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Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit mit einem Elektromotor sowie einen Adapter für eine elektrische Antriebseinheit.
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Elektrische Antriebseinheiten der in Rede stehenden Art unterliegen regelmäßig einem gewissen Verschleiß. Dieser führt dazu, dass Wartungen und/oder Reparaturen notwendig werden. Um Stillstandszeiten und Schäden, die sich aus dem plötzlichen Ausfall einer solchen elektrischen Antriebseinheit wegen eines Defekts ergeben können, zu vermeiden, gibt es unterschiedliche Strategien, um mit regelmäßigen Wartungen einem möglichen Ausfall der Antriebseinheit zuvorzukommen.
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Die erste und einfachste dieser Strategien ist es, Wartungen in regelmäßigen Zeitintervallen durchzuführen. Der Nachteil dieser Strategie ist es jedoch, dass die Wartungsintervalle vergleichsweise kurz gewählt werden müssen, um Ausfälle sicher vermeiden zu können. Dies führt in der Praxis dazu, dass eine Vielzahl überflüssiger Wartungen durchgeführt wird.
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Eine zweite Möglichkeit besteht darin, dass die Steuereinrichtung der elektrischen Antriebseinheit in Abhängigkeit gemessener Betriebsgrößen, wie beispielsweise gemessener Betriebszeiten, einen möglichen Wartungsbedarf ermittelt. Unter Betriebszeiten sind hierbei die Zeiten zu verstehen, in denen sich die elektrische Antriebseinheit tatsächlich im Betrieb befindet oder - mit anderen Worten - der Elektromotor tatsächlich etwas antreibt. Da derartige elektrische Antriebseinheiten häufig Bestandteile komplexer elektrischer Anlagen sind, in denen die Betriebszeiten pro festem Zeitintervall äußerst unterschiedlich ausfallen können, können so in vielen Fällen wesentlich längere Wartungsintervalle realisiert werden. Dies ist natürlich dann besonders vorteilhaft, wenn sich die elektrische Antriebseinheit in einer technischen Anlage nur selten und/oder nur für kurze Zeiten in Betrieb befindet. Der Nachteil ist, dass die jeweilige Steuereinheit sehr genau auf die elektrische Antriebseinheit abgestimmt werden muss oder - mit anderen Worten - die spezifischen Wartungsanforderungen der jeweiligen elektrischen Antriebseinheit „kennen“ muss. Da gerade bei komplexen technischen Anlagen deren übergeordnete Steuereinrichtungen, welche die einzelnen Antriebe ansteuern, und die Antriebe selber regelmäßig von unterschiedlichen Zulieferbetrieben hergestellt werden, bestehen bei der Realisierung solcher Lösungen in der Praxis erhebliche Kompatibilitätsprobleme, weshalb derartige Lösungen in der Praxis häufig nicht realisiert werden, obwohl sie grundsätzlich technisch sinnvoll sein würden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebseinheit aufzuzeigen, die eine Verringerung des Wartungsbedarfs bei gleichzeitig hoher Kompatibilität zu anderen Komponenten technischer Anlagen und damit hoher universeller Einsetzbarkeit aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
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Die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit weist einen Elektromotor auf. Darüber hinaus weist die Antriebseinheit wenigstens einen Sensor zur Messung wenigstens einer Betriebsgröße des Elektromotors auf. Kern der Erfindung ist nun, dass die Antriebseinheit eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von dem Sensor gemessenen Betriebsgröße in und/oder an der Antriebseinheit aufweist. Diese Auswerteeinheit ist erfindungsgemäß dazu eingerichtet, die gemessene Betriebsgröße hinsichtlich der Notwendigkeit einer Wartung und/oder Reparatur auszuwerten. Hierbei kann die Auswertung auf einer von einem Sensor gemessenen Betriebsgröße beruhen, es ist jedoch auch möglich, dass mit einem einzigen Sensor eine Mehrzahl Betriebsgrößen gemessen und der Auswertung zugrundegelegt wird. Ebenso können eine Mehrzahl Betriebsgrößen, die mit einer Mehrzahl Sensoren gemessen werden, der Auswertung zugrundelegt werden. Im Hinblick auf eine leichtere Verständlichkeit der folgenden Beschreibung wird hierfür im Folgenden lediglich die Singularform des Sensors und der Betriebsgröße verwendet.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist wesentlich, dass die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, über eine Signalübermittlungseinrichtung ein Signal über die Notwendigkeit einer Wartung auszugeben, wenn das Ergebnis der Auswertung der Betriebsgröße die Notwendigkeit einer Wartung aufzeigt. Die Signalübermittlungseinrichtung dient im Sinne der vorliegenden Erfindung dazu, ein Signal über die Notwendigkeit einer Wartung und/Reparatur auszugeben. An dieser Stelle wird der Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik unmittelbar nachvollziehbar. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Antriebseinheiten werden nicht lediglich reine Messsignale ausgegeben, die bestenfalls geringfügig elektronisch aufbereitet, beispielsweise digitalisiert, sind und erst noch verarbeitet werden müssen, sondern das ausgegebene Signal enthält bereits die unmittelbare Information über einen vorliegenden Wartungs- und/oder Reparaturbedarf. Zur sprachlichen Vereinfachung wird im Folgenden lediglich der Begriff Wartungsbedarf für den Wartungs- und/oder Reparaturbedarf verwendet.
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Die Antriebseinheit erhält durch die vorliegende Erfindung quasi eine eigene „Intelligenz“, die es ihr ermöglicht, über das Vorliegen eines Wartungsbedarfs quasi „selbständig“ zu entscheiden. Dies macht die erfindungsgemäße Antriebseinheit in dieser Hinsicht weitgehend unabhängig von der Gestaltung anderer Komponenten der technischen Anlage bzw. ermöglicht es, die erfindungsgemäße Antriebseinheit in einfachster Weise an die Erfordernisse einer jeweiligen technischen Anlage anzupassen.
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So kann beispielsweise, insbesondere bei einfachen technischen Anlagen, die gegebenenfalls über gar keine übergeordnete Steuerung verfügen, die Signalübermittlungseinrichtung eine optische und/ oder akustische Einrichtung zur Übermittlung des Signals aufweisen. Mit einer solchen Einrichtung ist es möglich, beispielsweise über eine Warnleuchte oder einen Warnton, dem Bedienpersonal unmittelbar zu signalisieren, dass ein Wartungsbedarf vorliegt. In solchen Anwendungsfällen besteht folglich beinahe kein technischer Integrationsbedarf im Hinblick auf die Kommunikation zwischen der Signalübermittlungseinrichtung und anderen informationsverarbeitenden technischen Einrichtungen einer jeweiligen technischen Anlage. So ist es beispielsweise auch möglich, eine Anzeige an der elektrischen Antriebseinheit vorzusehen, die aufgrund des Signals Auskunft über den Verschleißzustand gibt. Gegebenenfalls können noch weitere Parameter, beispielsweise die Betriebsstundenzahl, angezeigt werden. Im Ergebnis lässt sich so eine „Alterungsanzeige“ realisieren, die es ermöglicht, den Zustand des überwachten Elektromotors vor Ort direkt zu beurteilen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Signalübermittlungseinrichtung jedoch auch eine drahtlose und/oder eine kabelgebundene Schnittstelle zur Übermittlung des Signals als Datensignal aufweisen. Eine solche Schnittstelle hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Antriebseinheit mit datenverarbeitenden technischen Einrichtungen kommunizieren kann, insbesondere kann eine übergeordnete Steuerung einer technischen Anlage die ausgegebenen Datensignale weiter verarbeiten. Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich hierbei der wesentliche Vorteil, dass hinsichtlich der Frage des Wartungsbedarfs keine komplexe Auswertung des Signals mehr notwendig ist, da dieses die Information über den vorliegenden Wartungsbedarf bereits enthält. Konkret bedeutet dies beispielsweise, dass bei der Integration der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in eine technische Anlage mit einer übergeordneten Steuerung, diese praktisch keine Information über die technische Ausgestaltung der Antriebseinheit „kennen“ muss, um dem übermittelten Signal der Antriebseinrichtung die Information über den Wartungsbedarf zu entnehmen. Es werden vielmehr nur minimale Informationen über die Art des Signals oder - mit anderen Worten - die „Sprache“ des Signals benötigt, um eine übergeordnete Steuerung in die Lage zu versetzen, das Signal zu verarbeiten. Wenn nun, wie dies bei komplexen technischen Anlagen üblich ist, die übergeordnete Steuerung und die Antriebseinheit durch unterschiedliche Unternehmen zugeliefert werden, erfordert es nur einen minimalen Aufwand, die Kompatibilität zwischen der übergeordneten Steuerung und der Antriebseinheit hinsichtlich der Signalisierung des Wartungsbedarfs zu gewährleisten. Die Minimierung dieses „Abstimmungsaufwands“ zwischen einer Mehrzahl Beteiligter bei der Projektierung einer komplexen technischen Anlage bedeutet hierbei in der Praxis einen erheblichen Minderaufwand und somit einen großen Zeit- und Kostenvorteil.
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Als Schnittstelle kann hierbei eine Vielzahl aus anderen Bereichen der Technik bereits bekannter Technologien verwendet werden, so beispielsweise I/O-Signale, industrielle Feldbusse, Ethernet, Funk, WLAN, Bluetooth, NFC oder ähnliche Technologien.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht die Schnittstelle auch die Kommunikation einer Mehrzahl elektrischer Antriebseinheiten untereinander. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, um das Signal einer elektrischen Antriebseinheit zu einer anderen Antriebseinheit umzuleiten und in dieser auszugeben. Die Ausgabe des Signals kann beispielsweise durch die Anzeige an einem Display erfolgen. Auf diese Weise kann eine Mehrzahl, gegebenenfalls unterschiedlicher, Antriebseinheiten miteinander vernetzt werden und hinsichtlich ihres Wartungs- und/oder Reparaturbedarfs überwacht werden, ohne dass es hierzu einer übergeordneten Steuerung bedarf. Die Überwachung kann von einer der Antriebseinheiten aus erfolgen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit und/oder der Sensor, vorteilhafterweise beides, und/oder auch die weiteren Komponenten wie die Signalübermittlungseinrichtung, die Betriebszeitenmesseinrichtung, die Schnittstelle, optische und/oder akustische Einrichtungen zur Übermittlung des Signals, der Drehzahl und/oder Drehrichtungssensor, der Signaleingang zum Empfangen von weiteren Daten und oder Signalen, der Temperatursensor, und/oder die Anzeige in einem Adapter vorgesehen. Der Adapter dient zur Verbindung des Elektromotors mit der technischen Anlage, insbesondere mit einem Getriebe, und weist hierfür bevorzugt eine Motorwellenverlängerung auf. Weiterhin verfügt der Adapter vorteilhafterweise über ein separates Gehäuse. Bevorzugt weist das Gehäuse des Adapters einen Flansch zum Verbinden des Adapters mit dem Elektromotor und/oder einen Flansch zum Verbinden des Adapters mit der vom Elektromotor angetriebenen technischen Einrichtung auf. Bei dieser technischen Einrichtung kann es sich bevorzugt um ein Getriebe handeln.
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Ein solcher Adapter ermöglicht es zum einen, bestehende technische Anlagen nachzurüsten, indem die dortigen Elektromotoren mit den erfindungsgemäßen Adaptern ausgestattet werden und so zu elektrischen Antriebseinheiten im Sinne der vorliegenden Erfindung werden. Zum anderen können auch bei der Konzeptionierung neuer technischer Anlagen nahezu beliebige Elektromotoren mit den vorteilhaften Adaptern zu erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheiten kombiniert werden. Dies ermöglicht eine höhere Flexibilität bei der Komponentenauswahl, da ein solcher Adapter grundsätzlich mit nahezu jedem beliebigen Elektromotor kombiniert werden kann. Vorzugsweise kann die Auswerteelektronik muss im Hinblick auf die Erfordernisse des jeweiligen Elektromotors eingerichtet, insbesondere programmiert werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäße Antriebseinheit als Baukastensystem bereit zu stellen. Bei einem solchen vorteilhaften Baukastensystem werden eine Antriebseinheit und eine Mehrzahl Auswerteeinheiten bereitgestellt. Die Auswerteeinheit weist nun eine Auswerteeinrichtungsaufnahme auf. Aus dieser Mehrzahl zur Verfügung stehender Auswerteeinheiten kann eine Auswerteeinheit ausgewählt und von der Auswerteeinrichtungsaufnahme aufgenommen werden. Auf diese Weise können - je nach den Anforderungen, die an eine konkrete Antriebseinheit gestellt werden - unterschiedliche Auswerteeinheiten mit unterschiedlichen Funktionalitäten in der Antriebseinheit aufgenommen und so mit dieser kombiniert werden. Hierdurch lässt sich durch eine vergleichsweise geringe Anzahl Baugruppen eine hohe Anzahl unterschiedlicher erfindungsgemäßer Antriebseinheiten für unterschiedliche Zwecke bereitstellen. Es versteht sich, dass ein solches Baukastensystem auch eine Mehrzahl unterschiedlicher Antriebseinheiten aufweisen kann, die mit den unterschiedlichen Auswerteeinheiten kombiniert werden können. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Auswerteeinrichtungsaufnahme Teil eines Adapters einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebseinheit eine Betriebszeitenmesseinrichtung zur Erfassung der Betriebszeiten der elektrischen Antriebseinheit auf. Diese werden bevorzugt von einer Betriebszeitenauswerteeinheit ausgewertet, die wiederum vorteilhafterweise Bestandteil der Auswerteeinrichtung ist. Dies ermöglicht die Erfassung der Betriebszeiten, welche vorteilhafterweise als Ausgangsgröße in die Auswertung im Hinblick auf einen möglichen Wartungsbedarf einfließen.
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Weiterhin kann die Antriebseinheit einen Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor zur Messung der Drehzahl und/oder der Drehrichtung aufweisen. Eine entsprechende Drehzahl- und/oder Drehrichtungsauswerteeinheit kann vorteilhafterweise ebenfalls insbesondere als Bestandteil der Auswerteeinheit vorgesehen sein. Auf diese Weise lassen sich die Daten über die genauen Betriebsbedingungen der elektrischen Antriebseinheit sammeln, wodurch diese der Auswertung hinsichtlich eines Wartungsbedarfs zugrundegelegt werden und/oder in diese Auswertung einfließen können.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebseinheit, insbesondere die Auswerteeinheit, einen Signaleingang zum Empfangen von weiteren Daten und/oder Signalen auf. Diese kommen bevorzugt von weiteren mess-, regel- und/oder steuertechnischen Einrichtungen. Die Auswerteeinrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet, diese weiteren Daten und/oder Signale ebenfalls hinsichtlich der Notwendigkeit einer Wartung und/ oder Reparatur auszuwerten. Ein solcher Signaleingang kann beispielsweise dazu dienen, den Schlupf eines Gurtförderers - wie beispielsweise eines Gepäckbandes - zu erkennen. Es können aber auch Ausgangsdaten, wie Triggersignale, von externen Strommessern verarbeitet werden. Hierdurch wird es ermöglicht, dass Messgrößen in die Auswertung einfließen, die nicht unmittelbar an oder in der elektrischen Antriebseinheit gemessen werden können.
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Es ist von Vorteil, wenn die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, die gemessenen Betriebsgrößen und/oder die weiteren Daten hinsichtlich der mechanischen und/oder elektrischen Belastung der elektrischen Antriebseinheit auszuwerten. Dies ermöglicht es insbesondere, dass ein Verschleißparameter errechnet wird. Dieser kann dann als Funktion der jeweiligen Betriebszeiten bei einer bestimmten Belastung als Ausgangsgröße der Auswertung hinsichtlich der Notwendigkeit einer Wartung verwendet werden. Eine solche Auswertung ermöglicht es beispielsweise, Betriebszeiten bei einer hohen Belastung stärker zu gewichten als Betriebszeiten bei einer niedrigen Belastung, und auf diese Weise ein genaueres Maß für den Verschleiß, der aus den unterschiedlichen Belastungen resultiert, zu erhalten.
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Bevorzugt ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, die Auswertung der gemessenen Betriebsgrößen und/oder der weiteren Daten und/oder Signale auch hinsichtlich der Notwendigkeit einer zukünftig notwendig werdenden Wartung durchzuführen. Abhängig von diesem Ergebnis kann dann vorteilhafterweise ein Signal über die zukünftige Notwendigkeit einer Wartung ausgegeben werden. Der Vorteil daran, nicht nur einen tatsächlich anfallenden Wartungsbedarf, sondern auch einen zukünftigen Wartungsbedarf signalisieren zu können, ist, dass sich der Betreiber einer technischen Anlage mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit längerfristig auf die Durchführung einer Wartung vorbereiten kann, d.h. mit anderen Worten, er wird frühzeitig vorgewarnt, dass in einer absehbaren Zeitspanne eine Wartung notwendig wird. Hierdurch wird er in die Lage versetzt, durch die gezielte Einplanung der Wartung zu einem bestimmten Zeitpunkt Verluste durch Betriebsunterbrechungen während der Wartung zu minimieren.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Antriebseinheit einen Temperatursensor aufweist. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Auswerteeinheit aufgrund der gemessenen Temperaturdaten auch Temperaturen an anderen Orten der elektrischen Antriebseinheit berechnen. Eine Temperaturauswerteeinheit, die der Auswertung der vom Temperatursensor gemessenen Temperaturen dient, kann dabei Bestandteil der Auswerteeinheit sein. Auf diese Weise können ebenfalls thermische Belastungen der Auswertung zugrundegelegt werden.
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Ebenfalls können Einrichtungen zur Messungen von Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit der Umgebung der elektrischen Antriebseinheit vorhanden sein. Diese Daten können insbesondere in Verbindung mit einem internen Temperatursensor und Heranziehen eines thermischen Modells der elektrischen Antriebseinheit zur Berechnung der Temperaturen und damit der thermischen Belastungen an verschiedenen Stellen der Antriebseinheit genutzt werden.
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Ebenfalls vorteilhaft ist das Vorsehen eines Vibrationssensors zu messender wirkender Kräfte oder die Messung und Auswertung des Strombedarfs der Antriebseinheit. Die Ergebnisse der Auswertung des Strombedarfs können vorteilhafterweise ebenfalls in die Auswertung mit einfließen, um Aussagen über einen möglichen Wartungsbedarf zu treffen.
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Ebenfalls denkbar ist ein Sensor zur Messung einer Eigenschaft des Getriebeöls eines mit der elektrischen Antriebseinheit verbundenen Getriebes. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Photozelle handeln, beispielsweise um die Trübung des Getriebeöls zu überprüfen und/oder um Verunreinigungen und/ oder Metall im Motoröl zu erkennen.
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Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn die Auswerteeinrichtung eine Datenspeichereinrichtung aufweist und hierdurch in die Lage versetzt wird, die erfassten Daten zu protokollieren. Ebenfalls können in dem Speicher Eingriffe in die Antriebseinrichtung, wie beispielsweise durchgeführte Wartungen, abgelegt werden. Die Auswertung dieser Daten kann dann dazu benutzt werden, weitere Auswertungen hinsichtlich ihrer Genauigkeit zu verbessern.
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Die beispielhaft in 1 abgebildete elektrische Antriebseinheit 1 weist einen Elektromotor 2 und vorteilhafterweise einen Adapter 3 auf. Der Adapter 3 enthält im gezeigten Beispiel Sensor und Auswerteeinheit und ist im dargestellten Beispiel über den Adapter mit einem Getriebe 4 verbunden. Der beispielhaft gezeigte Adapter 3 ist derart gestaltet, dass er die Spannungsversorgung des Motors nutzen kann. Eine eigene externe Spannungsversorgung für den Adapter ist in diesem Beispiel nicht notwendig. Alternativ kann sie jedoch vorgesehen sein.
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Der gezeigte beispielhafte Adapter 3 erfasst Drehzahl- und Temperaturwerte. Diese werden von der im Adapter 3 vorgesehenen Auswerteeinheit ausgewertet. Über eine Signalübermittlungseinrichtung wird ein Signal über die Notwendigkeit einer Wartung und/oder Reparatur ausgegeben. Dies erfolgt im gezeigten Beispiel in vorteilhafter Weise über eine visuelle Statusanzeige. Die Statusanzeige ist im gezeigten Beispiel bevorzugt am bzw. im Smart Adapter 3 vorgesehen.
