用于运行具有液力耦合器的驱动系的方法技术领域
本发明涉及一种根据在权利要求1的前序部分中详细限定的类型
的、用于运行具有液力耦合器或者涡轮耦合器的驱动系的方法。
背景技术
根据独立权利要求的前序部分的驱动系由常见的现有技术公知。
驱动系通常由主驱动机构成，该主驱动机通过液力耦合器驱动工作机
器。该驱动系例如可以在工业驱动应用的范围内尤其是用于驱动带式
输送机、粉碎机或类似装置。
可以在根据权利要求1的前序部分的驱动系中运行的液力耦合器
或者涡轮耦合器例如由DE102004006358B4公知。在该文献中描述的
涡轮耦合器具有在该情况下非接触地实施的温度测量装置，从而在预
定的最大温度以上时，主驱动机(通过其借助耦合器来驱动工作机器)
在其功率中下降或者尤其是被切断。
尤其是当非接触式热测量装置根据所提到的德国专利文献被使用
时的优点在于：直接在运行介质中进行温度测量，并且因此可以非常
快速地识别出总是与驱动系的负载变化一起出现的温度变化。由于温
度值进而一起出现的载荷状态的非常直接的可使用性尤其可能的是，
以不同警告级别相应地通知设施操作员，从而在出现液力耦合器的热
过载之前，设施操作员可以降低或完全移除负载。
然而存在有原则上的问题。对于运行状态或载荷状态的动态变化
的情况来说，尤其是当设施由于液力耦合器的热过载而必须切断时存
在有如下危险，即，在重新启动设施的情况下还会非常快速地出现热
过载，这是因为设施的启动始终与液力耦合器中的相应的温度上升相
关联。于是，这种通过启动通常出现的温度上升可以尤其是在设施尚
未充分冷却时的情况下导致在启动之后很快又出现紧急切断，这是因
为再次达到了液力耦合器的热过载。这对于设施使用者来说是非常不
利的。
发明内容
现在，本发明的任务在于提出一种方法，该方法改进了按类属的
驱动系的运行，并且该方法尤其是避免了所提到的缺点。
根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征部分中的特征的方
法解决。根据本发明的方法的有利的设计方案和改进方案由余下的引
用独立权利要求1的从属权利要求得到。
现在，在根据本发明的方法中设置的是，经由温度检测装置至少
在驱动系的载荷状态和/或运行状态中变换的情况下检测温度。然后，
基于所检测到的温度以及在了解驱动系的新的载荷状态或者运行状态
的情况下计算出预期的温度曲线。然后，对预期的温度曲线的计算或
模拟可以用于当所计算出的温度曲线在新的载荷状态和/或运行状态的
预期的持续时间内温度超过预定的最大温度时输出针对主驱动机的警
告讯息或停止信号。也就是说，用于驱动系的温度调节配备有一定的“智
能”。并不是像至今为止那样仅凭借超过临界温度就使设施停机。而是
始终在动态变换的情况下，例如在从停机状态到起动过程的变换中，
在从起动过程到正常运行的变换中，在从以载荷1进行的正常运行到以
载荷2进行的正常运行的变换中以及在其他变换中进行对预期的温度
变化的预计算。在这种对预期的温度变化的预计算中加入如下新的状
态，也就是说例如在切断时间点预定的载荷的情况下的起动状态，或
者在载荷变换的情况下加入提高的载荷。只要所计算出的温度曲线位
于液力耦合器的预定的最大温度之下，那么就不进行干预。如果所计
算出的温度曲线接近上述这种温度，那么例如可以输出警告讯息，该
警告讯息要求设施使用者例如降低载荷。只有当明确知道所计算出的
温度曲线的最大温度肯定超过了涡轮耦合器的最大允许的温度时，才
触发停止信号并使驱动系停机。
此外，在根据本发明的方法的其他的非常有利的设计方案中可以
设置的是：在当前的温度大于所计算出的温度曲线的与该当前的温度
相应的值时，输出针对主驱动机的警告讯息和/或停止信号。预计算和
对预期的最大温度值的反应可以在根据本发明的方法中实现。而且现
在也可以跟踪液力耦合器的可借助当前温度测量的特性以多大程度地
相应于预计算出的温度曲线。如果是这种情况，并且在这些值之间始
终存在一定的安全间隔，那么不采取任何行动。如果不是这种情况，
并且如果当前测量出的温度值例如超过预计算出的温度曲线，那么通
常存在干扰，例如驱动系在起动过程期间封锁。其可以被非常快速地
检测到，并且用于生成针对主驱动机的警告讯息或者尤其是停止信号。
现在，在根据本发明的方法的其他的非常有利的设计方案中可以
针对主驱动机的从接通状态到切断状态的运行状态的变换的情况设置
的是，基于切断的时间点的载荷状态附加地算出在驱动系起动的情况
下的加温的起动温度曲线。在驱动系以相同载荷(该载荷在停机的时
间点中存在)重新起动时从温度曲线的模拟中于是可以获知最大的起
动温差，驱动系在起动的情况下以该起动温差最大地加温。现在，可
以在驱动系开启新的起动之前一直等待，直到所计算出的冷却的温度
曲线达到开启温度，该开启温度比最大温度要低了至少起动温差。由
此确保了液力耦合器能够接受在起动时出现的全部加温，而不会由此
超过最大允许的运行温度以及例如导致紧急切断。因此可以理想地克
服开头所描述的问题。
在此可行的是，开启温度的达到通过将当前相应检测到的温度与
所计算出的温度曲线的相应值进行比较来实现。为此的替选方案同样
是可想到的，其基于通过时间计数器来监控开启温度的达到。为此，
在切断驱动系时启动时间计数器。然后，一直等待直到时间计数器达
到能够实现重新起动的时间值，其中，液力耦合器一直冷却，直到液
力耦合器可以再次接受该起动温差。这可以一方面通过已经描述的模
拟实现，从而使时间计数器必须达到的时间值由温度曲线预定，也就
是作为达到开启温度的时间值。替选方案在于：时间值不依赖于这种
计算而是借助特征曲线族或特征曲线根据在驱动机的载荷以及切断时
间点的温度相应地预定。
例如，如果由模拟或经验已知驱动系在预定的载荷的情况下在起
动期间在液力耦合器的区域中加温了50开的温度值，那么必须从主驱
动机被切断的温度出发地进行冷却，该冷却导致达到低于最大允许的
运行温度至少50开的温度值。随后才设置开启信号并且驱动系重新启
动。
此外，按照根据本发明的方法的非常有利的改进方案现在可以设
置的是，在计算温度曲线时考虑液力部件的环境温度。这尤其是对于
液力耦合器的冷却特性，也就是从运行到切断状态的动态变换来说是
非常重要的，这是因为环境温度在冷却特性中进而在获知开启温度或
直至开启温度的持续时间中都扮演了重要角色。
此外，在其他的非常有利的设计方案中现在可以设置的是，依赖
于伴随着温度值出现的温度梯度地对由温度检测装置检测到的当前温
度进行修正。温度测量通常发生一定的时间延迟。因此，在液力耦合
器内部中的温度测量通常也是这样，这是因为最大温度并不出现在其
被测量到的时间点上，而是通常在这之前就已经出现。因此，所检测
到的温度值可以依赖于温度梯度地得到修正进而改进运行方法的准确
性。在此，在这种构思的有利的改进方案中设置的是，修正值与温度
梯度成正比，这是因为快速变化的温度需要较高的修正值。
此外，在根据本发明的方法的非常有利的设计方案中现在还可以
设置的是，从最大运行温度起，通过减小驱动功率和/或载荷来降低液
力耦合器的负载，其中，最大运行温度低于最大温度。在该非常有益
且有利的改进方案中可以预定最大运行温度，从该最大运行温度起，
以减小驱动功率和/或载荷来抵抗进一步的温度升高，以便因此尽可能
避免驱动系的不必要的切断进而避免不必要的停机时间。此外，在这
种构思的其他非常有利的设计方案中现在可以设置的是，在大于最大
运行温度但小于最大温度地预定的警告温度的情况下彻底地减小载
荷。利用这种载荷减小可以有意义地抵抗进一步的加温，因此，必要
时还可以避免系统由于超过最大温度而被紧急切断，这又提供了驱动
系的改进的可使用性。
此外，在其他的非常有利的设计方案中现在可以设置的是，液力
耦合器经由达到最大温度之上的温度地设计的保险丝螺栓来保护。这
种保险丝螺栓如其例如由现有技术公知的那样可以存在于任何情况。
理想的是，该保险丝螺栓达到最大温度之上的温度值地设计，从而在
根据本发明的方法的有意义的功能中，该保险丝螺栓通常不起作用。
只有当根据本发明的方法失效时，该保险丝螺栓才起作用，这是因为
例如不能检测到各个测量值，能量输入被取消或类似状况。在这种情
况下，在最大温度之上的温度的情况下，由于保险丝螺栓的熔化和工
作介质与之相关地从液力耦合器中排出而强制性地实现驱动系中的驱
动机与工作机器的分开。
如已经提到的那样，对液力耦合器中的温度的测量可以经由液力
耦合器中的测量以及将测量值非接触式地传递到静态的评估单元中实
现。类似于开头提及的德国专利，该结构是非常简单且有效的，这是
因为其可以非常直接且特别快速地检测液力耦合器中或者存在于液力
耦合器中的工作介质中的温度值。原则上，液力耦合器可以是各种类
型的液力耦合器，例如液力变扭器，或者尤其是液力耦合器或者液力
涡轮耦合器。
附图说明
根据本发明的方法的实施例的有利设计方案借助下面参照附图详
细地描述的实施例更加清楚。其中：
图1示出具有液力耦合器，尤其是涡轮耦合器的按原理示出的驱动
系，在该驱动系上可以实现根据本发明的方法；
图2示出用于根据本发明方法的简化的流程图；
图3以可能的详细的设计方案示出根据图2的流程图；
图4示出一个图表，其示出了对驱动系加速的模拟；并且
图5示出一个图表，其示出了对驱动系冷却特性的模拟。
具体实施方式
在图1的示图中非常示意性且纯示例性地看到驱动系1。驱动系1
被如下地构建，即，其具有液力耦合器2，尤其是涡轮耦合器(VTK)。
通过主驱动机3，经由示出的传动装置4来驱动工作机器5，其中，涡
轮耦合器2可以是传动装置4的一部分，或者是附加于这种类型的传
动装置的或替代这种类型的传动装置4的独立的构件。工作机器5例
如可以是在静态区域中的工作机器5，尤其是带式输送机、碎纸机或类
似装置。涡轮耦合器2具有在涡轮耦合器2的区域中示出的非接触式
的热测量装置6。非接触式的热测量装置(BTM)6与接收装置7通讯，
该接收装置与评估设备(AWG)8形成通讯式接触或者是该评估设备
的一部分。通过评估设备8相应地评估由非接触式的热测量装置6发
送的温度信号，并且评估设备尤其是可以实现对主驱动机3，尤其是电
动马达的驱控。这通过在评估设备8与主驱动机3之间的箭头相应地
示出。同时，评估设备8可以从外部接收信号，例如启动信号或类似
信号。这通过以9标示的双箭头相应示出。通过双箭头9中的另一方
向应该示出的是，可以向外部发出评估设备8的信号，例如关于超过
预定的温度或类似情况的警告信号。
此外，在图1的原理图中可以看到在涡轮耦合器2的区域中的保
险丝螺栓(SSS)20。其由通常的现有技术公知，并且是防止涡轮耦合
器2过热的最终的保护机构，其方法是，工作介质熔化熔融焊料并且
相应地排出到环境中，由此，力传递由于涡轮耦合器2中的费丁格尔
循环回路中断。
下面，结合运行状态或者载荷状态的动态变化的所选示例来阐明
用于驱动系1的根据本发明的运行方法。在这种情况下，运行状态更
确切地说由于从关断的运行状态到起动的运行状态的变换才发生变
化。然而，其他的每种动态变化都是类似地进行，从而对于本领域技
术人员来说这样一个示例已足够用于理解根据本发明的方法。
在图2的示图中示出用于驱动系1，尤其是用于驱动系1的涡轮
耦合器2的简化流程。从由外部预定的启动信号出发，例如在评估设
备8的区域中进行相应的处理，该相应的处理具有并执行逻辑步骤。
在经过用于初始化的短暂的等待时间之后，在方法流程中首先检查的
是：在方法流程继续进行下去之前，是否遵循由于超过预定的最大温
度而可能进行切断之后的相应的冷却时间。在检查评估设备8的功能
之后，电动马达3作为主驱动机机组3启动。随后，在继续检查测量
装置6的温度信号的可靠性之前，度过用于克服启用的短暂的等待时
间。随后，在最初5秒内检查最小需要的起动温差，并且随后出现是
否为额定运行或起动或者封锁的不同情况。在起动或者封锁的情况下
进行温度信号的修正，而这在额定运行中是不需要的。随后，将温度
与预定的最大温度比较，并且当温度值位于预定的最大温度以下时，
方法流程伴随着检查温度信号的可靠性地重新启动。如果不是这种情
况，那么就切断电动马达，也就是进行系统的紧急切断。
随后，在可能手动地和/或自动地执行对驱动系1或者电动马达3
的再启动之前，伴随着对由于超过预定的最大温度而可能切断之后的
冷却时间进行检查地再次启动。通过检查冷却时间并且必要时使再启
动延迟实现的是，由于不可避免的起动温差而立刻再次进行紧急切断，
这是因为当前的温度值加上所需的起动温差仍超过最大温度。
现在，借助图3a至图3c详细地描述且阐明流程，其中，为了简
化示图而预先定义以下缩写和公式：
温度：
·IBTM/θBTM：模拟的BTM输出(4mA...20mA＝0℃...
200℃)。
·θ环境：耦合器的环境温度。
·θVTK：“真实的”(修正的)耦合器温度，向操作者示出。
·Δθ/Δt：温度梯度(温度上升)，根据公式1(见下文)算
出。
·Δθ起动,最小：所需的起动温差，以便使工作机器可以在相应的
当前负载的情况下起动。
·θ1：最大运行温度(θB最大)，其中，负载应当减小。
·θ2：温度，其中，负载必须移除。
·θ3：最大峰值温度(θSP最大)，其导致切断设施。
时间/计时器(时间计数器)
·t切断：在过热(超过θ3)时启动的计时器
·t冷却：在耦合器2过热之后为使其能够再次起动而所需的冷
却时间与任务相关且依赖于当前负载地确定。
·t启动：在启动电动马达时启动的计时器
·t克服：克服启用(例如直至转速超过3001/min)。如果在逻
辑输出“启动电动马达”时电动马达没有立刻启动，那么必须
加上该时间。
·t启用：设施的最大启用时间，由模拟和10s的安全附加值算
出
·t封锁：在识别出起动/封锁时启动的计时器
·t剩余：在封锁直至切断设施期间的剩余时间
·t·nθ1：在超过θ1时启动的计时器
·tnθ2：在超过θ2时启动的计时器
·t克服：在从起动/封锁过渡到额定运行且同时进行冷却时首次
启动的计时器。
标记：
·M热：标记，当设施由于过热而切断时(＝1)
公式：
·公式1：t2＝t1+2s
·公式2：θVTK＝(3·Δθ/Δt)+10K+θBTM
·公式3：θVTK＝(1.5·Δθ/Δt)+5K+θBTM
·公式4：
其中：t1：当前时间点
θBTM,t1：在时间点t1的温度
t2：在当前时间点之前2s
θBTM,t2：在时间点t2的温度
在程序运行期间，下面的值持续地读入到评估设备8中：
·IBTM/θBTM：在输出设备上的模拟的BTM输出(4mA...
20mA＝0℃...200℃)。
·θ环境：耦合器2的环境温度。当在正确的应用情况下可以排
除0℃以下的温度时，该输入可以在程序内设置为持续地>0℃。
·P载荷：设施的按百分比的当前负载。该值可以在设施侧例如
经由马达电流算出，或者作为选择开关(120％、100％、90％、80％、
70％、60％)由操作人员输入到控制器中。该输入需要用于使t冷却和θ
起动,最小匹配于当前的负载条件(见下面的表格)。如果不期望这种分级，
那么可以采用固定值P载荷＝100％。
此外，其他的值通常借助驱动系1的结构大小地或者在涡轮耦合
器2中的且利用该涡轮耦合器传递的功率相应预定，并且存储在评估
设备8的区域中。
·t克服：克服启用(例如直至外部部件的转速为3001/min)。
·t启用：设施的最大启用时间，由涡轮模拟和10s的安全附加
值算出。
·θ1：最大运行温度(θB最大)，其中，负载应当减小。
θ1＝95℃，具有NBR密封件(丁苯橡胶)
θ1＝120℃，具有FPM密封件(氟橡胶)，针对VTK≤750
θ1＝105℃，具有FPM密封件(氟橡胶)，针对VTK>750
·θ2：温度，其中，必须完全移除负载，在此，应该选择出
在θ1和θ2之间的合理的分级
·θ3：最大峰值温度(θSP最大)，其导致设施切断
θ3＝θSSS-15℃
评估设备8与作为主驱动机的电动马达3的通信通常是不完善的，
这是因为仅必须向该评估设备传达对电动马达3的启动开启或立刻切
断。
现在，基于上面描述的缩写和值，图3a至3c借助示例性的可能
的实施方案详细地阐述了在图2中简要示出的流程。下面为了更好的
理解附图应该仅在几点上详细地讨论。
图3a再次示出了步骤1至9。总体来说，以启动指令来启动驱动
系1运行，对此，在步骤1中接通电压供应之后将标记M热设置为0。
在步骤3中检查标记M热是否被设置为0(也就是说，启动过程在不久
之前才开始或没有开始)之前，在步骤2中等待10s的时间段。如果不
是这种情况，那么步骤3通常以下面还将详细阐述的方式和方法通过
以D标示的区域引入并在之前存在电动马达3的由温度引起的切断。
在这种情况下，将切断计时器与冷却计时器比较，其中，切断计时器
以由温度引起的切断启动，并且冷却计时器以下面还将详细阐述的方
式和方法作为值预定。
要么输出如下警告，即，涡轮耦合器2过热，并且以理想方式可
以输出用于仍然需要的冷却的剩余时间。如果切断计时器的值已经大
于预定的时间值t冷却，那么将标记M热设置为0，计时器t切断停止并且
同样设置为0。然后，步骤3重新启动并且由于M热被设置为0而直接
执行第一查询。在步骤4中，评估设备8的功能被检查，其方法是，
查询非接触式的热测量装置6的基础电流值。如果该基础电流值位于
预定的阈值之上，那么一切正常，如果不是，那么输出相应的报警并
生成故障讯息。
然后，电动马达3被启动并等待一定的克服时间。然后，在步骤
7中检查测量装置6的温度值的可靠性，其方法是，查询经由测量装置
6提供的电流是否位于特定的范围中。如果是这种情况，那么一切正常，
如果不是，那么输出相应的警告讯息并且电动马达3被再次停止。如
果环境温度过低，那么为了加热耦合器或者说涡轮耦合器而进行等待。
然后，在步骤8中检查针对最初5秒的最小起动温差，其中，在用于
起动的温度储备过小的情况下再次停止电动马达3，并且将标记M热设
置为1。然后跳回步骤3。否则进行启动并通过公式1进行温度梯度的
计算。然后，在步骤9中评估温度梯度是否相应地大或小，从而可以
选择在步骤9中以A和B区分的情况。在这种情况下，如在图2的示
图中概览地看到的那样，涉及到额定运行(B)或者在起动或封锁(A)
期间的运行。在图3b中，在a之后的流程以步骤10、11和必要时步
骤13详细说明。在步骤10中重新检查温度梯度是否超过10开/秒的第
二边界值。如果是这种情况，那么将温度梯度确定为10开/秒。如果不
是这种情况，那么直接启动计时器t封锁，否则该计时器在确定后启动。
通过时间查询计时器是否在5秒之下或之上来要么按照公式2要么按
照公式3来执行对涡轮耦合器温度的计算。然后在步骤11中，针对封
锁的情况输出相应的警告，并且必要时开始用于消除封锁的措施。随
后，通过公式4算出剩余时间并输出警告，从而在当前条件下，以通
过剩余时间算出的大小来进行。随后检查耦合器的温度是否确实超过
最大的温度边界值θ3。如果不是这种情况，那么相应跳回到点6与7
之间的点c。如果是这种情况，那么在步骤13中切断电动马达13并且
按照图3b中的示图设置相应的计时器。然后，在输出报警后跳回到步
骤3中，从而在充分冷却后可以重新启动电动马达3。在图3c的示图
中描述了针对额定运行的监控。在此主要进行温度监控，该温度监控
将需要降低负载的稍微提高的温度与需要全部移除负载的显著提高的
温度区分开。只有当未出现相应的措施时，才相应地类似于图3c中的
示图地调用用于停止电动马达3的步骤13，否则重新启动步骤6与7
之间的流程并且持续地执行。
现在，为了获知预定的时间值t冷却，尤其是依赖于载荷地例如执
行下面描述的模拟。这可以针对不同的载荷状态进行并且在此分别导
致不同的结果。在图4和图5中示例性地示出了仅针对100％的载荷的
过程。在图4的图表中看到多条单个的曲线。例如示出了马达转速10
和马达转矩11以及涡轮耦合器2的副转矩12。此外，在图4的示图中
还看到载荷转速的曲线13以及载荷转矩的曲线14。对于在此示出的观
测来说尤其关键的是涡轮耦合器2中的以15标示的温度曲线。可以看
到的是，在起动过程中，从图表的左端起，转速快速升高并且传递到
涡轮耦合器2上的转矩同样升高，直到在起动过程结束之后涡轮耦合
器在载荷力矩14的范围中趋于平稳。该起动过程或者说启用在图4的
示图中以用16标示的箭头示出，并且仅示例性地为38秒。同时可以
看到的是，涡轮耦合器2的温度在正常的运行期间从图表中最左边的
温度起始值上升到恒定的温度值。该温度上升通过以17标示的箭头示
出，并且标示出所需的起动温差Δθ起动,最小，该起动温差于在此示出的实
施例中是58开。在此，在由于达到最大温度θ3而被切断时，其他的
参量，例如涡轮耦合器的环境温度和涡轮耦合器的启动温度随之进入
到图4所示的模拟中。在图5的示图中，现在可以在另一模拟中看到
涡轮耦合器2的冷却特性。涡轮耦合器2的温度曲线再次以附图标记
15标示出，在预定的载荷(在此为100％)的情况下，涡轮耦合器2
的允许的运行温度以附图标记18标示出。温度曲线15示出了在所描
述的条件下涡轮耦合器2的模拟的冷却。通过以17标示的箭头再次示
出58开的起动温差Δθ起动,最小，这意味着的是，至少必须相对于涡轮耦
合器2的允许温度18冷却58开，以便在起动时不会引起涡轮耦合器2
上的再次的过热和切断或者载荷下降。如果这个值输入到图表中，那
么针对温度曲线15上的相应的点得到时间轴线(其同样通过箭头19
示出)上的相应的值。这是预定的时间值t冷却，其在此处所示的实施例
中为7000秒。也就是说，在根据本发明的方法中，在流程的步骤3中，
将值t冷却预定为7000秒。这意味着的是，在根据预定的逻辑图实现重
新启动电动马达3之前，计时器t切断必须已经运行了7000秒。通过这
种预定能够实现设施的最大的可使用性，并且可以防止如下起动尝试，
其直接地又导致切断进而最终会导致在其中不能或不能完全使用设施
的总时长的延长。