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Dokumentenidentifikation DE102007039702B4 28.04.2011
Titel Verfahren zur Bestimmung einer Betriebsinformation eines Getriebes eines Antriebs und System
Anmelder SEW-EURODRIVE GmbH & Co. KG, 76646 Bruchsal, DE
Erfinder Bader, Antonius, 76646 Bruchsal, DE
DE-Anmeldedatum 22.08.2007
DE-Aktenzeichen 102007039702
Offenlegungstag 26.02.2009
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse G01M 13/02  (2006.01)  A,  F,  I,  20070822,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse G01K 3/08  (2006.01)  A,  L,  I,  20070822,  B,  H,  DE
G01K 3/14  (2006.01)  A,  L,  I,  20070822,  B,  H,  DE
G01K 3/10  (2006.01)  A,  L,  I,  20070822,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Betriebsinformation eines Getriebes eines Antriebs und ein System.

Es ist bekannt mit Temperatursensoren die Temperatur eines Teils oder einer Umgebung zu erfassen.

Aus der US 5 852 351 A ist bekannt, eine Einheit mit zwei voneinander beabstandeten Sensoren an einem Elektromotor anzuorden, so dass verschiedene Temperaturen messbar sind.

Aus der DE 10 2004 002 492 A1 ist eine Betriebsdatenerfassung zur Bewertung der thermischen Bauteilbelastung von Kraftfahrzeugkomponenten bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Anlagen die Überwachung weiterzubilden und/oder somit die Ausfallzeiten zu verringern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei dem System nach den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zur Bestimmung einer Betriebsinformation eines Antriebs sind, dass die Temperatur eines Teils des Antriebs und die Temperatur der Umgebung des Antriebs erfasst wird,

zeitlich wiederholend die Differenz der beiden Temperaturen bestimmt wird,

und der aktuelle Wert der Differenz und/oder aus dem zeitlichen Verlauf der Differenz Betriebsinformation des Antriebs bestimmt wird.

Von Vorteil ist dabei, dass eine von den elektrischen Leitungen des Antriebs völlig unabhängige Überwachung ausführbar ist. Denn es sind nur zwei Temperaturen zu erfassen zur Erlangung der Betriebsinformationen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als Betriebsinformation ein Alterungswert, eine Ölalterungswert, die stattgefundenen Betriebsstunden des Antriebs, eine Restlaufzeit, ein Wartungstermin oder dergleichen bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass aus Temperaturen ein solcher Wert für den Antrieb bestimmbar ist. Insbesondere ist die Alterung abhängig von der Abnutzung der Zähne von Verzahnungsteilen des Getriebes. Wenn also ein kritischer Wert von Abnutzung, also Alterungswert des Getriebes, erreicht ist, besteht eine erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit für das Getriebe. Die Abnutzung gehört also zum Alterungswert des Getriebes. Der Stärke der Abnutzung bestimmt das Alter des Getriebes. Die Abnutzung, also Alterung, ist erfindungsgemäß durch bloßes Bestimmen der Temperaturen erreicht. Es ist keine Geräuschmessung oder eine visuelle Beobachtung der Zahnflanken notwendig sondern es genügt, die Temperatur und die Umgebungstemperatur zu bestimmen. Es ist dem Fachmann klar, dass die Betriebsweise des Getriebes geeignet zu wählen ist, damit die Ausführung der Erfindung fehlerfrei funktioniert. Insbesondere ist die Fehlerfreiheit dann gewährleistet, wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei Einschaltvorgängen größer ist als die thermische Zeitkonstante des Getriebes. Außerdem ist die Fehlerfreiheit dann gegeben, wenn im Betrieb das Getriebe möglichst nur wenige Betriebspunkte annimmt und diese jeweils länger als die thermische Zeitkonstante des Getriebes bestehen. Der Wechsel selbst darf schnell erfolgen, jedoch sollte der zeitliche Abstand zwischen den Wechseln vorteiligerweise größer als die thermische Zeitkonstante des Getriebes sein. Somit ist mittels Bestimmen der zeitlichen Ableitung der Wechsel, beispielsweise beim Startvorgang, gut und fehlerfrei detektierbar. Ebenfalls ist ein Belastungswechsel detektierbar.

Aber auch wenn die Wechsel der Betriebspunkte schneller aufeinander erfolgen, ist das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar, wobei allerdings nur die gleitenden Mittelwerte der Belastung bemerkbar sind, insbesondere mit einer Mittelwertbildung über einen mit der thermischen Zeitkonstante vergleichbaren Bereich.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die jeweils aktuell bestimmte Differenz verglichen mit einem ersten kritischen Wert. Von Vorteil ist dabei, dass eine Überwachung des Drehzustandes des Getriebes ausführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird aus der jeweils aktuell bestimmten Differenz ein Wert für Belastung bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass die Bestimmung ohne drehmomenterfassende Messgeräte oder Modellwerte einer von einem Umrichter umfassten Regelung ausführbar ist. Insbesondere ist keine elektrische Verbindung zum Elektromotor und/oder Umrichter des Antriebs notwendig.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird aus dem Wert der jeweils aktuell bestimmten ersten zeitlichen Ableitung des zeitlichen Verlaufes der Differenz durch Vergleichen mit einem zweiten kritischen Wert das Starten des Antriebs festgestellt und es wird die Anzahl dieser Startvorgänge bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass wiederum ohne elektrische Verbindung mit bloßer Temperaturbestimmung das Starten des Antriebs bemerkbar und solche Ereignisse zählbar sind. Somit ist bei Erreichen einer kritischen Zahl an Startvorgängen eine Warnung, ein Alarm und/oder eine Wartung auslösbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein belastungsabhängiger Funktionswert über die Betriebszeit integriert zur Bestimmung des Alterungswertes und/oder einer Restlaufzeit, insbesondere wobei das Integrieren zeitdiskret ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein Wert für Alter des Getriebes, insbesondere ein durch Alter der Verzahnung und/oder der Lager bestimmter Wert, bestimmbar ist. Somit ist auch eine Restlebensdauer abschätzbar, in welcher der Antrieb bei ähnlicher zukünftiger Betriebsweise wie in der Vergangenheit betreibbar ist ohne eine erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit. Für die Bestimmung ist überraschenderweise nur eine Erfassung von Temperaturen notwendig. In der Auswerteeinheit ist beim Auswerten vorteilhafterweise ein Parametersatz hinterlegt, der die thermische Zeitkonstante des Antriebs sowie kritische Werte und maximal erlaubte Werte an Alter oder Startvorgängen oder dergleichen umfasst.

Wichtige Merkmale bei dem System sind, dass es einen Antrieb und eine Auswerteeinheit umfasst,

wobei der Antrieb zumindest ein von einem Elektromotor angetriebenes Getriebe umfasst,

wobei ein Sensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur und ein Sensor zur Bestimmung eines Teils des Antriebs vorgesehen ist und die Signalleitungen mit der Auswerteeinheit verbunden sind.

Von Vorteil ist dabei, dass die Auswerteeinheit nur mit bloßen Temperatursensoren zu verbinden ist und somit sogar galvanisch getrennt ausführbar ist vom Elektromotor und gegebenenfalls vom diesen antreibenden Umrichter.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Auswerteeinheit Ausgänge, deren Signalzustand von den Bestimmungsmitteln und/oder Vergleichsmitteln der Auswerteeinheit bestimmt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Ausgänge mit einer Steuerung elektrisch verbindbar sind, wobei eine Warnung, ein Alarm oder eine entsprechende Notabschaltung auslösbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Auswerteeinheit Anzeigemittel. Von Vorteil ist dabei, dass ein Alterungswert, eine Restlaufzeit, die Betriebsstunden, eine prognostizierte Restlebensdauer und/oder eine Warnung oder ein Alarm ein Hinweis auf eine notwendige Wartung anzeigbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Auswerteeinheit keine Signaleingänge auf, die elektrisch mit dem Elektromotor oder einem diesen speisenden Umrichter verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Auswerteeinheit sogar als geschlossene Einheit am Getriebegehäuse anmontierbar ist, wobei sie an der Montageseite die Temperatur des Getriebes und an einer anderen Seite die Temperatur der Umgebung erfasst. Somit ist die Einheit in hoher Schutzart ausführbar und benötigt keinerlei elektrische Verbindungen.

In Weiterbildung ist die Auswerteeinheit mit einer Batterie oder einem anderen Energiespeicher ausführbar. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Versorgung der Auswerteeinheit mittels einer thermoelektrischen Quelle versorgbar. Hierbei wird die elektrische Energie für die Auswerteeinheit aus der Temperaturdifferenz des Teils zur Umgebung hin gewonnen, also aus einer Verlustenergieform des Getriebes.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bezugszeichenliste

1
Auswerteeinheit
2
Anzeigemittel
3
Ausgänge
4
Sensor
5
Gehäusedeckel
6
Zahnrad
7
Abtriebswelle
8
Getriebe
9
Antriebswelle

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes System schematisch skizziert.

Hierbei ist ein Getriebe 8 mit seiner Antriebswelle 9 und einem mit der Abtriebswelle 7 verbundenen Zahnrad 6 gezeigt. Weitere Verzahnungsteilen und/oder Zwischenwellen sind nicht dargestellt.

An einem Gehäusedeckel 5 ist ein als Temperatursensor ausgebildeter Sensor 4 montiert. Die Signalleitung des Sensors 4 führt nach außen zu einer Auswerteeinheit 1, die Anzeigemittel 2 und Ausgänge 3 umfasst.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 1 von einem Umrichter umfasst, insbesondere als Einsteckkarte ausgeführt.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 1 in einem von einem Feldgerät in einer Anlage oder von einem Rechner, wie PC, umfasst, insbesondere als Einsteckkarte ausgeführt.

Der Sensor detektiert die Temperatur des Getriebeöls oder eines anderen Teils des Getriebes, wie Gehäuse, Gehäusedeckel oder dergleichen. Es ist auch ein Infrarottemperatursensor einsetzbar, der die Temperatur eines drehenden Teils detektiert, wie beispielsweise das Zahnrad 6, insbesondere die Oberflächentemperatur dessen hervorstehender Zähne.

Darüber hinaus wird ein weiterer Temperatursensor vorgesehen, der die Umgebungstemperatur erfasst.

Die Sensorsignale werden der Auswerteeinheit zugeführt, die hieraus die Differenz der erfassten Temperatur des Öls oder Teils und der Temperatur der Umgebung bestimmt. Die Auswerteeinheit bestimmt aus dem Wert der Differenz und der Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Differenz Informationen.

Wenn die Differenz einen ersten vorgebbaren kritischen Wert überschreitet, ist festgestellt, dass das Getriebe betrieben wird, also die Abtriebswelle dreht. Dabei ist darauf zu achten, dass die Temperaturdifferenz im Wesentlichen ausschließlich durch die vom Getriebe übertragene Leistung und nicht durch andere Wärmequellen, wie beispielsweise absorbierte Sonneneinstrahlung, bewirkt ist.

Wenn die Differenz über einen vorgegebenen Mindestzeitraum im Wesentlichen konstant ist, ist von der Auswerteeinheit festgestellt, dass die Belastung konstant ist, also beispielsweise mit konstanter Drehzahl und konstantem Drehmoment betrieben wird.

Aus der Differenz wird von der Auswerteeinheit dann auch ein Wert für Belastung bestimmt, weil die Drehzahl und das Drehmoment im Wesentlichen konstant sind.

Auf diese Weise wird von der Auswerteeinheit eine Alterungswert bestimmt werden. Dabei wird die pro Zeiteinheit ein Alterungsfaktor bestimmt und Alterungswert des vorangegangenen Zeitschrittes addiert, um den aktuellen Alterungswert zu bestimmen. Dabei ist der Alterungswert als Funktion des Belastungswerts bestimmt, wobei der Alterungswert bei höherer Belastung größer ist als bei tieferer Belastung. Vorzugsweise ist die Funktion eine Exponentialfunktion, wobei der Exponent proportional oder umgekehrt proportional zur Belastung ist. Wenn also die Belastung nur gering ist, nimmt der Alterungswert langsam zu. Wenn hingegen die Belastung bei Nennlast oder darüber liegt, nimmt der Alterungswert sehr schnell zu. Bei Erreichen eines kritischen Wertes an Alterungswert wird eine Warnung oder ein Alarm und/oder eine Wartung von der Auswerteeinheit veranlasst. Darüber hinaus ist eine Prognose der Restbetriebszeit ausführbar, unter der Annahme, dass die zukünftige Betriebsweise der vergangenen ähnlich ist.

Außerdem wird zusätzlich von der Auswerteeinheit eine erste zeitliche Ableitung, also Differenzierung bestimmt. Wenn der Wert der zeitlichen Ableitung einen zweiten kritischen Wert überschreitet, ist bei geeigneter Wahl des zweiten kritischen Wertes feststellbar, dass der Antrieb gestartet wird.

Von der Auswerteeinheit ist ein Zählen der Startvorgänge ausgeführt. Auf diese Weise ist bei Erreichen einer maximal zulässigen Anzahl von Startvorgängen eine Warnung oder ein Alarm auslösbar und somit auch eine Wartung des Antriebs einleitbar.

Außerdem wird von der Auswerteinheit auf diese Weise die Anzahl der Betriebsstunden bestimmbar, wobei die Auswerteeinheit keinerlei elektrische Verbindung mit dem Elektromotor oder einem diesen speisenden Umrichter aufweisen muss.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt des Getriebes eine andere Komponente eines Antriebs, wie beispielsweise ein Elektromotor, verwendet. Dabei wird dann die Temperatur eines drehenden oder nichtdrehenden Teils des Elektromotors erfasst. Darüber hinaus wird ein weiterer Temperatursensor vorgesehen, der die Umgebungstemperatur erfasst.


Anspruch[de]
Verfahren zur Bestimmung einer Betriebsinformation eines Getriebes eines Antriebs,

wobei die Temperatur eines Teils des Antriebs und die Temperatur der Umgebung des Antriebs erfasst wird,

zeitlich wiederholend die Differenz der beiden Temperaturen bestimmt wird,

und der aktuelle Wert der Differenz und/oder aus dem zeitlichen Verlauf der Differenz Betriebsinformation des Antriebs bestimmt wird,

wobei aus dem Wert der jeweils aktuell bestimmten ersten zeitlichen Ableitung des zeitlichen Verlaufes der Differenz durch Vergleichen mit einem zweiten kritischen Wert das Starten des Antriebs festgestellt wird und die Anzahl dieser Startvorgänge bestimmt wird

und bei Erreichen einer kritischen Zahl an Startvorgängen eine Warnung, ein Alarm und/oder eine Wartung ausgelöst wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsinformation ein Alterungswert, ein Ölalterungswert, die stattgefundenen Betriebsstunden, eine Restlaufzeit oder ein Wartungstermin bestimmt wird. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils aktuell bestimmte Differenz verglichen wird mit einem ersten kritischen Wert. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils aktuell bestimmte Differenz verglichen wird mit einem ersten kritischen Wert zur Überwachung des Drehzustandes des Getriebes. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der jeweils aktuell bestimmten Differenz ein Wert für Belastung bestimmt wird. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein belastungsabhängiger Funktionswert über die Betriebszeit integriert wird zur Bestimmung des Alterungswertes und/oder einer Restlaufzeit. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein belastungsabhängiger Funktionswert über die Betriebszeit integriert wird zur Bestimmung des Alterungswertes und/oder einer Restlaufzeit, wobei das Integrieren zeitdiskret ausgeführt wird. System, umfassend einen Antrieb und eine Auswerteeinheit, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

wobei der Antrieb zumindest ein von einem Elektromotor angetriebenes Getriebe umfasst,

wobei ein erster Sensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur und ein Sensor zur Bestimmung der Temperatur des Getriebes vorgesehen ist und die Signalleitungen mit der Auswerteeinheit verbunden sind,

wobei die Auswerteeinheit als geschlossene Einheit am Getriebegehäuse anmontierbar ist, wobei der Sensor zur Bestimmung der Temperatur des Getriebes an der Montageseite die Temperatur des Getriebes und an einer anderen Seite der erste Sensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur angeordnet ist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit Ausgänge umfasst, deren Signalzustand von den Bestimmungsmitteln und/oder Vergleichsmitteln der Auswerteeinheit bestimmt ist. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit Anzeigemittel umfasst. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit keine Signaleingänge aufweist, die elektrisch mit dem Elektromotor oder einem diesen speisenden Umrichter verbunden sind.






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