DE10120943A1 - Verfahren zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken (1) mit einer Speichermittel (2) aufweisenden Rechenanlage (3) zur Berechnung von Parametern von Antriebskomponenten (4, 5) unter Verwendung eines vorgebbaren und die Belastung der Antriebskomponenten repräsentierenden Datensatzes (6), dadurch gekennzeichnet, dass der bei der Berechnung der Parameter verwendete Datensatz (6) unter Einbeziehung von realen, an installierten und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecken (1) mittels entsprechender Sensoren (8, 9) aufgenommenen und elektronisch an die Rechenanlage (3) übermittelten (10) Belastungsdaten (7) automatisch bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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.

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 Betreiber 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 oder 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.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken bereitzustellen, durch das die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere soll durch das erfindungsgemäße Verfahren eine optimale Auslegung der Antriebsstrecken hinsichtlich der tatsächlichen Belastungen im Betrieb gewährleistet sein und dadurch die Lebensdauer der Antriebsstrecke erhöht und/oder der Wartungsaufwand reduziert werden.

Das Problem ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Verfahren gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.

Dadurch, dass reale Belastungsdaten an installierten und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecken mittels entsprechender Sensoren aufgenommen und elektronisch an die Rechenanlage übermittelt 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.

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.

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.

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".

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 nicht­ öffentliches 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.

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.

Die Verknüpfung der realen Belastungsdaten mit dem Ausgangsdatensatz erfolgt vorzugsweise unter Verwendung einer Gewichtungsfunktion. 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.

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.

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.

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. 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.

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.

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.

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. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Fig. 1 zeigt eine Übersicht über eine mögliche Konfiguration zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 zeigt das Schema zur Bestimmung des repräsentierenden Datensatzes,

Fig. 3 zeigt einen vom Betreiber der Antriebsstrecke vorgegebenen Verlauf des Drehmoments,

Fig. 4 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung der Einschaltdauer,

Fig. 5 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung der Pausendauer,

Fig. 6 zeigt den realen Verlauf des Drehmoments,

Fig. 7 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung der Einschaltdauer, und

Fig. 8 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung der Pausendauer.

Die Fig. 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, 5 unter Verwendung eines vorgebbaren und die Belastung der Antriebskomponenten 4, 5 repräsentierenden Datensatzes 6. Die realen Belastungsdaten 7 werden dabei an installierten und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecken 1 mittels entsprechender Sensoren 8, 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 Fig. 2).

Die Antriebsstrecke 1 umfasst dabei einen Motor 4 und ein Getriebe 5. 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.

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.

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.

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.

Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn ein Servicemonteur vor Ort ist, um die Antriebsstrecke 1 zu warten oder zu reparieren.

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 4, 5 auszulegen hat. Der Datensatz 6 und insbesondere die unter Verwendung des Datensatzes 6 zu berechnenden Parameter für die Antriebskomponenten 4, 5 entsprechen dann dem zu erwartenden realen Belastungsfall.

Die Fig. 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. 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.

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.

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.

Die Fig. 3 zeigt einen vom Betreiber der Antriebsstrecke 1 vorgegebenen (theoretischen) Verlauf des Drehmoments M_T 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.

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 h_D für die Einschaltdauer t_D besitzt daher einen einzigen Peak bei 3 Minuten, wie in der Fig. 4 dargestellt. Die zugehörige Häufigkeitsverteilung h_P der Pausendauer t_P besitzt einen einzigen Peak bei der Pausendauer 2 Minuten, wie in der Fig. 5 dargestellt.

Ausgehend von derartigen Belastungsdaten würde beispielsweise ein Hersteller der Antriebsstrecke 1 die Antriebskomponenten, insbesondere den Motor 4, das Getriebe 5 und/oder die Sensoren 8, 9, entsprechend dimensionieren, beispielsweise hinsichtlich Isolierwerkstoffen, Lagergrößen, Kühlmaßnahmen usw. Ob der vorgegebene Drehmomentsverlauf M_T(t) wie in Fig. 3 dargestellt auch im Betrieb der Antriebsstrecke 1 vorliegt, hat einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer bzw. Wartungsfreundlichkeit der Antriebsstrecke 1.

In der Fig. 6 ist der reale Verlauf des Drehmoments M_R über der Zeit t dargestellt. Gegenüber dem vom Betreiber der Antriebsstrecke 1 ursprünglich vorgegebenen Drehmomentverlauf M_T(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 h_D der Einschaltdauer t_D ist in der Fig. 7 dargestellt.

Die Pausen zwischen den Einschaltdauern betragen in zwei Dritteln der Fälle 1 Minute, im verbleibenden Drittel der Fälle 3 Minuten. Eine entsprechende Häufigkeitsverteilung h_T für die Pausendauer t_T ist in der Fig. 8 dargestellt.

Durch den realen tatsächlichen Drehmomentverlauf M_R 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.

Die in den Fig. 3 bis 8 dargestellten Unterschiede zwischen einem von dem Betreiber der Antriebsstrecke 1 vorgegebenen Datensatz M_T(t) und einem realen und die tatsächliche Belastung repräsentierende Datensatz M_R(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.

Neben den im Ausführungsbeispiel angegebenen Sensoren 8, 9 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.

Claims (16)

1. Verfahren zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken (1) mit einer Speichermittel (2) aufweisenden Rechenanlage (3) zur Berechnung von Parametern von Antriebskomponenten (4, 5) unter Verwendung eines vorgebbaren und die Belastung der Antriebskomponenten repräsentierenden Datensatzes (6), dadurch gekennzeichnet, dass der bei der Berechnung der Parameter verwendete Datensatz (6) unter Einbeziehung von realen, an installierten und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecken (1) mittels entsprechender Sensoren (8, 9) aufgenommenen und elektronisch an die Rechenanlage (3) übermittelten (10) Belastungsdaten (7) automatisch bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenanlage (3) und die in Betrieb befindliche Antriebsstrecke (1) an unterschiedlichen Orten (17, 18) lokalisiert sind und dass die realen Belastungsdaten (7) über ein Datennetz (16) übermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) über ein öffentliches Datennetz übermittelt werden, insbesondere über das Internet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) drahtlos übermittelt werden, insbesondere über ein Mobiltelefonnetz oder ein Mobilfunknetz.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der repräsentierende Datensatz (6) durch Verknüpfen eines in der Rechenanlage bereits abgespeicherten Ausgangsdatensatzes (25) mit den realen Belastungsdaten (7) automatisch bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) unter Verwendung einer Gewichtungsfunktion (28) mit dem Ausgangsdatensatz (25) verknüpft (29) werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der repräsentierende Datensatz (6) entsprechend den zu seiner automatischen Bestimmung verwendeten realen Belastungsdaten (7) individualisiert (X) ist, insbesondere hinsichtlich Betreiber, Typ, Einsatzart und/oder Einsatzort der zugehörigen Antriebsstrecke (1).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) an der in Betrieb befindlichen Antriebsstrecke (1) zwischengespeichert (12) werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung der zwischengespeicherten (12) realen Belastungsdaten (7) von der Rechenanlage (3) gesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung der zwischengespeicherten (12) realen Belastungsdaten (7) von der Antriebsstrecke (1) gesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) an der Antriebsstrecke (1) auslesbar sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstrecke (1) als Antriebskomponenten mindestens einen Motor (4) und/oder mindestens ein Getriebe (5) und/oder mindestens einen Sensor aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4) ein Elektromotor ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (8, 9) das Drehmoment (M_R), das Kippmoment, die Lagerkraft, die Geschwindigkeit und/oder die Temperatur mindestens einer der Antriebskomponenten (4, 5) aufnehmen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der automatisch bestimmte Datensatz (6) dem Betreiber der Antriebsstrecke (1) elektronisch übermittelt (20, 23) wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der automatisch bestimmte Datensatz (6) über ein Datennetz (16) dem Betreiber übermittelt wird, insbesondere über das Internet.