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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Auslegung von
motorischen Antriebsstrecken gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
den bekannten Verfahren erfolgt die Auslegung von motorischen Antriebsstrecken,
wie beispielsweise die Antriebseinheit für eine Werkzeugmaschine, mittels
einer eine Speichereinheit aufweisenden elektronischen Rechenanlage.
Die Rechenanlage berechnet auf der Grundlage eines vorgegebenen
und die Belastung der Antriebskomponenten repräsentierenden Datensatzes die
Parameter der Antriebskomponenten, beispielsweise die Motorleistung,
die Dimensionierung der Lager der Antriebswelle, das Übersetzungsverhältnis eines
an den Motor angeschlossenen Getriebes usw.
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Das
Leistungsvermögen
und die Lebensdauer der entsprechend der Auslegung realisierten
und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecke ist abhängig von
der Übereinstimmung
des in der Regel von dem Betreiber der Antriebsstrecke vorgegebenen
Datensatzes für
die Belastung der Antriebskomponenten mit den realen Belastungsdaten.
Beispielsweise gibt der Betrieber vor, die Antriebsstrecke werde
im Dreischichtbetrieb rund um die Uhr eingesetzt und die motorische
Komponente werde in festen Taktzeiten ein- und ausgeschaltet. Dementsprechend
werden vom Hersteller der Antriebsstrecke die Antriebskomponenten
dimensioniert, beispielsweise hinsichtlich Motorleistung öder Motorkühlung. Stimmt
der vorgegebene Datensatz nicht mit den realen Belastungsdaten überein,
kommt es zu einem erhöhten
Wartungsaufwand für
die Antriebsstrecke oder sogar zu einem vorzeitigen Ausfall.
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Die
DE 197 29 212 A1 offenbart
ein Verfahren zur optimierten Steuerung von Verbrennungsmotoren.
Dabei werden die Steuerungsmassnahmen in Abhängigkeit von regelmässigem Vergleichen
des aktuellen Betriebszustandes mit Motorkennfeldern durchgeführt, wobei
die Parameter der Motorkennfelder in Abhängigkeit von aktuellen Zustandskenndaten
des Motors variiert werden.
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Die
US 6,119,074 offenbart eine
Vorrichtung zum Bestimmen eines Fehlerzustandes einer Maschine,
wobei die Maschine einen Sensor aufweist, der ein elektrisches Signal
generiert, wobei in einem Rechner das Signal in einem Datenfiles
abgelegt wird.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung
der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken sowie ein verfahren zur
Optimierung der Lebensdauer von Antriebsstrecken bereitzustellen,
bei welchen eine optimale Auslegung der Antriebsstrecken hinsichtlich
der tatsächlichen
Belastungen im Betrieb gewährleistet
ist und dadurch die Lebensdauer der Antriebsstrecke erhöht und/oder
der Wartungsaufwand reduziert werden.
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Das
Problem ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Verfahren gelöst. Besondere
Ausführungsarten
der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
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Dadurch,
dass reale Belastungsdaten an installierten und in Betrieb befindlichen
Antriebsstrecken mittels entsprechender Sensoren aufgenommen und
elektronisch an die Rechenanlage übermittel werden, und dass
der bei der Berechnung der Parameter verwendete Datensatz unter
Einbeziehung der aufgenommenen realen Belastungsdaten automatisch
bestimmt wird, ist gewährleistet,
dass möglichst
genau dem realen Belastungsfall entsprechende Daten bei der Auslegung
der Antriebsstrecke zugrunde gelegt sind. Die Belastungsdaten werden
dabei fortlaufend oder in regelmäßingen,
vorgebbaren und/oder ereignisbestimmten Zeitabständen elektronisch übermittelt,
beispielsweise in Form digitaler Daten, die erforderlichenfalls
kodiert werden und damit für
Unbefugte nicht lesbar sind.
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Die
erfindungsgemäßen Antriebsstrecken umfassen
dabei insbesondere Antriebsstrecken für Industrieanlagen, wie Produktionsmaschinen,
Verpackungsmaschinen, Werkzeugmaschinen usw., aber auch Antriebsstrecken
allgemeiner Art wie beispielsweise in Fahr-, Flug- und Schwimmfahrzeugen
oder in Windkraftanlagen. Reale Belastungsdaten sind beispielsweise
das an der Abtriebswelle oder der Antriebswelle wirkende Drehmoment,
die auftretenden Lagerkräfte,
die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit der Umgebung, der
Füllstand
des Schmiermittels, die Schmiermitteltemperatur, die Dichtheit der
Dichtung usw. Dabei wird vorzugsweise sowohl der zeitliche Verlauf
dieser Größen als
auch deren Maximal- und Minimalwerte mittels entsprechender Sensoren
aufgenommen. Die Aufzeichnung kann über einzelne Arbeitszyklen,
Tage, Wochen und Monate oder sogar über die gesamte Lebensdauer der
Antriebsstrecke oder der Fertigungseinrichtung, in welche die Antriebsstrecke
integriert ist, aufgezeichnet werden. Insbesondere ist es möglich, jedenfalls
die von einigen oder von allen Sensoren gelieferten Signale in einer
Art Antriebsstrecken- oder Betriebsdatenschreiber für eine vorgebbare
Zeitdauer, beispielsweise 10 Minuten, fortlaufend abzuspeichern,
um somit beispielsweise im Falle eines auftretenden Maschinenschadens
oder eines Unfalls die Vorgänge
der letzen Minuten vor dem Ereignis rekonstruieren zu können und
dadurch gegebenenfalls die Ursache des Ereignisses ermitteln zu
können.
Die ermittelten Werte können unmittelbar
auf elektronischem Wege an die Rechenanlage übermittelt werden oder mittelbar
oder unmittelbar an der im Betrieb befindlichen Antriebsstrecke
zwischengespeichert, angezeigt und/oder ausgelesen werden.
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Die
Auslegung der motorischen Antriebsstrecke durch das erfindungsgemäße Verfahren
kann auch dahingehend erfolgen, dass beispielsweise durch die Auswertung
der realen Belastungsdaten ermittelt werden kann, ob bestimmte Antriebskomponenten über- oder
unterdurchschnittlich belastet sind und ob entsprechende Belastungen
an andere Antriebskomponenten abgegeben werden können bzw. von diesen übernommen
werden können.
Beispielsweise kann bei einem Mehrachsen-Roboter ein erforderlicher Verfahrweg
auf unterschiedliche Weise und insbesondere unter Einbeziehung verschiedener
Antriebskomponenten bereitgestellt werden. Stellt man fest, dass
eine bestimmte Antriebskomponente bei einem bestimmten Verfahrweg
so stark belastet ist, dass diese bestimmte Antriebskomponente die
Gesamtlebensdauer der Antriebsstrecke und damit des Roboters begrenzt,
kann dieser bestimmte Verfahrweg durch Einbeziehung anderer Antriebskomponenten,
die geringer belastet sind, bereitgestellt werden. Diese Korrektur
bzw. Optimierung kann bei einer installierten Antriebsstrecke erfolgen,
gegebenenfalls auch während
des Betriebes der Antriebsstrecke, und/oder bei der Auslegung der
nächsten
Antriebsstrecke für
den gleichen oder einen vergleichbaren Anwendungsfall erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt das Erfassen der realen Belastungsdaten unmittelbar
an der Antriebsstrecke während
das automatische Bestimmen des bei der Berechnung der Parameter
verwendeten Datensatzes und/oder die Berechnung der Parameter an
einem entfernten Ort erfolgt, beispielsweise in einem Server-Rechner
des Lieferanten der Antriebskomponenten.
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Außerdem kann
durch das erfindungsgemäße Verfahren
und das damit mögliche
Betriebsüberwachen
(monitoring) beispielsweise auch die Lebensdauer oder Restlebensdauer,
die Wartungsintervalle oder die Leistungsreserve der Antriebsstrecke oder
einzelner Antriebskomponenten ermittelt und dem Kunden garantiert
werden. Hinsichtlich der Ermittlung der Lebensdauer bzw. Restlebensdauer können Erkenntnisse
zur Schadensakkumulation aus anderen technischen Gebieten wie beispielsweise der
Werkstoffkunde verwendet werden, wie sie in HAIBACH E.: „Modifizierte
lineare Schadensakkumulations-Hypothese zur Berücksichtigung des Dauerfestigkeitsabfalls
mit fortschreitender Schädigung, Techn.
Mitt. Nr. TM 50/70, Lab. für
Betriebsfestigkeit, Darmstadt 1970, beschrieben sind. Demgemäß läßt sich
beispielsweise anhand mathematische Funktionen, deren Komplexität und/oder
Parameter vom Anwendungsfall abhängig
ist, die Restlebensdauer einer Maschine ermitteln. Die Schadensakkumulations-Hypothese
geht dabei unter anderem davon aus, dass eine „hohe Störgröße" eine Maschine um ein Vielfaches (X-mal)
mehr schädigt,
bzw. deren Restlebensdauer reduziert, gegenüber einer vergleichsweise „geringen
Störgröße".
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Die
Rechenanlage zur Auslegung der motorischen Antriebsstrecke und die
in Betrieb befindliche Antriebsstrecke sind vorzugsweise an unterschiedlichen
Orten lokalisiert. Beispielsweise steht die Antriebsstrecke in einer
Fertigungseinrichtung des Betreibers, während die Rechenanlage am Ort
eines Herstellers der Antriebsstrecke lokalisiert ist. Die elektronische Übermittlung
der realen Belastungsdaten erfolgt elektronisch, vorzugsweise über ein
Datennetz. Bei dem Datennetz kann es sich um ein öffentliches
Datennetz handeln, beispielsweise das Internet, oder um ein nichtöffentliches
Datennetz, beispielsweise ein Intranetz eines Unternehmens oder eines
Konzerns. Soweit erforderlich oder vorteilhaft können die Daten jedenfalls abschnittsweise
auch drahtlos übermittelt
werden, beispielsweise innerhalb des Einsatzortes der Antriebsstrecke über eine
drahtlose Infrarotverbindung an eine zentrale Empfangsstelle in
der Fertigungshalle, oder vom Dach der Fertigungshalle über eine
terrestrisch oder satellitengestützte
Mobilfunkverbindung direkt zum Ort des Herstellers der Antriebsstrecke.
Hierfür
können
auch bestehende nationale oder internationale Mobiltelefonnetze
eingesetzt werden.
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Vorzugsweise
wird der repräsentierende
Datensatz am Ort der Rechenanlage durch Verknüpfen eines in der Rechenanlage
bereits abgespeicherten Ausgangsdatensatzes mit den realen Belastungsdaten
automatisch bestimmt. Für
die automatische Bestimmung kann beispielsweise ein vorgebbares
Rechenprogramm verwendet werden. Der bereits abgespeicherte Ausgangsdatensatz
kann entweder der vom Betreiber der Antriebsstrecke vorgegebene
Datensatz sein oder ein unter Einbeziehung früherer ermittelter realer Belastungsdaten
bereits optimierter Datensatz. Der bisher geltende abgespeicherte
Ausgangsdatensatz kann entweder durch den neu berechneten repräsentierenden
Datensatz überschrieben
werden oder zur Aufzeichnung der Historie und Entwicklung der jeweils
geltenden Datensätze
mit einem Zeitstempel versehen abgespeichert werden.
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Die
Verknüpfung
der realen Belastungsdaten mit dem Ausgangsdatensatz erfolgt vorzugsweise unter
Verwendung einer Gewichtungsfunktion.
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Die
Gewichtungsfunktion kann beispielsweise eine empirisch ermittelte
Statistikfunktion sein, gemäß der beispielsweise
ein Ausreißer
in den realen Belastungsdaten infolge einer Sonderbelastung der Antriebsstrecke
oder eines Maschinenschadens nicht ungebührlich stark auf den bei der Auslieferung zukünftiger
Antriebsstrecken zugrunde liegenden repräsentierenden Datensatz durchschlägt. Beispielsweise
kann die Gewichtungsfunktion eine Art Tiefpassfunktion sein, gemäß der sich
verändernde
reale Belastungsdaten nur mit einer gewissen Zeitverzögerung vollständig auf
den repräsentierenden
Datensatz durchschlagen.
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Der
unter Verwendung von realen Belastungsdaten berechnete Datensatz
wird vorzugsweise entsprechend der Herkunft der realen Belastungsdaten
individualisiert bzw. gekennzeichnet. Dadurch ist dieser Datensatz
einem Betreiber, einem bestimmten Typ der Antriebsstrecke, der Einsatzart
und/oder dem Einsatzort der Antriebsstrecke usw. zuordenbar. Beispielsweise
kann eine Antriebsstrecke für
einen Betreiber A für
die Einsatzart „Verpackungsmaschine" an einem Einsatzort „Deutschland" durch Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
im Laufe der Zeit einen ganz anderen Datensatz für die Belastung der Antriebskomponenten
hervorbringen als eine entsprechende Antriebsstrecke für denselben Betreiber,
dieselbe Einsatzart, aber den Einsatzort „Brasilien". Entsprechendes gilt natürlich für andere Einsatzarten
und/oder andere Betreiber usw.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird am Ort der Rechenanlage eine Wissensbasis aufgebaut, die sehr
genau die tatsächlichen
Anforderungen an die Antriebsstrecke und deren Antriebskomponenten
in Abhängigkeit
der Randbedingungen „Einsatzart", „Einsatzort" usw. abbildet. Die
in dieser Wissensbasis gespeicherten Daten sind zutreffender als jene
Ausgangsdaten, die der Betreiber dieser Antriebsstrecken bzw. der
zugehörigen
Fertigungseinrichtung dem Hersteller der Antriebsstrecken vorgeben
kann. Im Ergebnis führt
das erfindungsgemäße Verfahren
zu einer optimalen Auslegung der Antriebsstrecken entsprechend den
in jeder Hinsicht individuellen Anforderungen des jeweiligen Betreibers.
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Dadurch,
dass die realen Belastungsdaten an der im Betrieb befindlichen Antriebsstrecke
zwischengespeichert werden und dort gegebenenfalls anzeigbar und/oder
auslesbar sind, stehen diese Daten auf Wunsch auch dem Betreiber
unmittelbar oder beispielsweise einem an der Antriebsstrecke arbeitenden
Servicemonteur zur Verfügung.
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Die Übermittlung
der zwischengespeicherten realen Belastungsdaten an die Rechenanlage
kann entweder von der Rechenanlage gesteuert werden, beispielsweise
anlässlich
der Auslegung einer neuen Antriebsstrecke, oder von der Antriebsstrecke
gesteuert werden, beispielsweise in vorgebbaren zeitlichen Abständen, nach
einer vorgebbaren Anzahl von Belastungszyklen usw.
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Ein
typisches Anwendungsgebiet für
das erfindungsgemäße Verfahren
ist das Optimieren der Auslegung von Antriebsstrecken mit mindestens
einem Motor und/oder mindestens einem Getriebe. In vielen Anwendungsfällen wird
dabei ein Elektromotor eingesetzt werden. Wesentliche, den Verschleiß bestimmende
Parameter für
einen Elektromotor bzw. ein Getriebe sind beispielsweise das an
der Welle auftretende Drehmoment, die auftretenden Lagerkräfte, ein
möglicherweise
auftretendes Kippmoment, die Umdrehungsgeschwindigkeit, die Umgebungstemperatur,
die Wicklungstemperatur usw.
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Die
am Ort der Rechenanlage aufgebaute Wissensbasis betreffend die real
auftretenden Belastungen und die daraus resultierenden erforderlichen Parameter
der Antriebskomponenten und/oder der automatisch bestimmte Datensatz
können
dem Betreiber der Antriebsstrecke elektronisch übermittelt werden. Dies ist
insbesondere dann vorteilhaft, wenn dieser Betreiber erneut eine
Antriebsstrecke konstruiert bzw. auslegt, und hierzu auf die vom
Hersteller der Antriebsstrecke lokalisierte Rechenanlage zugreift.
So kann nach entsprechender Eingabe von „Betreiber", „Einsatzart", „Einsatzort" usw. die Rechenanlage
unabhängig
oder abhängig
von einem vom Betreiber vorgegebenen Ausgangsdatensatz hinsichtlich
die Belastung der Antriebskomponenten einen Vorschlag für einen
in der Rechenanlage abgespeicherten realeren Datensatz machen. Dieser kann
vom Betreiber akzeptiert, modifiziert oder abgelehnt werden. Die
Kommunikation zwischen dem Betreiber und der Rechenanlage erfolgt
vorzugsweise über
ein Datennetz, beispielsweise über
das Internet. Auch hier kann die Übertragung der Daten sowohl drahtlos
als auch drahtgebunden erfolgen. Die Lokationen der Rechenanlage,
des Betreibers und/oder des Herstellers der Antriebsstrecken können dabei räumlich beliebig
weit auseinanderfallen, solange jedenfalls zeitweise eine entsprechende
Kommunikation über
ein elektronisches Datennetz möglich
ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist.
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1 zeigt eine Übersicht über eine
mögliche
Konfiguration zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 zeigt das Schema zur Bestimmung des
repräsentierenden
Datensatzes,
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3 zeigt einen vom Betreiber
der Antriebsstrecke vorgegebenen Verlauf des Drehmoments,
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4 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung
der Einschaltdauer,
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5 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung
der Pausendauer,
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6 zeigt den realen Verlauf
des Drehmoments,
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7 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung
der Einschaltdauer, und
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8 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung
der Pausendauer.
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Die 1 zeigt eine Übersicht über eine mögliche Konfiguration
zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken 1 mit
einer Speichermittel 2 aufweisenden Rechenanlage 3 zur Berechnung
von Parametern von Antriebskomponenten 4 unter Verwendung
eines vorgebbaren und die Belastung der Antriebskomponenten 4 repräsentierenden
Datensatzes 6. Die realen Belastungsdaten 7 werden
dabei an installierten und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecken 1 mittels
entsprechender Sensoren (Kraftsensor 8, Drehzahlsensor 9)
aufgenommen und elektronisch an die Rechenanlage 3 übermittelt 10.
Der bei der Berechnung der Parameter verwendete Datensatz 6 wird
dabei unter Einbeziehung der aufgenommenen realen Belastungsdaten 7 automatisch
bestimmt (siehe 2).
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Die
Antriebsstrecke 1 umfasst dabei einen Motor 4 und
ein Getriebe 5 als Antriebskomponenten. Ein Drehzahlsensor 9 erfasst
die Drehzahl der Antriebswelle 11 und speichert diese Messwerte über der
Zeit in einem an der Antriebsstrecke 1 befindlichen Speichermodul 12.
Ein am Lager 13 der Antriebswelle 11 angeordneter
Kraftsensor 8 erfasst die über der Zeit auftretenden Lagerkräfte und/oder
das Drehmoment und speichert diese ebenfalls im Speichermodul 12 ab. Über eine
Mobilfunk- oder Mobiltelefonantenne 14 und/oder über einen
Datennetzanschluss 15 werden diese realen Belastungsdaten 7 über ein
Datennetz 16, beispielsweise das Internet, an die räumlich gegebenenfalls
sehr weit entfernte Rechenanlage 3 übermittelt.
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Durch
eine gestrichelte Umrisslinie soll die erste Lokation 17 repräsentiert
sein, an der die Antriebsstrecke 1 in Betrieb ist. Durch
eine ebenfalls gestrichelte Umrisslinie soll die zweite Lokation 18 repräsentiert
sein, an der die Rechenanlage 3 lokalisiert ist. Bei der
ersten Lokation 17 kann es sich beispielsweise um eine
Fertigungsstätte
eines Betreibers der Antriebsstrecke 1 handeln. Die zweite
Lokation 18 kann beispielsweise die Rechenzentrale eines
Herstellers der Antriebsstrecke 1 sein.
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Durch
eine weitere gestrichelte Umrisslinie ist eine dritte Lokation 19 repräsentiert,
die beispielsweise das Konstruktionszentrum des Betreibers der Antriebsstrecke 1 repräsentiert.
Die drei Lokationen 17, 18, 19 können gegebenenfalls
auch auf drei verschiedenen Kontinenten lokalisiert sein. Beispielsweise
kann die zweite Lokation 18 des Herstellers der Antriebsstrecke 1 in
Deutschland liegen, die dritte Lokation 19 des Konstruktionszentrums
des Betreibers der Antriebsstrecke 1 in den USA und die
erste Lokation 17 des Einsatzes der Antriebsstrecke 1 in Brasilien. Über das
Datennetz 16 sind alle drei Lokationen 17, 18, 19 jedenfalls
temporär
elektronisch miteinander verbunden.
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In
der zweiten Lokation 18 werden die von der ersten Lokation 17 übermittelten
10 Daten auf den Speichermitteln 2 abgespeichert, insbesondere der
automatisch unter Einbeziehung der realen Belastungsdaten 7 bestimmte
Datensatz 6. Dieser kann anschließend an seine Berechnung auch
an die erste Lokation 17 zurückübermittelt 20 werden;
insbesondere auf einem dortigen Bildschirm 21 angezeigt
werden.
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Dies
ist beispielsweise dann erforderlich, wenn ein Servicemonteur vor
Ort ist, um die Antriebsstrecke 1 zu warten oder zu reparieren.
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Außerdem kann
der Datensatz 6 auf entsprechende Anfrage 22 an
die dritte Lokation 19 übermittelt
werden, insbesondere auf einem dortigen weiteren Bildschirm 24 angezeigt
werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn an der dritten
Lokation 19 ein Konstrukteur des Betreibers der Antriebsstrecke 1 eine
neue Antriebsstrecke für
einen ähnlichen
oder identischen Einsatzort, Einsatzart usw. konstruiert bzw. die
zugehörigen
Antriebskomponenten auszulegen hat. Der Datensatz 6 und
insbesondere die unter Verwendung des Datensatzes 6 zu
berechnenden Parameter für
die Antriebskomponenten entsprechen dann dem zu erwartenden realen
Belastungsfall.
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Die 2 zeigt das Schema zur Bestimmung
des repräsentierenden
Datensatzes 6 durch Verknüpfen eines in der Rechenanlage 3 bereits
abgespeicherten Ausgangsdatensatzes 25 mit den realen Belastungsdaten 7.
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Am
Anfang wird von einem beispielsweise von dem Betreiber der Antriebsstrecke 1 vorgegebenen
Ausgangsdatensatz 25 ausgegangen. Die realen Belastungsdaten 7 umfassen
ein erstes Datenfeld 26, das den Betreiber, die Einsatzart,
den Einsatzort usw. der zugehörigen
Antriebsstrecke 1 identifiziert bzw. individualisiert („X"). Das zweite Datenfeld 27 der
realen Belastungsdaten 7 umfasst die realen Belastungsdaten
wie beispielsweise Drehmoment, Lagerkraft, Temperatur usw. („R"), jeweils deren
zeitlichen Verlauf und/oder deren Minimal- und Maximalwerte.
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Die
realen Belastungsdaten 7 werden mit einer Gewichtungsfunktion 28 gewichtet,
beispielsweise in Abhängigkeit
der Länge
des Zeitraumes, den die realen Belastungsdaten 7 repräsentieren.
Anschließend
werden die gewichteten realen Belastungsdaten mit dem bisher geltenden
Datensatz 25, 6 verknüpft 29. In einer vereinfachten
Ausführungsform
kann der bisher geltende Datensatz 25, 6 auch durch
die gewichteten realen Belastungsdaten 7 oder sogar durch
die realen Belastungsdaten 7 selbst einfach ersetzt werden.
In vielen Anwendungsfällen
wird es allerdings wünschenswert
sein, dass beispielsweise ein Ausreißer in den realen Belastungsdaten 7 infolge
einer Sonderbelastung oder einer Beschädigung der Antriebsstrecke
nicht unmittelbar und vollständig
auf den repräsentierenden
Datensatz 6 durchschlägt.
Insofern wird durch die Verknüpfung 29 eine
Art Tiefpassfunktion wünschenswert
sein, derart, dass sich auch bei einem abrupten Verändern der realen
Belastungsdaten 7 der repräsentierende Datensatz 6 nur
allmählich
diesen veränderten
Umständen
anpasst. Die zugehörige
Zeitkonstante, mit der diese Anpassung erfolgt, ist vorgebbar.
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Der
repräsentierende
Datensatz 6 ist auf den Speichermitteln 2 abspeicherbar,
an einem Bildschirm 30 der Rechenanlage 3 anzeigbar
und/oder an die Rechenanlage 3 zur Berechnung der Parameter
der Antriebskomponenten 4, 5 weiterleitbar. Diese Parameter
können
dann ihrerseits beispielsweise auf den weiteren Bildschirm 24,
der auch lokal entfernt von der Rechenanlage 3 aufgestellt
sein kann, weitergeleitet werden.
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Die 3 zeigt einen vom Betreiber
der Antriebsstrecke 1 vorgegebenen (theoretischen) Verlauf des
Drehmoments MT über der Zeit t. Daraus ist
ersichtlich, dass der Betreiber von einem Belastungsfall für die Antriebsstrecke 1 ausgeht,
bei der es in regelmäßigen Abständen zu
einem Ein- bzw. Ausschalten der Antriebsstrecke 1 kommt,
insbesondere des Motors 4. Kurz nach dem Einschaltzeitpunkt
tritt ein Drehmomentmaximum auf. Davon abgesehen ist die Drehmomentbelastung
weitgehend konstant. In Abhängigkeit
der thermischen Wärmeleitfähigkeit
und der thermischen Kapazität
der Antriebsstrecke 1 bzw. der zugehörigen Umgebung stellt sich
infolge eines derartigen Belastungsprofils beispielsweise ein bestimmtes
und gegebenenfalls nur geringfügig schwankendes
Temperaturniveau in der Antriebsstrecke 1 ein. Dieses wiederum
hat Einfluss auf die Alterung beispielsweise der Wicklungsisolation
oder eines Schmierstoffes und damit Einfluss auf die Lebensdauer
und/oder Wartungsintervalle der Antriebsstrecke 1.
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Im
dargestellten Beispiel geht der Betreiber der Antriebsstrecke 1 davon
aus, dass jeder Einschaltdauer von beispielsweise 3 Minuten eine
Pausendauer von 2 Minuten folgt. Die zugehörige Häufigkeitsverteilung hD für
die Einschaltdauer tD besitzt daher einen
einzigen Peak bei 3 Minuten, wie in der 4 dargestellt. Die zugehörige Häufigkeitsverteilung
hP der Pausendauer tP besitzt
einen einzigen Peak bei der Pausendauer 2 Minuten, wie
in der 5 dargestellt.
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Ausgehend
von derartigen Belastungsdaten würde
beispielsweise ein Hersteller der Antriebsstrecke 1 die
Antriebskomponenten, insbesondere den Motor 4, das Getriebe 5 und/oder
die Sensoren Kraftsensor 8, Drehzahlsensor 9 entsprechend
dimensionieren, beispielsweise hinsichtlich Isolierwerkstoffen, Lagergrößen, Kühlmaßnahmen
usw. Ob der vorgegebene Drehmomentsverlauf MT(t)
wie in 3 dargestellt
auch im Betrieb der Antriebsstrecke 1 vorliegt, hat einen
entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer bzw. Wartungsfreundlichkeit
der Antriebsstrecke 1.
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In
der 6 ist der reale
Verlauf des Drehmoments MR über der
Zeit t dargestellt. Gegenüber dem
vom Betreiber der Antriebsstrecke 1 ursprünglich vorgegebenen
Drehmomentverlauf MT(t) ergeben sich signifikante Änderungen.
So ist beispielsweise die Einschaltdauer nicht konstant, sondern
beträgt
in zwei Dritteln der Fälle 2 Minuten
und in einem Drittel der Fälle
lediglich 1 Minute. Eine entsprechende Häufigkeitsverteilung hD der Einschaltdauer tD ist in
der 7 dargestellt.
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Die
Pausen zwischen den Einschaltdauern betragen in zwei Dritteln der
Fälle 1
Minute, im verbleibenden Drittel der Fälle 3 Minuten. Eine
entsprechende Häufigkeitsverteilung
hT für
die Pausendauer tT ist in der 8 dargestellt.
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Durch
den realen tatsächlichen
Drehmomentverlauf MR über der Zeit t ergibt sich
beispielsweise ein anderes Temperaturprofil für die Antriebsstrecke 1.
In den längeren
Pausen kühlt
der Motor stärker
ab, um anschließend
in den drei paketweise hintereinander ablaufenden Einschaltdauern
stärker aufzuheizen.
Dies führt
zu einer erhöhten
Temperaturwechselbelastung der Wicklungsisolation. Der Hersteller
der Antriebsstrecke 1 wird bestrebt sein, dies durch Einsatz
entsprechend höherwertiger
Isolierwerkstoffe zu kompensieren, um weiterhin eine hohe Lebensdauer
der Antriebsstrecke 1 und eine hohe Wartungsfreundlichkeit
mit langen Wartungsintervallen zu gewährleisten.
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Die
in den 3 bis 8 dargestellten Unterschiede
zwischen einem von dem Betreiber der Antriebsstrecke 1 vorgegebenen
Datensatz MT(t) und einem realen und die
tatsächliche
Belastung repräsentierende
Datensatz MR(t) sind lediglich beispielhaft
anhand des Drehmomentverlaufs M über
der Zeit t dargestellt. In entsprechender Weise können andere
für die Antriebsstrecke 1 relevante
Daten aufgezeichnet werden, beispielsweise die auftretenden Lagerkräfte, Drehgeschwindigkeiten,
Luftfeuchtigkeit der Umgebung usw.
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Neben
den im Ausführungsbeispiel
angegebenen Sensoren für
Kraft/Drehmoment und Drehzahl können
je nach Anwendungsfall ergänzend
oder alternativ Sensoren für
Kippmoment, Lagerkraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Temperatur,
Leckage, Dichtheit, Schmiermittelverschmutzung, Abrieb usw, vorgesehen,
sein.