). Der Funktionsgenerator (8) hat einen Funktionssignalausgang, von dem der Stelleinrichtung (2) wahlweise anstatt des Steuersig nals der Regeleinheit (6) ein Funktionsgeneratorausgangssignal zugeführt werden kann. Ein Eingang des Funktionsgenerators (8) ist mit einem Ausgang der Logikeinheit (9) zur Zuführung eines Funktionsgeneratorstartsignals verbunden. Ein weiterer Ausgang der Logikeinheit (9) ist mit der Regeleinheit (6) verbun den, durch den der Reglereinheit (6) von der Logikeinheit (9) ein Reglersperrsignal zugeführt wird, durch das die Funktion der Regeleinheit (6) blockierbar ist. Ein weiterer Ausgang der Logikeinheit (9) ist mit einem Eingang der Extremwertdetektor- und Sollwertgebereinheit (7) zur Zuführung eines Sample- und Hold-Signal verbunden, durch das die Funktion der Extremwertdetek tor- und Sollwertgebereinheit (7) von der Logikeinheit (9) aktiviert wird. Ein Zeitgebereingang der Logikeinheit (9) ist mit dem Ausgang des Zeitgebers (10) zur Zuführung eines Zeitgeber signals verbunden. Schließlich weist die Logikeinheit (9) einen Eingang für das oben bereits angesprochene Inaktivierungssignal auf.

Beim Betrieb der Einrichtung zur aktiv-adaptiven Leerlaufmoment-Mi nimierung wird dem Regler (5) vom Meßwertgeber (4) ein Meßwertsig nal zugeführt. Unter Steuerung des Zeitgebers (10) löst die Logikeinheit (9) periodisch ein Funktionsstart- und ein Sample und Hold-Signal aus, welches jeweils dem Funktionsgenerator (8) bzw. der Extremwertdetektor- und Sollwertgebereinheit (7) zugeführt wird. Durch das Funktionsstartsignal wird der Funktionsge nerator (8) veranlaßt, sein Ausgangssignal an die Stelleinrichtung (2) abzugeben, wodurch diese in einer vorgegebenen Zeit in Abhängigkeit vom Funktionsgeneratorausgangssignal einen vorgege benen Teil des Stellbereichs durchläuft. Während dieses Vorgangs wird die Regeleinheit (6) durch das von der Logikeinheit (9) zugeführte Reglersperrsignal in seiner Funktion blockiert. Durch die Veränderung der Stellung der Stelleinrichtung (2) aufgrund des Funktionsgeneratorausgangssignals verändert sich der Betriebszustand in der hydrodynamischen Bremse (3) und damit die Größe des Leerlaufmoments und des mit dem Leerlaufmo ment korrelierten Parameter. Der Parameter und seine Veränderung wird vom Meßwertgeber (4) erfaßt und als Meßwertsignal dem Regler (5) zugeführt. Durch das Sample- und Hold-Signal der Logikeinheit (9) ist die Extremwertdetektor- und Sollwertgeberein heit (7) in Betriebszustand versetzt. Beim Durchlaufen des Stellbereichs durch das Funktionsgeneratorausgangssignal detektiert die Extremwertdetektor- und Sollwertgebereinheit (7) den Extremwert des Meßwertgebersignals, der dem geringsten Leerlaufmoment und damit der geringsten Verlustleistung der hydrodynamischen Bremse (3) entspricht und speichert diesen Wert als Sollwert ab. Nachdem das Funktionsgeneratorausgangssignal den gesamten Stellbereich durchlaufen hat, schaltet die Logikeinheit (9) den Regler (5) in den Regelzustand um, d.h. das Reglersperrsignal wird nicht mehr an die Regeleinheit (6) abgegeben, so daß diese in den Betriebszustand übergehen kann. Zur Regelung des minimalen Leerlaufmoments wird der Regeleinheit (6) das dem aktuellen Betriebszustand entsprechende Meßwertsignal des Meßwertgebers (4) und das Sollwertsignal der Extremwertdetektor- und Sollwertge bereinheit (7) zugeführt. Durch Vergleich des Sollwertsignals und des Meßwertsignals verändert die Regeleinheit (6) das Steuersig nal (y), welches der Stelleinrichtung (2) zugeführt wird derart, daß das Meßwertsignal den Wert des Sollwertsignals annimmt oder diesem möglichst nahe kommt. Nach einer gewissen vorgegebe nen Zeit wird der vorstehend beschriebene durch den Zeitgeber (10) gesteuerte Vorgang periodisch wiederholt, so daß sich die Einrichtung zur Leerlaufmoment-Minimierung adaptiv an möglicher weise veränderte Betriebsbedingungen der hydrodynamischen Bremse anpassen kann. Bei einem Bremsvorgang, wenn der Arbeitsraum der hydrodynamischen Bremse (3) mit dem Arbeitsmedium gefüllt wird, wird der Regler (5) durch das der Logikeinheit (9) zugeführte Inaktivierungssignal außer Betrieb gesetzt bis nach Abschluß des Bremsvorgangs der Arbeitsraum wieder vom Arbeitsmedium entleert ist und der Regler (5) durch Verschwinden des Inak tivierungssignals wieder auf Leerlaufmoment-Minimierung zurückge schaltet wird.

Claims

1. Hydrodynamischer Strömungskreislauf, insbesondere hydrodynamische Bremse, bestehend aus mindestens zwei mit Schaufeln versehenen Rädern, die gemeinsam einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, der über einen Hauptkreislauf zum Einschalten wenigstens teilweise mit einem Arbeitsmedium füllbar und zum Ausschalten entleerbar ist, ferner Mittel zur Verminderung der Luftventilationsleistung im entleerten Zustand aufweist, bei dem das zur Unterbrechung der Luftventilation zwischen den Schaufelrädern eine im Vergleich zum Rauminhalt des Arbeitsraumes geringe Menge eines strömungs fähigen Sperrmediums in einem Nebenkreislauf durch den Arbeitsraum hindurchführbar ist, gekennzeichnet durch
einen mit dem Strömungskreislauf gekoppelten Meßwertgeber (4), der in Abhängigkeit eines mit dem Leerlaufmoment korrelierten Parameters einen Meßwert erzeugt,
eine auf ein Steuersignal ansprechende Stelleinrichtung (2), durch die der Strom des durch den Arbeitsraum hindurchgeführten Sperrmediums einstellbar ist,
einen auf den Meßwert ansprechenden und das Steuersignal erzeugen den Regler (5), durch den der Strom des Sperrmediums so geregelt wird, daß das Leerlaufmoment ein Minimum annimmt.

2. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter eine Temperatur im Strömungskreis lauf gemessen wird.

3. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter ein Druck im Strömungs kreislauf gemessen wird.

4. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (5) hydropneumatisch arbeitet.

5. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler elektronisch arbeitet.

6. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (5) eine mit dem Meßwertgeber (4) und der Stelleinrichtung (2) verbundene Regelein heit (6) enthält, die auf ein von einem Sollwertgeber (7) erzeug tes, dem minimalen Leerlaufmoment entsprechendes Sollwertsignal anspricht, auf das der Parameter geregelt wird.

7. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (5) folgendes enthält:
eine mit dem Meßwertgeber (4) und der Stelleinrichtung (2) verbundene Regeleinheit (6),
eine mit dem Meßwertgeber (4) verbundene Extremwertdetektor- und Sollwertgebereinheit (7), die beim Durchlaufen des Reglerstell bereiches einen dem minimalen Leerlaufmoment entsprechenden Extremwert des Parameters detektiert und als Sollwert speichert,
einen Funktionsgenerator (8), welcher der Stelleinrichtung (2) ein dem Reglerstellbereich entsprechendes zeitabhängiges Ausgangssignal zuführt,
einen Zeitgeber (10) und
eine durch den Zeitgeber (10) periodisch gesteuerte Logikeinheit (9), die den Funktionsgenerator (8) und der Extremwertdetektor- und Sollwertgebereinheit (7) deren Funktionsabläufe auslösende Aktivierungssignale und der Reglereinheit (6) ein deren Funktion währenddessen blockierendes Sperrsignal zuführt, wobei die Logikeinheit (9) auf ein externes Steuersignal anspricht, durch das der Regler (5) inaktivierbar ist.

8. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (8) ein Rampensignal erzeugt.

9. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (2) ein kontinuierlich betriebenes Proportionalventil enthält.

10. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (2) ein intermittierend betriebenes Ein/Aus-Ventil enthält.

11. Hydrodynamischer Strömungskreislauf nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (2) eine in ihrer Drehzahl regelbare Pumpe enthält.