Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Überwachung der hydrodynamischen Kupplung.

Eine hydrodynamische Kupplung ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite zu übertragen. Dazu ist die Eingangsseite mit einem Pumpenrad und die Ausgangsseite mit einem Turbinenrad verbunden, wobei Pumpenrad und Turbinenrad mittels eines hydrodynamischen Fluids miteinander gekoppelt sind. Wird die Kupplung mit Schlupf betrieben, beispielsweise während eines Hochlaufens, sodass sich die Ausgangsseite mit einer anderen Geschwindigkeit als die Eingangsseite dreht, wird das Fluid erwärmt. Übersteigt die Temperatur der Fluids ei- nen vorbestimmten Wert, so muss die Last der Arbeitsmaschine reduziert werden bzw. wenn dies nicht möglich ist, die Kupplung in den Stillstand gebracht werden und auskühlen.

Es ist ein Verfahren bekannt, um auf der Basis einer Temperatur einer solchen Kupp- lung im Fall eines Lastwechsels einen erwarteten Temperaturverlauf vorherzusagen. In der Folge können eine Warnmeldung oder ein Stoppsignal bereitgestellt werden, um eine thermische Überlastung zu vermeiden.

Die Temperatur als Parameter eines Betriebszustands der hydrodynamischen Kupp- lung reicht aber für eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit oder Standfestigkeit der Kupplung bzw. des Antriebs häufig nicht aus. Um einen sicheren Betrieb auf Dauer zu ermöglichen, muss insbesondere ein Füllstand der Kupplung an Fluid überwacht werden. Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht daher darin, einen Füllungsgrad der Kupplung mit Fluid auf möglichst einfache Weise bereitzu- stellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.

Eine hydrodynamische Kupplung umfasst eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite, deren Drehbewegungen mittels eines hydraulischen Fluids miteinander gekoppelt sind. Ein Verfahren zum Bestimmen eines Füllgrads der hydrodynamischen Kupplung mit dem Fluid umfasst Schritte des periodischen Abtastens einer Fluidtemperatur des hyd- raulischen Fluids; des Bestimmens einer der Kupplung zugeführten Wärmeleistung auf der Basis der Temperatur; des Bestimmens eines Lambda-Werts auf der Basis der Wärmeleistung; und des Bestimmens des Füllgrads auf der Basis des Lambda-Werts. Diese Bestimmung ist insbesondere für eine Kupplung mit fester Fluidfüllung vorteil- haft. Eine fehlerhafte Befüllung, eine Leckage oder ein kalkulierter Verlust kann bestimmt und überwacht werden.

Die im oben angegeben Verfahren bestimmte Wärmeleistung kann insbesondere auf der Basis einer mittels der Kupplung übertragenen mechanischen Leistung bestimmt werden. Das Bestimmen der mechanischen Leistung umfasst bevorzugt Schritte des Bestimmens einer maximal zulässigen Temperatur der Kupplung; des Bestimmens einer Umgebungstemperatur einer Umgebung der Kupplung; und des Bestimmens der Leistung, die über die Kupplung übertragen wird, auf der Basis der Fluidtemperatur und der Umgebungstemperatur. Die maximal übertragbare Leistung kann von nichtverän- derlichen Parametern oder unverlierbaren Eigenschaften der Kupplung abhängig sein, sodass sie bevorzugt nur einmalig bestimmt wird. Die übertragene Leistung kann so einfach und sicher bestimmt werden. Eine Prognose über eine maximal übertragbare Leistung oder eine maximale Zeitdauer des Übertragens einer vorbestimmten Leistung kann ermöglicht sein. Die bestimmte übertragene Leistung kann der Bestimmung noch weiterer der hier erwähnten Parameter zu Grunde gelegt werden.

In weiteren Ausführungsformen können zusätzlich noch weitere Parameter der Kupplung bestimmt werden. Bevorzugt sind dabei alle Parameter auf der Basis der bestimmten Temperatur bestimmbar. Mittels mehrerer Parameter kann der Betriebszu- stand der Kupplung verbessert angegeben oder vorhergesagt werden. Der Betriebszustand kann insbesondere auf eine aktuelle Belastung, eine aktuelle Belastungsfähigkeit oder einen bereits eingetretenen Verschleiß hinweisen. In Abhängigkeit des bestimmten Betriebszustands können Wartungsintervalle verbessert geplant werden. Die Intervalle können verbessert so bestimmt werden, dass zu erneuernde Komponenten früh genug ausgetauscht werden, um eine verminderte Leistungsfähigkeit oder einen Schaden zu vermeiden, gleichzeitig aber auch so lang wie möglich sein, um die Betriebsfähigkeit der Kupplung verbessert sicher zu stellen und Kosten zu sparen. Durch Einhalten der bestimmten Wartungsintervalle kann die Kupplung wieder in einen Zustand voller Leistungsfähigkeit gebracht werden, wobei die ursprüngliche Leistungsfähigkeit wieder erreicht werden kann. Das Bestimmen der Parameter kann erfolgte Wartungen der Kupplung berücksichtigen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ferner eine verbleibende Lebensdauer des Fluids bestimmt. Dabei umfasst das Verfahren zusätzliche Schritte des Bestimmens von Belastungen des Fluids für die abgetasteten Temperaturen; des Bestimmens einer Summe der Belastungen; und des Bestimmens der verbleibenden Lebensdauer auf der Basis der Summe. Ein demnächst ablaufendes Wartungsintervall für das Fluid kann so auf einfache und sichere Weise bestimmt werden. Bevorzugt wird eine Verminderung der Leistungsfähigkeit des Fluids auf der Basis der thermischen Belastung des Fluids bestimmt. Die thermische Belastung kann in ausreichend guter Näherung die mechanische Belastung des Fluids widerspiegeln, sodass eine realistische Beurtei- lung erfolgen kann.

Darüber hinaus kann eine verbleibende Lebensdauer eines Wälzlagers zur Lagerung der Eingangsseite gegenüber der Ausgangsseite bestimmt werden, wobei das Verfahren zusätzliche Schritte des Bestimmens von Belastungen des Wälzlagers auf der Ba- sis der abgetasteten Temperaturen; des Bestimmens einer Summe der Belastungen; und des Bestimmens der verbleibenden Lebensdauer auf der Basis der Summe umfasst. Der kumulierte Verschleiß des Wälzlagers kann auf der Basis der Temperatur in guter Näherung nachvollzogen werden. Bei der Bestimmung der verbleibenden Lebensdauer des Wälzlagers kann eine Anfahrhäufigkeit berücksichtigt werden. Ein Anfahren, also ein Steigern der Differenzdrehzahl des Wälzlagers vom Stillstand bis auf eine Nenndrehzahl, verkürzt die Lebensdauer substanziell. Die Anfahrhäufigkeit kann auf die bisherige Lebensdauer des Wälzlagers bezogen werden oder es kann eine Häufung von Anfahrvorgängen inner- halb eines vorbestimmten Zeitraums berücksichtigt werden. Die Beurteilung der verbleibenden Lebensdauer kann so deutlich verbessert werden.

Es kann auch ein Schlupf zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Wälzlagers bei der Bestimmung der verbleibenden Lebensdauer berücksichtigt wer- den. Dies kann durch Drehzahlerfassung von mindestens der Kupplungsausgangsseite ggf. von Eingangs- und Ausgangsseite erfolgen. Je größer der Schlupf ist, desto stärker kann das Wälzlager beansprucht werden, sodass die verbleibende Lebensdauer umso schneller sinkt, je häufiger oder länger die Kupplung mit einem hohen Schlupf betrieben wird.

Allgemein kann die Bestimmung auch bezüglich mehrerer Wälzlager erfolgen, die jeweils die Eingangsseite oder die Ausgangsseite lagern. Die Bestimmung umfasst dann bevorzugt alle Wälzlager als Lagersatz. Ist die Grenze der Lebensdauer eines der Wälzlager erreicht, so werden üblicherweise alle Wälzlager des betroffenen Lagersatzes ausgetauscht. Die beschriebenen Parameter werden bevorzugt miteinander kombiniert bestimmt. Beispielsweise kann nach einer optionalen Initialisierung eine Endlosschleife in vorbestimmten Zeitabschnitten periodisch durchlaufen werden. Die einzelnen Parameter können unterschiedlich oft bestimmt werden, sodass nicht bei jedem Durchlauf der Schleife alle Parameter bestimmt werden. Ein Parameter kann auch ereignisgesteuert bestimmt werden. Tritt ein vorbestimmtes Ereignis ein, so kann der Parameter beim nächsten Durchlauf der Schleife bestimmt werden, ansonsten kann auf die Bestimmung verzichtet werden. Die Aufnahme von Messwerten, insbesondere das Abtasten der Temperatur des Fluids, wird bevorzugt einheitlich für die Bestimmung aller Parameter durchgeführt. Die Bestimmung eines Parameters kann auf der Bestimmung ei- nes anderen Parameters aufbauen. Dabei kann der andere Parameter auch auf eine andere als die hier beschriebene Weise bestimmt werden, etwa durch direkte Messung oder unter Verwendung eines hier nicht explizit genannten physikalischen Modells.

Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.

Eine Steuervorrichtung zur Bestimmung eines Betriebszustands der oben beschriebe- nen hydrodynamischen Kupplung umfasst eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem Temperatursensor, der zur periodischen Abtastung der Temperatur des hydraulischen Fluids eingerichtet ist; und eine Verarbeitungseinrichtung, die zur Bestimmung einer der Kupplung zugeführten Wärmeleistung auf der Basis der Temperaturabtastungen, eines Lambda-Werts auf der Basis der Wärmeleistung, sowie des Füllgrads auf der Basis des Lambda-Werts eingerichtet ist. Die Verarbeitungseinrichtung kann insbesondere einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und dazu eingerichtet sein, wenigstens einen Teil des oben beschriebenen Computerprogrammprodukts auszuführen. Die Verarbeitungseinrichtung kann mit der Kupplung integriert ausgeführt sein. Ferner kann die Verarbeitungseinrichtung zur Steuerung einer An- triebsmaschine, die mit der Eingangsseite verbunden ist, oder einer Arbeitsmaschine, die mit der Ausgangsseite verbunden ist, eingerichtet sein. Die Verarbeitungseinrichtung ist in einer weiter bevorzugten Ausführungsform dazu eingerichtet, eine Warnung auszugeben, falls einer der bestimmten Parameter auf einen kritischen Betriebszustand der Kupplung hinweist. Insbesondere kann aus der Gesamtheit der Parameter, die den Betriebszustand reflektieren, eine drohende Gefahr oder ein nahendes Wartungsintervall bestimmt werden. Beispielsweise können zwei oder mehr der Parameter jeweils für sich innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen, ihre Kombination aber auf einen kritischen Betriebszustand der Kupplung hinweisen.

Ein Kupplungssystem umfasst eine hydrodynamischen Kupplung mit einer Eingangs- seite und einer Ausgangsseite, deren Drehbewegungen mittels eines hydraulischen Fluids miteinander gekoppelt sind; einen Temperatursensor zur periodischen Abtastung einer Temperatur des hydraulischen Fluids; und die oben beschriebene Steuervorrichtung. Das Kupplungssystem kann in sich abgeschlossen sein und die Übertragung von Drehmoment bei gleichzeitig verbesserter Überwachung eines Betriebszu- stands ermöglichen.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen: eine schematische Darstellung eines Kupplungssystems mit einer hydrodynamischen Kupplung;

ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer aktuellen Füllung der hydrodynamischen Kupplung mit Fluid

ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer aktuellen Füllung der hydrodynamischen Kupplung;

ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer über eine hydrodynamische Kupplung übertragene Leistung;

ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer verbleibenden Lebensdauer des Fluids einer hydrodynamischen Kupplung;

ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer verbleibenden Lebensdauer eines Wälzlagers einer hydrodynamischen Kupplung; und

ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Zeit bis zum nächstmöglichen Hochlauf einer hydrodynamischen Kupplung; darstellt. Figur 1 zeigt ein Kupplungssystem 100 mit einer hydrodynamischen Kupplung 105 und einer Steuervorrichtung 1 10. Die Kupplung 105 umfasst eine Eingangsseite 1 15 und eine Ausgangsseite 120, die um eine gemeinsame Drehachse 125 drehbar gelagert sind. Ein hydraulisches Fluid 130 stellt eine Drehmomentkopplung zwischen der Ein- gangsseite 1 15 und der Ausgangsseite 120 her. Die Eingangsseite 1 15 ist mittels wenigstens eines Wälzlagers 135 gegenüber der Ausgangsseite 120 gelagert. In Abhängigkeit eines Kupplungstyps, der insbesondere Anschlüsse zur Ein- und Ausleitung von Drehmoment beschreibt, können Belastungen auf die Wälzlager 135 unterschiedlich sein, auch wenn ihre Anordnung unveränderlich ist. Zwischen der Eingangsseite 1 15 und der Ausgangsseite 120 können eine oder mehrere Dichtungen 140 vorgesehen sein, die unterschiedliche Materialien umfassen können.

Die Kupplung 105 kann in einer von mehreren vorbestimmten Ausführungsformen vorliegen. Beispielsweise kann das Kupplungssystem 100 mit Kupplungen 105 unter- schiedlicher, vorbestimmter Durchmesser verwendet werden, die in einem Bereich von ca. 154 bis 1 150 mm liegen können. Jeder dieser Kupplungen 105 kann für die Übertragung einer vorbestimmten maximalen Leistung in einem vorbestimmten Drehzahlbereich eingerichtet sein. Die Leistung kann beispielsweise in einem Bereich von ca. 100 W bis ca. 5 MW und die Drehzahl in einem Bereich zwischen ca. 300 und 4000 min ^"1 . Die Kupplungen 105 können auch in unterschiedlichen Ausführungsformen vorliegen, beispielsweise mit oder ohne Gehäuse, mit einfacher oder doppelter Pumpenrad- Turbinenrad-Anordnung oder mit unterschiedlichen Arten einer Ausgleichskammer zur temporären Aufnahme von Fluid 130. Jede Kupplung 105 kann dabei spezifische Eigenschaften aufweisen, beispielsweise ein thermisches Verhalten in Antwort auf eine vorbestimmte Belastung.

Bestimmte der bestimmten Parameter oder ihrer Zwischenwerte können in einer Ausführungsform abgespeichert und/oder graphisch aufbereitet werden. So kann beispielsweise ein Trend eines Parameters zu einer beliebigen Zeit visualisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform können einer oder mehrere Parameter mit Schwellenwerten verglichen werden und bei Über bzw. Unterschreiten des Schwellenwerts kann ein Signal ausgegeben werden. Ein Signal kann auch aufgrund einer logischen Verkettung mehrerer Bedingungen ausgegeben werden. Dabei kann durch das Signal nicht nur auf einen bestimmten Zustand, beispielsweise eine drohende Übertemperatur der Kupplung 105, sondern auch auf eine vorgeschlagene Lösungen, etwa das Abstellen des Antriebsmotors, der mit der Eingangsseite 1 15 verbunden ist, bzw. das reduzieren der Belastung durch die Arbeitsmaschine, die mit der Ausgangsseite verbunden ist, hingewiesen werden.

Es ist bevorzugt, dass eine vorbestimmte Menge Fluid 130 in die Kupplung 105 einge- füllt ist, wobei das Fluid 30 im Betrieb zwar umgewälzt wird, jedoch üblicherweise nicht die Kupplung 105 verlässt, beispielsweise um durch einen Wärmetauscher zu strömen. Man spricht hierbei auch von einer konstanten Füllung. Das Fluid 130 ist gewöhnlich gebildet durch ein mineralisches oder synthetisches Öl, kann aber auch auf Wasserbasis bereitgestellt sein, beispielsweise um die Kupplung 105 in einer explosionsgefähr- deten Umgebung einzusetzen.

Die Steuervorrichtung 1 10 umfasst eine erste Schnittstelle 145 zur Verbindung mit einem Temperatursensor 150, der zur Abtastung der Temperatur des hydraulischen Fluids 130 in der Kupplung 105 eingerichtet ist. Der Temperatursensor 150 ist bevorzugt berührungslos ausgelegt („BTM"), um die Temperatur des um die Drehachse 125 strömenden Fluids 130 außerhalb der sich im Betrieb um die Drehachse 125 drehenden Kupplung 105 ortsfest zur Verfügung zu stellen. Es können auch noch einer oder mehrere weitere Sensoren vorgesehen sein, um einen Messwert an der Kupplung 105 abzutasten. Der Messwert kann jedoch auch durch eine andere Einrichtung bereitge- stellt werden, beispielsweise eine Steuer- oder Messeinrichtung. In diesem Fall kann der Messwert auch über die Schnittstellen 145 oder eine dedizierte Schnittstelle von der Steuervorrichtung 1 10 übernommen werden.

Die Steuervorrichtung 1 10 ist dazu eingerichtet, einen Betriebszustand der Kupplung 105 zu bestimmen, wobei der Betriebszustand mehrere Parameter umfasst, die jeweils auf der Basis der Temperatur des hydraulischen Fluids 130 bestimmt werden können. Es ist bevorzugt, dass die Steuervorrichtung 1 10 eine zweite Schnittstelle 155 umfasst, um den bestimmten Betriebszustand oder andere Informationen bereitzustellen, insbesondere an eine Endeinrichtung 160. Die Steuervorrichtung 1 10 kann eine Speicher- Vorrichtung 165 umfassen oder mit ihr verbunden sein, wobei die Speichervorrichtung 165 zur Aufnahme von abgetasteten Messwerten, bestimmten Parametern oder sonstigen Bestimmungsergebnissen eingerichtet sein kann. Weiter können Konstanten, Kennlinien oder sonstige Informationen, die spezifisch für die Bestimmung eines Parameters für eine vorbestimmte Kupplung 105 sind, beispielsweise ein thermisches Verhalten der Kupplung 105 in Antwort auf eine vorbestimmte Belastung, in der Speichervorrichtung 165 abgelegt sein. Die Endeinrichtung 160 kann zur Interaktion mit einer Person eingerichtet sein, beispielsweise indem einer oder mehrere Parameter des Betriebszustands angezeigt werden können. Die Endeinrichtung 160 kann auch zur Steuerung der Steuervorrichtung 1 10 verwendbar sein, etwa um vorbestimmte gespeicherte Parameter abzurufen oder die Bestimmung der Parameter zu beeinflussen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Endeinrichtung 160 auch eine Steuervorrichtung umfassen, die zur Steuerung der Kupplung 105, einer die Kupplung 105 antreibenden Komponente oder einer durch die Kupplung 105 angetriebenen Komponente eingerichtet sein. Insbesondere kann die Endeinrichtung 160 dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit vom Be- triebszustand eine Übertragung von Drehmoment über die Kupplung 105 einzuschränken oder einzustellen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerfunktion auch von der Steuervorrichtung 1 10 durchgeführt werden.

Im Folgenden werden beispielhafte Bestimmungen von Parametern vorgestellt, von denen mehrere vom Betriebszustand der Kupplung 105 umfasst sein können. Es ist zu beachten, dass die einzelnen Verfahren zum Bestimmen der Parameter bevorzugt parallel bzw. nebenläufig durchgeführt werden. Ein Initialisierungsschritt, der für einige der Verfahren erforderlich sein kann, kann dabei verfahrensübergreifend in einem Schritt integriert werden. Im Initialisierungsschritt können mehrere Werte oder Daten beispielsweise mittels einer manuellen Eingabe zur Verfügung gestellt werden.

Die Verfahren umfassen jeweils eine Endlosschleife, um ihre Bestimmungen zyklisch durchzuführen. Die Endlosschleifen sind bevorzugt miteinander integriert, wobei die Häufigkeit der Durchführung der Schritte der einzelnen Verfahren innerhalb der Schlei- fe nicht unbedingt gleich sein muss. Eine Schleife wird bevorzugt alle ca. 5 s bis alle 10 s durchlaufen. Der Schritt des Abtastens der Temperatur der Kupplung 105 ist allen Verfahren gemein. Bestimmte Parameter der beschriebenen Verfahren können aufeinander aufbauen, beispielsweise indem eine Alterung des Fluids 130 auf der Basis einer über die Kupplung 105 übertragenen Leistung bestimmt wird. Die Reihenfolge der Schritte in der Endlosschleife ist daher entsprechend zu wählen. Unter bestimmten Umständen, beispielsweise wenn eine Komponente der Kupplung 105 gewartet oder ersetzt wird, werden Parameter eines oder mehrerer Verfahren auf Initialwerte zurückgesetzt. Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Bestimmen einer aktuellen Füllung der hydrodynamischen Kupplung 105 mit Fluid 130. In einem Initialisierungsschritt 205 wird bevorzugt ein Typ der Kupplung 105 bestimmt. Anschließend wird eine Schleife von Schritten 210 bis 220 bevorzugt periodisch durchlaufen, beispielsweise alle ca. 5 oder ca. 10 Sekunden.

Im Schritt 205 wird die Temperatur des Fluids 130 der Kupplung 105 bestimmt. In einem Schritt 210 erfolgt eine Bestimmung der über die Kupplung 105 übertragenen Leistung P:

P = A - AS. ^■ wirksame WärmekapazitätderKupplung Dabei ist die wirksame Wärmekapazität der Kupplung wiederum eine Funktion der Aufheizgeschwindigkeit. Die wirksame Wärmekapazität der Kupplung umfasst zum einen einen Bestandteil, der auf die Wärmekapazität der Kupplung zurück geht und zum anderen einen Bestandteil, der auf die Wärmekapazität des Fluids in der Kupplung zurückgeht.

Dabei gilt: '■ Maximalwert der gemessenen/berechneten Aufheizgeschwindigkeit

während der ersten 5s nach Motorstart (Bedingung für Motorstart: > 0,5K/ s und die Drehzahl der Kupplung n2 ist bzw. war null im Zeitraum 10s vorher). In die wirksame Wärmekapazität der Kupplung fließt geht die Wärmekapazität der Kupplung und die Wärmekapazität des Fluids unter Berücksichtigung des jeweiligen Füllgrades der Kupplung ein.

In einem anschließenden Schritt 215 wird auf der Basis der übertragenen Leistung der LLaambda-Wert λ _Α bestimmt:

λ,

Fluid ^{■ D} P ^■ zugeführte Wärmeleistung [kW]

Dichte Betriebsmedium (Öl: 840kg/m ³ ; Wasser: 980 kg/m ³ )

Profildurchmesser [m]

η _Ν ^* π; wobei der n _N über n2 und eine Tabelle oder Datenbank bestimmt wird Kreislaufanzahl. Sind ein Pumpenrad und ein Turbinenrad vorgesehen, so ist z=1 , sind jeweils zwei vorgesehen, die paarweise miteinander gekoppelt sind, beträgt z=2. Der Füllgrad ist eine Funktion von , Kupplungstyp, Kupplungsdurchmesser und hydrodynamischem Profil.

Befindet sich die Kupplung 105 im stationären Betrieb, so kann auch eine andere Herangehensweise zum Bestimmen einer aktuellen Füllung einer hydrodynamischen Kupplung 105 mit Fluid 130 gewählt werden.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines korrespondierenden Verfahrens 300. In einem Initialisierungsschritt 305 wird die Nenndrehzahl n _N bestimmt. Dies kann auf der Basis der Beharrungsdrehzahl n ₂ mittels einer Tabelle durchgeführt werden, sodass beispielsweise 1458 min ^"1 auf 1490 min ^"1 abgebildet werden. Anschließend wird eine

Schleife von Schritten 310 bis 315 bevorzugt periodisch durchlaufen, beispielsweise alle ca. 5 oder ca. 10 Sekunden. Im Schritt 310 werden die Temperatur 3^ des Fluids 130, die Temperatur & _v und die Drehzahl n ₂ der Kupplung 105 bestimmt.

Im Schritt 315 wird ein Füllverlust der Kupplung 105 bestimmt. Bei der Bestimmung wird davon ausgegangen, dass die über die Kupplung 105 übertragene Leistung P ~ A& ^c ist und ferner P ~ m - s gilt. Dabei ist c eine Zahl. Dabei ist m die Steigung der Nennschlupfgerade.

_

Dam = k - m = const.

Sollte die Kupplung 105 undicht sein, so liegt der oben beschriebene Quotient nicht mehr auf dieser Gerade. Dieses Kriterium kann zur Bestimmung einer Undichtigkeit ausgenutzt werden. Der Faktor k - m wird bevorzugt bestimmt, wenn die Temperatur des Fluids 130 bereits eingeschwungen ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Bedingung ^- < 0,01— für mindestens ca. 10 min erfüllt ist. Dadurch kann aus-

At s

geschlossen werden, dass noch zu hohe Temperaturen vom Hochlaufen der Kupplung 105 erfasst werden. Zyklische Lastschwankungen mit konstanter Temperatur 3^ der Kupplung 105 können so aber erfasst werden. Es wird davon ausgegangen, dass sich die Lastdrehzahl bei einem Lastwechsel sinusförmig ändert.

Ist obige Bedingung erfüllt, so wird in einer bevorzugten Ausführungsform alle ca. 6 h ein Wert in einen FIFO-Speicher geladen, der beispielsweise ca. 100 Werte beinhaltet. Für n ₂ muss beim Abspeichern der Mittelwert der letzten 10 min benutzt werden. Aus diesem FIFO-Speicher kann dann ein Mittelwert für k ^* m gebildet werden.

Im stationären, also Betrieb, also im eingeschwungenen Zustand kann dann der Fül- lungsverlust dann wie folgt festgestellt werden:

Dabei gilt:

m: Steigung der Nennschlupfgerade

0n ₂ : Mittelwert der Ausgangsdrehzahl über die letzten ca. 10 Minuten

{pk- m) : Durchschnitt der letzten ca. 100 Werte von (k - m)

Der Faktor 0,75 rührt daher, dass der Unterschied der Steigung bei der konstanten Füllung üblicherweise nicht größer als 25% ist. In anderen Ausführungsformen kann ein modifizierter Faktor verwendet werden, um eine gegebene Kupplung 105 verbessert darzustellen.

Wurde ein verringerter Füllgrad bestimmt, so kann ein entsprechendes Signal ausge- geben werden. Das Signal wird bevorzugt erst ausgegeben, wenn der Füllgrad einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.

Im oben beschriebenen Verfahren 200 wird im Schritt 210 die in die Kupplung 105 eingebrachte thermische Leistung auf der Basis der über die Kupplung 100 übertragenen mechanischen Leistung bestimmt. Die mechanische Leistung kann gemessen oder mittels eines Verfahrens bestimmt werden.

Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Bestimmen einer über eine hydrodynamische Kupplung 105 übertragenen Leistung. Das Verfahren 400 kann insbesondere integriert mit dem Verfahren 200 von Figur 2 durchgeführt werden. In einem Initialisierungsschritt 405 werden bevorzugt wenigstens eines von einer maximalen Betriebstemperatur 9^ der Kupplung 105, einer Größe der Kupplung 105, vorzugsweise anhand ihres Durchmessers oder eines bekannten Kupplungstyps, einem Betriebsmedium und einer Angabe, ob eine Dichtung 140 mit dem Material Viton ver- wendet wird, bereitgestellt. Als Betriebsmedien kommen üblicherweise Öl und Wasser in Betracht. In einem Schritt 410 wird das Betriebsmedium analysiert. Handelt es sich um Wasser, so wird 3 _{B m X} in einem Schritt 415 auf einen vorbestimmten °C-Wert gesetzt und das Verfahren 400 fährt mit einem Schritt 445 fort. Andernfalls wird in einem Schritt 420 bestimmt, ob als Material der Dichtungen 140 Viton verwendet wird. Ist dies nicht der Fall, so wird von einem Dichtungsmaterial wie NBR ausgegangen und 3 _{B m X} wird in einem Schritt 425 auf einen vorbestimmten °C-Wert gesetzt. Anschließend fährt das Verfahren 400 mit dem Schritt 445 fort. Wird hingegen Viton verwendet, so kann 3 _{B m X} anhand der Kupplungsgröße bestimmt werden. In einem Schritt 430 wird bestimmt, ob der Kupplungs- durchmesser einen vorbestimmten Kupplungsdurchmesser unterschreitet. In diesem Fall wird in einem Schritt 435 3 _{B max} bevorzugt auf vorbestimmten °C-Wert gesetzt. Für

Kupplungen 105 mit einem größeren Durchmesser kann <9 _{5 max} auf einen anderen vorbestimmten °C-Wert gesetzt werden. In beiden Fällen fährt das Verfahren 400 mit dem Schritt 445 fort.

Im Schritt 445 werden die Temperatur 3^ des Fluids 130 der Kupplung 105 und die Temperatur 3 _Umg der Umgebung der Kupplung 105 abgetastet. In einem nachfolgenden Schritt 450 wird dann die Kupplung 105 übertragene relative Leistung wie folgt bestimmt:

Last , relativ

Beträgt beispielsweise die Kupplungstemperatur 3^ =78°C, die Umgebungstempera- ^{tu r ,9} c/mg ^{= 3 1} ° ^{c u n d} ^max =95°C, so ist die relative Last:

( 78 - 31 Y ₌

Last, relativ I "2 γ I

In einer weiteren Ausführungsform kann an Stelle der relativen Leistung auch die absolute Leistung an der Kupplung 105 wie folgt bestimmt werden: P [kW] = λ ^* p _F | _Uid ^* ωι ^{3 *} Dp ^{5 *} z

mit:

D _P : Profildurchmesser

an: =ΠΝ z: Kreislaufanzahl. Sind ein Pumpenrad und ein Turbinenrad vorgesehen, so ist z=1 , sind jeweils zwei vorgesehen, beträgt z=2.

λ =m ^* s

m: Steigung der Nennschlupfgerade

Die Steigung der Nennschlupfgerade m kann wegen unterschiedlicher möglicher Wärmeabfuhr üblicherweise nur ungenau bestimmt werden, sodass die Leistung nicht sehr genau bestimmt werden kann. In einer alternativen Ausführungsform kann eine hinterlegte Nennschlupfgerade verwendet werden, die auf der Basis einer Eingabe einer exakten Füllung der Kupplung 105 mit Fluid 130 aus einer Schar hinterlegter Nennschlupfgeraden ausgewählt werden kann. Allerdings weist die Nennschlupfgerade üblicherweise einen abknickenden Verlauf auf, sodass durch die Näherung einer konstanten Steigung ein wesentlicher Fehler in die Bestimmung eingetragen werden kann. Darüber hinaus können noch weitere Fehler (z. B. die Viskosität des Fluids 130) die Bestimmung beeinträchtigen.

Zur weiter verbesserten Steuerung der Kupplung 105 können noch weitere Parameter bestimmt werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, Parameter zu bestimmen, die auf eine verbleibende Lebensdauer von Elementen wie des Fluids 130 oder eines Lagers 135 hinweisen.

Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Bestimmen einer verbleibenden Lebensdauer des Fluids 130. In einem Initialisierungsschritt 505 wird die Art des Fluids 130 bestimmt. Üblicherweise gibt dazu eine Bedienperson einen entspre- chenden Wert in die Endeinrichtung 160 ein. Interne Zähler und Inkrementatoren des Verfahrens 500, die anschließend noch genauer beschrieben werden, werden bevorzugt im Schritt 105 zurückgesetzt. Der Schritt 105 muss üblicherweise jeweils nach dem Einfüllen von neuem Fluid 130 in die Kupplung 105 durchgeführt werden. Anschließend wird eine Schleife von Schritten 510 bis 530 bevorzugt periodisch durchlaufen, beispielsweise alle 10 Sekunden. Im Schritt 510 wird die Temperatur θ _ν τκ des Fluids 130 der Kupplung 105 abgetastet. Anschließend wird im Schritt 515 ein aktueller Belastungswert bestimmt. Dazu wird bevorzugt zur bestimmten Temperatur in einer Tabelle 535 oder 540 ein Wert nachgeschlagen, der mit der Länge des Intervalls zwi- sehen zwei Messungen multipliziert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die beispielhafte Tabelle 535 verwendet, falls das Fluid 130 laut dem Initialisierungsschritt 505 ein Synthetiköl umfasst, und die beispielhafte Tabelle 540, falls es Mineralöl umfasst. Handelt es sich beim Fluid 130 um Wasser, so kann die Bestimmung der Lebensdauer des Fluids 130 ausgesetzt werden.

Beispielsweise führt bei einem Intervall At von 10 Sekunden eine bestimmte Tempera- tur SVTK des synthetischen Fluids 130 von 148 °C zu einem Tabellenwert von 64, sodass der aktuelle Belastungswert 10 s ^* 64 = 640 s beträgt.

In einem Schritt 520 werden aktuelle Belastungswerte, die in n Schleifendurchläufen seit dem letzten Initialisierungsschritt 505 bestimmt wurden, aufsummiert. Der Nut- zungsgrad k des Fluids 130 bestimmt sich dann im Schritt 525 beispielsweise zu ^k - ¹ ) ^be" stimmt werden.

Beträgt k<1 , so ist die maximale Lebensdauer des Fluids 130 noch nicht erreicht. An- dernfalls kann im Schritt 530 ein Hinweis auf die abgelaufene Lebensdauer des Fluids 130 ausgegeben werden.

Figur 6 zeigt ein Ablaufdiagramm 600 eines Verfahrens zum Bestimmen einer verbleibenden Lebensdauer bzw. eines Nutzungsgrads eines Wälzlagers 135. In einem Initia- lisierungsschritt 605 werden bevorzugt wenigstens eines von der Größe der Kupplung 105, vorzugsweise anhand ihres Durchmessers oder eines bekannten Kupplungstyps, einer Nenndrehzahl n _N , einem Verbindungskupplungstyp, einer Art eines Wälzlagers 135 und einer Erlebniswahrscheinlichkeit festgelegt. Der Verbindungskupplungstyp kann beschreiben, wie Verbindungen auf der Eingangsseite 1 15 und der Ausgangssei- te 120 ausgeführt sind. Beispielsweise kann die Kupplung 105 so ausgeführt sein, dass ihr Gewicht auf die Eingangsseite 1 15 und die Ausgangsseite 120 verteilt wird, wenn die Drehachse 125 horizontal liegt (Ausführung„GPK"). Weitere Ausführungsformen sind auch möglich. Die Art des Wälzlagers 135 kann beispielsweise angeben, ob es sich um ein ein- oder zweiseitig abgedichtetes Lager handelt, das etwa als Dau- erläufer ausgelegt ist, oder etwa ein mit erhöhter Lagerluft ausgeführtes Lager umfasst.

Eine nominelle Erlebniswahrscheinlichkeit L' _10h ist abhängig vom Kupplungstyp und dem Kupplungsdurchmesser. In hinterlegten Tabellen, wie beispielshaft in Fig. 6 in 610 und 615 skizziert, sind Erlebniswahrscheinlichkeiten hinterlegt, die in Abhängigkeit eines Kupplungsdurchmessers aus einer Kennlinie eines ersten Diagramms 610 oder eines zweiten Diagramms 615 ausgelesen werden können.

Das erste Diagramm 610 betrifft Kupplungen 105 des Typs EPK, ENK bzw. EEK. Die- se Kupplungen 105 umfassen klassische Steckkupplungen mit Elastomer-Elementen, die eine Verlagerung elastisch in Elastomeren aufnehmen. Die Nabe der VTK wird z. B. auf die Getriebewelle aufgezogen und die Einbau- und Betriebsverlagerungen werden elastisch„überbrückt" / aufgenommen. Abhängig von der Elastomer-Kennlinie entstehen Rückstellkräfte zwischen den Kupplungsteilen, die sich auf der Lagerung der VTK abstützen.

Das zweite Diagramm 615 betrifft Kupplungen 105 des Typs GPK (Ganzmetall-Paket- Kupplung). Diese Kupplung umfasst eine VTK-Kupplung mit einer kardanischen Aufhängung zwischen zwei Gelenken. Diese Gelenke umfassen wechselseitig verschraub- te Federstahlringscheibenpakete als elastisch verformbare Elemente. Eine GPK- Kupplung verlagert sich nur winklig und axial in jedem der beiden Kupplungselemente 1 15, 130 und ist in radialer Richtung und in Drehrichtung sehr steif. Reaktionskräfte aus der Verlagerung der GPK-Elemente sind sehr gering. In beiden Diagrammen 610, 615 wird von einer Kupplung 105 mit konstanter Füllung an Fluid 130 ausgegangen (Kennbuchstabe T). Die in den Diagrammen 610, 615 dargestellten Kurven sind jeweils bestimmten Durchmessern von Kupplungen 105 zugeordnet und Teil der Typenbezeichnung sein kann. Anschließend wird eine Schleife von Schritten 620 bis 645 bevorzugt periodisch durchlaufen, beispielsweise alle 5 Sekunden. Im Schritt 620 wird die Temperatur θ _ν τκ des Fluids 130 bestimmt. Im nachfolgenden Schritt 625 wird auf der Basis der Temperatur ein Temperaturfaktor f _T em bestimmt:

Es kann eine Anfahrhäufigkeit berücksichtigt werden, indem im Schritt 630 ein Zeitverhältnis der Anfahrhäufigkeit beispielsweise wie folgt bestimmt wird:

Betriebszeit Anfahren

w = , wobei die Betriebszeit „Anfahren gezahlt wird, falls die

Betriebs ze itGesamt

Drehzahl n ₂ der Ausgangsseite 120 unter einem vorbestimmten Schwellenwert, bei- spielsweise 0,87 ^* n _N , liegt, andernfalls wird die Betriebszeit Gesamt gezählt. Anschließend kann im Schritt 635 der Anfahrhäufigkeitsfaktor f _Anf a _h r bestimmt werden. Dieser kann auf der Basis von Berechnungswerten bestimmt werden, die in Form einer zeitabhängigen Kurve angegeben sind.

Die Kurve kann bestimmt werden, indem die Lagerlebensdauer für eine Anfahrzeit beschrieben wird, Lagerlebensdauern für längere Anfahrzeiten ermittelt werden, die Lebensdauern zur Bildung von Faktoren zur Beschreibung der Reduzierung verwendet werden und die Faktoren durch ein Polynom beispielsweise sechsten Grades zeitabhängig beschrieben werden.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass im Schritt 640 ein Schlupf der Kupplung 105 berücksichtigt wird. Dazu wird bevorzugt ein Schlupffaktor f _Sch iu _f bestimmt:

f Schlupf = ^• 100.

Dabei handelt es sich bei I und b um vorbestimmte Zahlenwerte und bei f _s um eine Funktion in Abhängigkeit von s.

Im Schritt 645 kann dann die Belastung des Wälzlagers 135 wie folgt bestimmt werden: t aktuell ^~ ~* ^{S '} fremp ^' fAnf hr ^' f Schlupf ^{' ö} l ^{' ö} 23 mit:

a1 : Faktor für die Erlebniswahrscheinlichkeit

a23: Faktor für die Viskositätsabhängigkeit

Im hier beschriebenen Beispiel wird von einer periodischen Bestimmung alle 5 s ausgegangen; in anderen Ausführungsformen kann auch eine häufigere oder weniger häufige Bestimmung erfolgen. Die oben genannten Faktoren sind dann entsprechend an- zupassen. Sollte einer der oben beschriebenen Faktoren (bzgl. Temperatur, Anfahrhäufigkeit oder Schlupf) nicht erhoben werden, so kann er mit einem abgeschätzten Wert zu Grunde gelegt werden. Die seit dem letzten Lagerwechsel kumulativ aufgetretene Belastung wird fortlaufend über alle aktuellen Belastungen aufsummiert: yn _t

Der Nutzungsgrad k der Lager berechnet sich zu: k =

Erreicht oder übersteigt k den Wert 1 , so kann eine Meldung ausgegeben werden, dass ein Wechsel des oder der Wälzlager 135 erforderlich ist. Andernfalls kann eine Restlaufzeit ausgegeben werden. ufzeit des Lagers t berechnet sich zu:

Dabei ist die bisherige Laufzeit einfach die aufsummierte Zeit (ohne Faktoren) seit dem letzten Lagerwechsel, während derer die Bedingung n2 > 0 erfüllt war. Wird das Wälzlager 135 der Kupplung 105 gewechselt, so wird insbesondere t auf null gesetzt. Weitere Variablen können ebenfalls zurückgesetzt werden. In noch einer weiteren Ausführungsform wird eine Zeit bis zum nächstmöglichen Hochlauf der hydrodynamischen Kupplung 105 bestimmt.

Figur 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines korrespondierenden Verfahrens 700. In einem Initialisierungsschritt 705 werden bevorzugt wenigstens eines von einer Nenndrehzahl n _N , einer Größe, einem Typ, einem Füllung mit Fluid 130 und einem Betriebsmedium der Kupplung 105 bestimmt. Als Größe kann ein Durchmesser verwendet werden. Als Füllung kann ein tatsächliches oder ein projektiertes Volumen von Fluid 130 angegeben werden. Anschließend werden Schritten 710 und 715 durchlaufen, entweder zeitgesteuert, beispielsweise alle ca. 5 oder ca. 10 Sekunden, oder ereignisgesteuert. Im Schritt 710 werden bevorzugt die Temperatur 3^ des Fluids 130, die Temperatur 3 _V der Umgebung der Kupplung 105 und die Abtriebsdrehzahl n ₂ bestimmt. Eine erforderliche Kühlzeit, in der die Kupplung 105 stillstehen sollte, bevor sie erneut anläuft, kann in einem Schritt 715 bestimmt werden. Die erforderliche Mindestabkühlzeit hängt zum einen von der Temperatur der Kupplung zum Zeitpunkt des Abstellens und der wirk- samen Wärmekapazität der Kupplung sowie der Umgebungstemperatur. Darüber hinaus kann vorgesehen sein auch eine Beladung und damit die Belastung der Kupplung beim Wiederanfahren zu berücksichtigen.

^ _Anfahr ^ = $ _VTK - $VTK, Start mit:

$VTK,max,beim,Hochlauf: ^m 3 ^X - ^W OI ^" t On θντκ ίϋπ 0 < Π ₂ < ((Δ^ 2 · S ^~ )/ ^N) < 0,001

SvTK.start: θΥΤΚ wenn n ₂ nach min. ca. 30 s erstmalig wieder >0 wird

Ferner kann für A _A nfahr,min nach einem Beladungszustand unterschieden werden. Als Kriterium kann herangezogen werden, dass n ₂ vor dem Abschalten

< -0,001 und der Mittelwert n ₂ ca. 5 s bis ca. 10 s vor dem Erreichen dieser Bedingung aus folgender Tabelle entnommen ist:

Anfahr min

1 ^* n _N > n ₂ > 0,995 ^* n _N 0,995 ^* n _N > n ₂ > 0,99 ^* n _N 0,99 ^* n _N > n ₂ > 0,985 ^* n _N 0,9 ^* n _N

FIFO-Speicher

z. B. 20 Werten

Die in der Tabelle gebildeten Intervalle für n ₂ sind rein exemplarisch. Es wird nur der Bereich bis zu 10 Prozent Schlupf betrachtet, da es um die Beurteilung der Beladung vor der Abschaltung geht. Ein längerfristiger Betrieb oberhalb von 10 Prozent Schlupf ist üblicherweise nicht möglich, da hierbei eine thermische Überlastung droht und die Kupplung auf Grund Ihrer Kennlinie abtriebsseitig kurzfristig zum Stillstand kommen kann.

Bezugszeichen

100 Kupplungssystem

105 hydrodynamische Kupplung

1 10 Steuervorrichtung

1 15 Eingangsseite

120 Ausgangsseite

125 Drehachse

130 Fluid

135 Wälzlager

140 Dichtung

145 erste Schnittstelle

150 Temperatursensor

155 zweite Schnittstelle

160 Endeinrichtung

165 Speichervorrichtung

Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Fluidfüllung einer hydro¬

200 dynamischen Kupplung

Abtasten Temperatur

205

Bestimmen Wärmeleistung

210

Bestimmen Lambda-Wert λ _Α

215

220 Bestimmen Füllgrad

Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Füllung einer hydrody¬

300

namischen Kupplung mit Fluid im stationären Betrieb

305 Initialisierungsschritt

310 Abtasten Temperatur

315 Bestimmen Füllgrad

Verfahren zum Bestimmen einer über eine hydrodynamische Kupp¬

400

lung übertragenen Leistung

405 Initialisierungsschritt

410 Betriebsmedium

415

420 Dichtungsmaterial umfasst Viton?

425

430 Abtasten Temperatur

Bestimmen übertragene Leistung

Verfahren zum Bestimmen einer verbleibenden Lebensdauer eines Fluids einer hydrodynamischen Kupplung

505 Initialisieren: Bestimmen Art des Fluids

510 Abtasten Temperatur

515 Bestimmen aktueller Belastungswert

520 Aufsummieren

525 Nutzungsgrad bestimmen

530 ggf. Meldung ausgeben

535 Tabelle Mineralöl

540 Tabelle Synthetiköl

Verfahren zum Bestimmen einer verbleibenden Lebensdauer eines Wälzlagers

605 Initialisieren

610 erstes Diagramm

615 zweites Diagramm

620 Abtasten Temperatur

625 Bestimmen Temperaturfaktor

630 Bestimmen Zeitverhältnis Anfahrhäufigkeit

635 Bestimmen Anfahrhäufigkeitsfaktor

640 Bestimmen Schlupffaktor

645 Bestimmen Lebensdauer

Verfahren zum Bestimmen einer Zeit bis zum nächstmöglichen Hochlaufen einer hydrodynamischen Kupplung

705 Initialisierungsschritt

710 Abtasten Temperatur

715 Bestimmen Wartezeit