WO2024056270A1 - Kraftübertragungsvorrichtung umfassend einen hydrodynamischen wandler mit synchronpunkt-detektion und verfahren zum betrieb dieser - Google Patents

Kraftübertragungsvorrichtung umfassend einen hydrodynamischen wandler mit synchronpunkt-detektion und verfahren zum betrieb dieser Download PDF

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WO2024056270A1
WO2024056270A1 PCT/EP2023/071488 EP2023071488W WO2024056270A1 WO 2024056270 A1 WO2024056270 A1 WO 2024056270A1 EP 2023071488 W EP2023071488 W EP 2023071488W WO 2024056270 A1 WO2024056270 A1 WO 2024056270A1
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transmission device
mechanical
clutch
sensor
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Hubert SPONHOLZ
Bernhard Ludas
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Voith Patent Gmbh
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    • F16H61/56Control of exclusively fluid gearing hydrodynamic controlled by changing the flow, force, or reaction of the liquid in the working circuit, while maintaining a completely filled working circuit by altering the position of blades to change the blade angle

Definitions

  • the invention relates to a power transmission device comprising a hydrodynamic converter, a mechanical clutch, a drive shaft and an output shaft, the hydrodynamic converter comprising an impeller, a turbine wheel and a stator, the stator comprising adjustable stator blades.
  • the invention further relates to a method for operating a power transmission device.
  • DE 100 39 813 C1 is known from the prior art, which shows a machine set, the machine set comprising a clutchable hydrodynamic converter.
  • DE 100 39 813 C1 shows that slip-prone clutches, such as friction clutches, are not suitable for large transmitted powers. There is no provision for switching the clutch using a control system. In the field of application of hydrodynamic converters in power transmission devices that transmit large powers greater than 10 MW, switching clutches is still very difficult.
  • the object of the invention is to provide a power transmission device and a method for operating a power transmission device that enable efficient and material-friendly automatic coupling.
  • the object is achieved with a power transmission device, the power transmission device comprising two sensors suitable for detecting the phase position of a shaft, the first sensor being arranged on the drive shaft and the second sensor being arranged on the output shaft, the adjustable stator blades being controlled by means of a control unit be adjusted in such a way that a switching process of the mechanical clutch takes place in a defined load state between the pump wheel and the turbine wheel.
  • the drive shaft is suitable for being operated with a synchronous drive machine and can be designed as a hollow shaft, solid shaft or cardan shaft.
  • the output shaft can also be designed as a hollow shaft or solid shaft and be connected to a work machine or a gearbox.
  • a mechanical clutch can also advantageously be actuated via the output shaft, with a coupling rod being arranged within the output shaft.
  • the defined load state can include a load change, during which the point in time at which the clutch is free of load is determined via the sensors.
  • a force transmission device is also advantageous, wherein at least one of the sensors comprises a displacement sensor, in particular a keyphasor.
  • a displacement sensor can detect at least one hole or marking arranged radially circumferentially on the surface of the shaft.
  • the hole or marking can be detected by the sensor optically, magnetically or inductively.
  • the sensors must therefore be suitable for recording precise measurements of each revolution of the shaft using fast clocking.
  • sensors with a measurement rate of more than 100 measured values per second have made it possible to switch the mechanical clutch according to the invention.
  • a measurement rate of 1,000 to 20,000 measurements per second is advantageous for the invention.
  • Rotation measurements of the shaft can be measured in the range of 200 - 20,000 revolutions per minute, with this speed range corresponding to the usual speeds of the power transmission device.
  • a power transmission device is also advantageous, wherein at least one of the sensors comprises a speed sensor.
  • Other sensors for precisely measuring the speed are also known as displacement sensors, for example optical sensors. This Sensors can also be used if they can resolve the speed with a high level of precision.
  • a force transmission device is also advantageous, with at least one of the sensors comprising a torque sensor.
  • a direct detection of the torque transmitted by the shaft can be done by detecting the torsional bend in the shaft.
  • a torque sensor can also enable efficient, controlled shifting of a clutch. If the torque sensor is arranged on the shaft, a contactless transmission of the measured values and/or the energy required for the measurement between the shaft and the housing can be provided, for example by means of a radio connection or induction.
  • the mechanical clutch is designed as a claw clutch, suitable for mechanically coupling the drive shaft and the output shaft.
  • a claw clutch offers the advantage of compensating for slight axial displacements that can arise, for example, due to thermal changes.
  • a power transmission device in which the mechanical clutch is designed as a toothed clutch, is also advantageous and is suitable for mechanically coupling the pump wheel and the drive wheel.
  • a tooth clutch precise and fast shifting is particularly important in order to reduce friction and wear on the teeth. At high speeds there is also the risk that parts of the teeth will break or wear and tear will damage the clutch prematurely.
  • the ideal time to engage a toothed clutch is a load-free, synchronous state in which the teeth of the two coupling halves do not mesh directly with each other.
  • a power transmission device is also advantageous, wherein the mechanical clutch can be coupled by means of a control device, wherein the mechanical clutch comprises an on-Z release actuator.
  • the engagement/disengagement actuator is designed in such a way that a particularly fast coupling process is possible.
  • An on-Z release actuator that uses control is advantageous can carry out a coupling process in a time of 1 to 2000 milliseconds, in particular in a time of 10 to 500 milliseconds.
  • An engagement/disengagement actuator is a mechanical actuator that is suitable for moving the clutch in such a way that engagement or disengagement is possible.
  • the engagement/disengagement actuator can be operated hydraulically, pneumatically or using electromagnetic force.
  • a power transmission device is also advantageous, wherein the control device includes fast signal processing, with a clock rate greater than 100 kHz, in particular from 100 kHz to 100 MHz.
  • the control device includes fast signal processing, with a clock rate greater than 100 kHz, in particular from 100 kHz to 100 MHz.
  • a mechanical-hydrodynamic power transmission device comprising a hydrodynamic converter, a mechanical clutch, a drive shaft, an output shaft and a mechanical transmission
  • the hydrodynamic converter comprising a pump wheel, a turbine wheel and a stator wheel
  • the stator wheel comprising adjustable stator blades
  • the mechanical-hydrodynamic power transmission device comprises at least two sensors, suitable for detecting the phase position of an associated shaft, the first sensor being arranged on the drive shaft and the second sensor being arranged on the output shaft of the hydrodynamic converter, the adjustable stator blades being adjusted in this way by means of a control device ensure that a switching process of the mechanical clutch and a switching process of the mechanical transmission take place in a defined load state between the pump wheel and the turbine wheel.
  • the power transmission device comprises a further switchable transmission.
  • the control device in conjunction with the sensors and clutch actuators can also be used to achieve efficient and material-friendly shifting of the switchable transmission.
  • a mechanical-hydrodynamic power transmission device is also advantageous, wherein the mechanical transmission is a planetary gear or a spur gear.
  • the mechanical transmission is a planetary gear or a spur gear.
  • switching at low load or in a no-load state is advantageous in order to minimize friction on the gears.
  • spur gears switching individual consumers on or off at a defined load condition is also advantageous in order to reduce wear and relieve the load on the consumers.
  • a power transmission device comprising a hydrodynamic converter, a mechanical clutch, a drive shaft and an output shaft, the hydrodynamic converter comprising a pump wheel, a turbine wheel and a stator, the stator comprising adjustable stator blades, the following method steps being carried out become
  • the sensors can advantageously include a displacement sensor, in particular a so-called keyphasor, a speed sensor or a torque sensor.
  • the sensors chosen are advantageously suitable for measuring with high precision and high temporal resolution.
  • a fast-running engagement/disengagement actuator is advantageously used to switch the mechanical clutch.
  • the control device is suitable for switching the engagement/disengagement actuator in such a way that a clutch process is carried out in a time of 1 to 5000 milliseconds.
  • a coupling time of 10 to 500 milliseconds is particularly advantageous.
  • the mechanical clutch is disengaged in a state in which the hydrodynamic converter can largely or completely transmit the speed and torque again. In this way, the mechanical load on the mechanical coupling can be reduced.
  • a claw clutch or a tooth clutch undefined states of power transmission are reduced and friction between the clutch halves is reduced.
  • FIG.2 Schematic representation of power transmission device disengaged Fig.3 mechanical hydrodynamic power transmission device
  • FIG. 1 shows a schematic, not-to-scale representation of a power transmission device 1 with features of the invention.
  • the drive shaft 4 is connected to the pump wheel 6.
  • the pump wheel 6 is suitable for conveying hydraulic oil in the direction of the turbine wheel 7, whereby the turbine wheel 7 is driven.
  • the speed and torque that are transmitted from the pump wheel 6 to the turbine wheel 7 can be changed using the stator wheel 8.
  • the stator 8 has variably adjustable stator blades 9.
  • a mechanical clutch 3 is arranged between the pump wheel 6 and the turbine wheel 7.
  • the mechanical clutch 3 can be designed as a claw clutch or tooth clutch. If the mechanical clutch 3 is engaged, it connects the pump wheel 6 and the turbine wheel, so the function of the hydrodynamic converter 2 can be switched off.
  • Sensors 10 are arranged on the drive shaft 4 and the output shaft 5, a first sensor 11 being arranged on the drive shaft 4 and a second sensor 12 being arranged on the output shaft 5.
  • the sensors 10, 11, 12 can detect the position, speed or torque of the associated shaft 4.5. It is particularly advantageous to use displacement sensors here to measure the phase position of the shaft.
  • the displacement sensors used are also known as key phasers and can use induction or optics to record the exact angular position, surface speed or speed of the assigned shaft.
  • the different measured value between the first and second sensors 11, 12 provides information about the transmitted torque and transmitted speed in the hydrodynamic converter 2.
  • the measured values of the sensors 10, 11, 12 are transmitted to a control device 13, the transmission being able to take place in a wired or wireless manner, for example via a radio connection.
  • the control device 13 is suitable for influencing the transmission of speed and torque by adjusting the stator blades 9.
  • FIG 2 shows a further embodiment of the power transmission device shown in Figure 1.
  • the mechanical clutch 3 is shown in a disengaged state.
  • the mechanical clutch 3 can advantageously be designed as a claw clutch or tooth clutch.
  • the clutch can advantageously be designed to compensate for shaft offset due to thermal expansion in the engaged state.
  • Figure 3 shows a not-to-scale schematic representation of a mechanical hydrodynamic power transmission device 15 with features of the invention.
  • the power transmission device 1 from the previous illustrations was supplemented here with a mechanical transmission 16.
  • the transmission 16 is arranged after the second sensor 12 on the output shaft and is suitable for operating one or more drive machines at variable speeds.
  • the mechanical transmission 16 can be designed as a planetary gear or as a spur gear.
  • the hydrodynamic converter 2 can be used particularly advantageously for starting up or shutting down the work machine in order to change the torque and/or the speed accordingly evenly.
  • the mechanically hydrodynamic power transmission device 15 can additionally have a third sensor (not shown) on the output side of the mechanical transmission 16. Using the measured values from the sensors 10 and the control device 13, the mechanical transmission 16 can also be switched in a favorable load case.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung (1) umfassend einen hydrodynamischen Wandler (2) eine mechanische Kupplung (3), eine Antriebswelle (4) und eine Ausgangswelle (5), wobei der hydrodynamische Wandler (2) ein Pumpenrad (6), ein Turbinenrad (7) und ein Leitrad (8) umfasst, wobei das Leitrad verstellbaren Leitradschaufeln (9) umfasst, wobei die Kraftübertragungsvorrichtung (1) zwei Sensoren (10) umfasst, geeignet die Phasenlage einer Welle (4,5) zu erfassen, wobei der erste Sensor (11) an der Antriebswelle (4) angeordnet ist und der zweite Sensor (12) an der Ausgangswelle (5) angeordnet ist, wobei mittels einer Regeleinheit (13) die verstellbaren Leitradschaufeln (9) derart angepasst werden, dass ein Schaltvorgang der mechanischen Kupplung (3) in einem definierten Lastzustand zwischen Pumpenrad (6) und Turbinenrad (7) erfolgt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum effizienten Betrieb einer Kraftübertragungsvorrichtung (1).

Description

KRAFTÜBERTRAGUNGSVORRICHTUNG UMFASSEND EINEN HYDRODYNAMISCHEN WANDLER MIT SYNCHRONPUNKT-DETEKTION UND VERFAHREN ZUM BETRIEB DIESER
Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung umfassend einen hydrodynamischen Wandler, eine mechanische Kupplung, eine Antriebswelle und eine Ausgangswelle, wobei der hydrodynamische Wandler ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad umfasst, wobei das Leitrad verstellbare Leitradschaufeln umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftübertragungsvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist die DE 100 39 813 C1 bekannt, die einen Maschinensatz zeigt, wobei der Maschinensatz einen kuppelbaren hydrodynamischen Wandler umfasst. Die DE 100 39 813 C1 zeigt, dass schlupfbehaftete Kupplungen, wie Reibkupplungen für große übertragene Leistungen nicht geeignet sind. Eine Schaltung der Kupplung mittels Regelung ist dabei nicht vorgesehen. In dem Einsatzfeld der hydrodynamischen Wandler in Kraftübertragungsvorrichtungen, die große Leistungen größer 10 MW übertragen, ist das Schalten von Kupplungen weiterhin sehr schwierig.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftübertragungsvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftübertragungsvorrichtung bereitzustellen, die ein effizientes und materialschonendes automatisches Kuppeln ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Kraftübertragungsvorrichtung gelöst, wobei die Kraftübertragungsvorrichtung zwei Sensoren umfasst, geeignet die Phasenlage einer Welle zu erfassen, wobei der erste Sensor an der Antriebswelle angeordnet ist und der zweite Sensor an der Ausgangswelle angeordnet ist, wobei mittels einer Regeleinheit die verstellbaren Leitradschaufeln derart angepasst werden, dass ein Schaltvorgang der mechanischen Kupplung in einem definierten Lastzustand zwischen Pumpenrad und Turbinenrad erfolgt. Die Antriebswelle ist dabei geeignet mit einer gleichlaufenden Antriebsmaschine betrieben zu werden und kann als Hohlwelle, Vollwelle oder Gelenkwelle ausgeführt werden. Die Ausgangswelle kann ebenfalls als Hohlwelle oder Vollwelle ausgeführt werden, und mit einer Arbeitsmaschine oder einem Getriebe verbunden sein. Vorteilhaft kann über die Ausgangswelle auch eine mechanische Kupplung betätigt werden, wobei eine Kupplungsstange innerhalb der Ausgangswelle angeordnet ist. Der definierte Lastzustand kann einen Belastungswechsel umfassen, bei dem der Zeitpunkt über die Sensoren ermittelt wird, in dem die Kupplung lastfrei ist.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Kraftübertragungsvorrichtung wobei zumindest einer der Sensoren einen Weg-Sensor umfasst, insbesondere einen Keyphasor umfasst.
Für ein präzises Schalten ist es wichtig die genaue Position der Welle zu erfassen. Ein Weg-Sensor kann dabei zumindest eine radial umfänglich auf der Oberfläche der Welle angeordnete Bohrung oder Markierung erfassen. Die Erfassung der Bohrung oder Markierung durch den Sensor kann dabei optisch, magnetisch oder induktiv erfolgen. Für eine präzise Erfassung der Rotation bzw. der Oberflächengeschwindigkeit der Welle ist es wichtig eine schnelle Messung zu ermöglichen. Die Sensoren müssen daher geeignet sein, mittels schneller Taktung präzise Messungen jeder Umdrehung der Welle zu erfassen. In der Praxis haben Sensoren mit einer Mess-Rate von mehr als 100 Messwerten pro Sekunde eine erfindungsgemäße Schaltung der mechanischen Kupplung ermöglicht. Insbesondere eine Mess-Rate von 1000 bis 20.000 Messwerten pro Sekunde ist für die Erfindung vorteilhaft. So lassen sich Rotationsmessungen der Welle im Bereich von 200 - 20.000 Umdrehungen pro Minute messen, wobei dieser Drehzahlbereich den üblichen Geschwindigkeiten der Kraftübertragungsvorrichtung entspricht.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Kraftübertragungsvorrichtung wobei zumindest einer der Sensoren einen Drehzahlsensor umfasst. Weg-Sensoren sind auch weitere Sensoren zur präzisen Messung der Drehzahl bekannt, beispielsweise optische Sensoren. Diese Sensoren können ebenfalls verwendet werden, wenn sie die Drehzahl mit einer hohen Präzision auflösen können.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Kraftübertragungsvorrichtung, wobei zumindest einer der Sensoren ein Drehmomentsensor umfasst. Eine direkte Erfassung des von der Welle übertragenen Drehmoments kann über ein Erfassen der Torsionsbiegung in der Welle erfolgen. Auch ein Drehmomentsensor kann eine effiziente, geregelte Schaltung einer Kupplung ermöglichen. Sollte der Drehmomentsensor auf der Welle angeordnet sein, kann eine berührungslose Übertragung der Messwerte und/oder der für die Messung erforderlichen Energie zwischen Welle und Gehäuse vorgesehen sein, beispielsweise mittels einer Funkverbindung oder Induktion.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Kraftübertragungsvorrichtung, wobei die mechanische Kupplung als Klauenkupplung ausgeführt ist, geeignet die Antriebswelle und die Ausgangswelle mechanisch zu kuppeln. Eine Klauenkupplung bietet hier den Vorteil leichte axiale Verschiebungen auszugleichen, die beispielsweise aufgrund von thermischen Veränderungen entstehen können.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Kraftübertragungsvorrichtung, wobei die mechanische Kupplung als Zahnkupplung ausgeführt ist, geeignet das Pumpenrad und das Antriebsrad mechanisch zu kuppeln. Bei einer Zahnkupplung ist eine präzise und schnelle Schaltung besonders wichtig, um Reibung und Verschleiß an den Zähnen zu vermindern. Bei großen Drehzahlen besteht sonst zudem die Gefahr, dass Teile der Zähne brechen, oder Verschleiß die Kupplung vorzeitig beschädigt. Der ideale Zeitpunkt eine Zahnkupplung zu schalten ist ein lastfreier synchroner Zustand, bei dem die Zähne der beiden Kupplungshälften nicht direkt ineinandergreifen.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Kraftübertragungsvorrichtung, wobei die mechanische Kupplung mittels Regelvorrichtung gekuppelt werden kann, wobei die mechanische Kupplung einen Ein-ZAusrückaktuator umfasst. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ein-ZAusrückaktuator so ausgelegt ist, dass ein besonders schneller Kuppelvorgang ermöglicht wird. Vorteilhaft ist dabei ein Ein-ZAusrückaktuator, der mittels Regelung einen Kupplungsvorgang in einer Zeit von 1 bis 2000 Millisekunden ausführen kann, insbesondere in einer Zeit von 10 bis 500 Millisekunden. Ein Ein-/Ausrückaktuator ist dabei ein mechanischer Aktuator, der geeignet ist, die Kupplung derart zu bewegen, dass ein Einkuppeln oder Auskuppeln ermöglicht wird. Der Ein-/Ausrückaktuator kann dabei hydraulisch, pneumatisch oder mittels elektromagnetischer Kraft betrieben werden.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Kraftübertragungsvorrichtung, wobei die Regelvorrichtung eine schnelle Signalverarbeitung umfasst, mit einer Taktung größer 100 kHz, insbesondere von 100 kHz bis 100 MHz. Bei den Entwicklungsarbeiten im Rahmen dieser Erfindung hat sich gezeigt, dass ein automatisierter Kupplungsvorgang erst mittels moderner Regel- und Steuertechnik sowie schnellen Sensoren und Aktuatoren möglich ist. Aufgrund der hohen übertragenen Leistungen und hohen Drehzahlen ermöglicht eine schnelle Steuerung, in Verbindung mit schneller Sensorik und kräftigen Aktuatoren erst einen sicheren Schaltvorgang der verwendeten Kupplung. Die Taktung der Steuerung ist vorteilhaft geeignet Steuersignale in einer Zeit von 0,01 bis 10 Millisekunden zu verarbeiten bzw. weiterzugeben.
Weiterhin vorteilhaft ist eine mechanisch-hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung, umfassend einen hydrodynamischen Wandler, eine mechanische Kupplung, eine Antriebswelle, eine Ausgangswelle und ein mechanisches Getriebe, wobei der hydrodynamische Wandler ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad umfasst, wobei das Leitrad verstellbare Leitradschaufeln umfasst, wobei die mechanisch-hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung zumindest zwei Sensoren umfasst, geeignet die Phasenlage einer zugeordneten Welle zu erfassen, wobei der erste Sensor an der Antriebswelle angeordnet ist und der zweite Sensor an der Ausgangswelle des hydrodynamischen Wandlers angeordnet ist, wobei mittels einer Regelvorrichtung die verstellbaren Leitradschaufeln derart angepasst werden, dass ein Schaltvorgang der mechanischen Kupplung und ein Schaltvorgang des mechanischen Getriebes in einem definierten Lastzustand zwischen Pumpenrad und Turbinenrad erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kraftübertragungsvorrichtung noch ein weiteres schaltbares Getriebe. Die Regelvorrichtung in Verbindung mit den Sensoren und Kupplungsaktuatoren kann dabei auch genutzt werden, um ein effizientes und materialschonendes Schalten des schaltbaren Getriebes zu erreichen.
Weiterhin vorteilhaft ist eine mechanisch-hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung, wobei das mechanische Getriebe ein Planetengetriebe oder ein Stirnradgetriebe ist. Insbesondere bei schaltbaren Planetengetrieben ist ein Schalten bei geringer Last oder in einem Lastfreien Zustand vorteilhaft, um Reibung an den Zahnrädern zu minimieren. Bei Stirnradgetrieben ist ein zu oder abschalten einzelner Verbraucher ebenfalls bei einem Definierten Lastzustand vorteilhaft, um den Verschleiß zu reduzieren und die Verbraucher zu entlasten.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftübertragungsvorrichtung, umfassend einen hydrodynamischen Wandler, eine mechanische Kupplung, eine Antriebswelle und eine Ausgangswelle, wobei der hydrodynamische Wandler ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad umfasst, wobei das Leitrad verstellbare Leitradschaufeln umfasst, wobei folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden
• Erfassen der Phasenlage an der Antriebswelle und Ausgangswelle mittels jeweils zumindest einem Sensor
• Übermitteln der Sensorwerte an eine Regelvorrichtung
• Angleichen der Drehzahl von Pumpenrad und Turbinenrad durch
Verstellen der verstellbaren Leitradschaufeln mittels Regelvorrichtung
Schalten der mechanischen Kupplung wobei das Pumpenrad und das Turbinenrad gleichlaufend gekuppelt werden, wobei ein von der Regelvorrichtung gesteuerter Ein-ZAusrückaktuator verwendet wird. Auch in dem Verfahren können die Sensoren vorteilhaft einen Weg-Sensor, insbesondere einen sogenannten Keyphasor, einen Drehzahlsensor oder einen Drehmomentsensor umfassen. Die gewählten Sensoren sind vorteilhaft geeignet mit hoher Präzision und hoher zeitlicher Auflösung zu messen.
Für das Schalten der mechanischen Kupplung wird vorteilhaft ein schnell laufender Ein-/Ausrückaktuator verwendet. Die Regelvorrichtung ist dabei geeignet den Ein-/Ausrückaktuator derart zu schalten, dass ein Kuppelvorgang in einer Zeit von 1 bis 5000 Millisekunden ausgeführt wird. Besonders vorteilhaft ist ein Kuppelzeit von 10 bis 500 Millisekunden.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren, wobei die folgenden weiteren Verfahrensschritte ausgeführt werden:
• Befüllen des hydrodynamischen Wandlers mit Hydraulikmedium, sofern er nicht bereits befüllt ist,
• Verstellen der Leitradschaufeln mittels Regelvorrichtung, wobei die Lastübertragung über zwischen Pumpenrad und Turbinenrad mittels Hydraulikmedium erfolgt, und Kupplung Lastfrei geschaltet ist,
• Öffnen der mechanischen Kupplung im entlasteten Zustand der mechanischen Kupplung, wobei Drehzahl und Drehmoment zwischen Antriebswelle und Ausgangswelle wieder über den hydrodynamischen Wandler übertragen werden.
Das Auskuppeln der mechanischen Kupplung erfolgt dabei in einem Zustand, bei dem der hydrodynamischen Wandler die Drehzahl und das Drehmoment wieder weitgehend oder vollständig übertragen kann. So kann die mechanische Belastung der mechanischen Kupplung reduziert werden. Bei einer Klauenkupplung oder einer Zahnkupplung werden Undefinierte Zustände der Kraftübertragung reduziert und Reibung zwischen den Kupplungshälften wird vermindert. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig.1 Schematische Darstellung Kraftübertragungsvorrichtung
Fig.2 Schematische Darstellung Kraftübertragungsvorrichtung ausgekuppelt Fig.3 mechanisch hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung
Figur 1 zeigt eine schematische nichtmaßstäbliche Darstellung einer Kraftübertragungsvorrichtung 1 mit Merkmalen der Erfindung. Die Antriebswelle 4 ist dabei mit dem Pumpenrad 6 verbunden. Das Pumpenrad 6 ist geeignet Hydrauliköl in Richtung des Turbinenrades 7 zu befördern, wobei das Turbinenrad 7 angetrieben wird. Drehzahl und Drehmoment die von dem Pumpenrad 6 an das Turbinenrad 7 übertragen werden, können mittels Leitrad 8 verändert werden. Das Leitrad 8 verfügt über variabel einstellbare Leitradschaufeln 9. Zwischen Pumpenrad 6 und Turbinenrad 7 ist eine mechanische Kupplung 3 angeordnet. Die mechanische Kupplung 3 kann dabei als Klauenkupplung oder Zahnkupplung ausgeführt sein. Wird die mechanische Kupplung 3 eingekuppelt, verbindet sie das Pumpenrad 6 und das Turbinenrad, die Funktion des hydrodynamischen Wandlers 2 kann so abgeschaltet werden. Wird aus dem hydrodynamischen Wandler 2 im eingekuppelten Zustand das Hydrauliköl entfernt, können die Reibungsverluste in dem hydrodynamischen Wandler 2 minimiert werden. Es kommt so zu einer Bypass-Schaltung und die Kraftübertragungsvorrichtung 1 kann ohne hydrodynamischen Wandler 2 reibungsarm betrieben werden. Auf der Antriebswelle 4 und der Ausgangswelle 5 sind Sensoren 10 angeordnet, wobei auf der Antriebswelle 4 ein erster Sensor 11 und auf der Ausgangswelle 5 ein zweiter Sensor 12 angeordnet sind. Die Sensoren 10, 11 , 12 können die Lage, Drehzahl oder das Drehmoment der zugeordneten Welle 4,5 erfassen. Besonders vorteilhaft sind hier Weg-Sensoren zu verwenden, um eine Phasenlage der Welle zu messen. Die verwendeten Weg-Sensoren sind auch als Keyphaser bekannt, und können mittels Induktion oder Optik die genaue Winkelposition, Oberflächengeschwindigkeit oder Drehzahl der zugeordneten Welle erfassen. Der unterschiedliche Messwert zwischen erstem und zweitem Sensor 11 ,12 liefert dabei Informationen zu übertragenem Drehmoment und übertragener Drehzahl in dem hydrodynamischen Wandler 2. Die Messwerte der Sensoren 10, 11 , 12 werden an eine Regelvorrichtung 13 übertragen, wobei die Übertragung kabelgebunden oder kabellos beispielsweise über ein Funkverbindung erfolgen kann. Die Regelvorrichtung 13 ist dabei geeignet mittels Verstellung der Leitradschaufeln 9 die Übertragung von Drehzahl und Drehmoment zu beeinflussen.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der in Figur 1 dargestellten Kraftübertragungsvorrichtung. Hier ist die mechanische Kupplung 3 in einem ausgekuppelten Zustand dargestellt. Dabei kann die mechanische Kupplung 3 vorteilhaft als Klauenkupplung oder Zahnkupplung ausgeführt sein. Insbesondere kann die Kupplung vorteilhaft ausgeführt sein einen Wellenversatz aufgrund von thermischer Ausdehnung im eingekuppelten Zustand zu kompensieren.
Figur 3 zeigt eine nicht maßstäbliche schematische Darstellung einer mechanisch hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung 15 mit Merkmalen der Erfindung. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 aus den vorhergehenden Darstellungen wurde hier mit einem mechanischen Getriebe 16 ergänzt. Dabei ist das Getriebe 16 nach dem zweiten Sensor 12 an der Ausgangswelle angeordnet, und geeignet eine oder mehrere Antriebsmaschinen mit variabler Drehzahl zu betreiben. Das mechanische Getriebe 16 kann dabei als Planetengetriebe oder als Stirnradgetriebe ausgeführt werden. Der hydrodynamische Wandler 2 kann dabei besonders vorteilhaft zum An- oder Abfahren der Arbeitsmaschine eingesetzt werden, um hier das Drehmoment und/oder die Drehzahl entsprechend gleichmäßig zu verändern. Die mechanisch hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung 15 kann zusätzlich einen nicht bildlich dargestellten dritten Sensor auf der Ausgangsseite des mechanischen Getriebes 16 aufweisen. Mittels der Messwerte aus den Sensoren 10 und der Regelvorrichtung 13 kann das mechanische Getriebe 16 ebenfalls in einem günstigen Lastfall geschaltet werden.
Bezugszeichenliste
1 Kraftübertragungsvorrichtung
2 hydrodynamischen Wandler 3 mechanische Kupplung
4 Antriebswelle
5 Ausgangswelle
6 Pumpenrad 7 Turbinenrad
8 Leitrad
9 Leitradschaufel
10 Sensor
11 erster Sensor 12 zweiter Sensor
13 Regelvorrichtung
14 ausgekuppelter Zustand
15 mechanisch hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung
16 mechanisches Getriebe

Claims

Patentansprüche
1. Kraftübertragungsvorrichtung (1) umfassend einen hydrodynamischen Wandler (2) eine mechanische Kupplung (3), eine Antriebswelle (4) und eine Ausgangswelle (5), wobei der hydrodynamische Wandler (2) ein Pumpenrad (6), ein Turbinenrad (7) und ein Leitrad (8) umfasst, wobei das Leitrad (8) verstellbare Leitradschaufeln (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsvorrichtung (1) zwei Sensoren (10) umfasst, geeignet die Phasenlage einer Welle (4,5) zu erfassen, wobei der erste Sensor (11 ) an der Antriebswelle (4) angeordnet ist und der zweite Sensor (12) an der Ausgangswelle (5) angeordnet ist, wobei mittels einer Regeleinheit (13) die verstellbaren Leitradschaufeln (9) derart angepasst werden, dass ein Schaltvorgang der mechanischen Kupplung (3) in einem definierten Lastzustand zwischen Pumpenrad (6) und Turbinenrad (7) erfolgt.
2. Kraftübertragungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sensoren (10) einen Weg- Sensor umfasst, insbesondere einen Keyphasor umfasst.
3. Kraftübertragungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sensoren (10) einen Drehzahlsensor umfasst.
4. Kraftübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sensoren (10) einen Drehmomentsensor umfasst.
5. Kraftübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kupplung (3) als Klauenkupplung ausgeführt ist, geeignet die Antriebswelle (4) und die Ausgangswelle (5) mechanisch zu kuppeln. Kraftübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kupplung (3) als Zahnkupplung ausgeführt ist, geeignet das Pumprad (6) und das Antriebsrad (7) mechanisch zu kuppeln Kraftübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kupplung (3) mittels Regelvorrichtung (13) gekuppelt werden kann, wobei die mechanische Kupplung einen Ein-/Ausrückaktuator umfasst. Kraftübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (13) eine schnelle Signalverarbeitung umfasst, mit einer Taktung größer 100 kHz, insbesondere von 100 kHz bis 100 MHz. Mechanisch-hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung (15), umfassend einen hydrodynamischen Wandler (2) eine mechanische Kupplung (3), eine Antriebswelle (4), eine Ausgangswelle (5) und ein mechanisches Getriebe (16) wobei der hydrodynamische Wandler (2) ein Pumpenrad (6), ein Turbinenrad (7) und ein Leitrad (8) umfasst, wobei das Leitrad verstellbaren Leitradschaufeln (9) umfasst dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch-hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung (15) zwei Sensoren (10) umfasst, geeignet die Phasenlage einer zugeordneten Welle (4, 5) zu erfassen, wobei der erste Sensor (11) an der Antriebswelle (4) angeordnet ist und der zweite Sensor (12) an der Ausgangswelle (5) des hydrodynamischen Wandlers (2) angeordnet ist, wobei mittels einer Regelvorrichtung (13) die verstellbaren Leitradschaufeln (9) derart angepasst werden, dass ein Schaltvorgang der mechanischen Kupplung (3) und ein Schaltvorgang des mechanischen Getriebes (16) in einem definierten Lastzustand zwischen Pumpenrad (6) und Turbinenrad (7) erfolgt.
. Mechanisch-hydrodynamische Kraftübertragungsvorrichtung (15) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Getriebe (16) ein Planetengetriebe oder ein Stirnradgetriebe ist. . Verfahren zum Betrieb einer Kraftübertragungsvorrichtung (1 ), umfassend einen hydrodynamischen Wandler (2) eine mechanische Kupplung (3), eine Antriebswelle (4) und eine Ausgangswelle (5), wobei der hydrodynamische Wandler (2) ein Pumpenrad (6), ein Turbinenrad (7) und ein Leitrad (8) umfasst, wobei das Leitrad verstellbaren Leitradschaufeln (9) umfasst, wobei folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden
• Kontinuierliches Erfassen der Phasenlage an der Antriebswelle (4) und Ausgangswelle (5) mittels jeweils zumindest einem Sensor (10)
• Übermitteln der Sensorwerte an eine Regelvorrichtung (13)
• Angleichen der Drehzahl von Pumpenrad (7) und Turbinenrad (8) durch Verstellen der verstellbaren Leitradschaufeln (9) mittels Regelvorrichtung (13)
• Schalten der mechanischen Kupplung (3) wobei das Pumpenrad (7) und das Turbinenrad (8) gleichlaufend gekuppelt werden. . Verfahren nach Anspruch 11 , wobei die folgenden weiteren Verfahrensschritte ausgeführt werden:
• Der hydrodynamische Wandler (2) mit Hydraulikmedium befüllt wird, sofern er nicht bereits befüllt ist,
Verstellen der Leitradschaufeln (9) mittels Regelvorrichtung (13), wobei die Lastübertragung über zwischen Pumpenrad (7) und Turbinenrad (8) mittels Hydraulikmedium erfolgt, und Kupplung Lastfrei geschaltet ist, • Öffnen der mechanischen Kupplung (3) im entlasteten Zustand der mechanischen Kupplung (3), wobei Drehzahl und Drehmoment zwischen Antriebswelle (4) und Ausgangswelle (5) wieder über den hydrodynamischen Wandler (2) übertragen werden.
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