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Die
Erfindung betrifft eine Verwendung, ein Verfahren zur Überwachung
eines Antriebs und ein System.
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Aus
der
DE 39 27 476 A1 ist
bekannt, aus dem Wert des Schlupfes eines Asynchronmotors einen
Wert für Belastung des Asynchronmotors zu bestimmen. Jedoch
ist dort unter Belastung der momentane Drehmomentwert beziehungsweise
die momentan aufgebrachte Leistung gemeint.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Überwachung
von Anlagen weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe bei der Verwendung nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren
nach den in Anspruch 2, 3, 10, 11, 12 und bei dem System nach den
in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige
Merkmale bei der Verwendung eines Systems, das aus einem Asynchronmotor
und einer elektronischen Vorrichtung zur Bestimmung eines Schlupfwertes
und einem Sensor zur Bestimmung der Rotorlage oder Rotordrehzahl
des Motors besteht, zur Alterungsbestimmung eines Getriebes,
wobei
das Getriebe von dem Asynchronmotor antreibbar ist und/oder angetrieben
wird,
wobei aus dem zeitlichen Verlauf der bestimmten Werte
für Schlupf des Asynchronmotors ein Alterungswert für
das Getriebe bestimmt wird,
insbesondere indem aus dem Wert
für Schlupf mittels einer Kennlinie ein Drehmomentwert
oder ein Wert einer nur von diesem Drehmomentwert abhängigen Funktion
bestimmt wird und ein Drehzahlwert bestimmt wird und
- – die bestimmten Drehmoment- oder Funktionswerte exponentiell
gewichtet werden, ein jeweiliges Produkt mit der Drehzahl gebildet
wird und dann die Summe davon gebildet wird zur Bestimmung des Alterungswertes
insbesondere bei zeitlich regelmäßig voneinander
beabstandeter Schlupfwertbestimmung, oder
- – Produkte aus dem jeweils bestimmten Drehmoment- oder
Funktionswert, der Drehzahl und dem zugehörigen Zeitabstand
zur vorherigen Schlupfwertbestimmung aufsummiert werden zur Bestimmung
des Alterungswertes oder
- – jeder bestimmte Drehmoment- oder Funktionswert exponentiell
gewichtet wird und daraus Produkte mit dem jeweils zugehörigen
Zeitabstand zur vorherigen Schlupfwertbestimmung und der Drehzahl
gebildet werden dann die Summe dieser Produkte gebildet wird zur
Bestimmung des Alterungswertes.
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Auf
diese Weise ist nun vorteiligerweise ohne Umrichter oder andere
komplexe Elektronik ermöglicht, dass nur aus Kenntnis der
Drehzahl des Motors und der Kenntnis des Schlupfes des antreibenden
Motors der Alterungswert des angetriebenen Getriebes bestimmbar
ist. Der Motor wird sozusagen als Alterungssensor für ein
Getriebe verwendet. Dies ist überraschend, da der Fachmann üblicherweise
für die Alterungsbestimmung eines Getriebes, inklusive beispielsweise
der Alterungsbestimmung des Schmieröls, speziell für
die Alterungsbestimmung angefertigte zusätzliche Sensoren
verwendet.
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Vorteiligerweise
wird bei der Erfindung der sowieso vorhandene Motor als Sensor eingesetzt. Dabei
wird dessen Drehzahl bestimmt und daraus der Schlupf beispielsweise
durch Vergleich mit der Netzfrequenz bei netzversorgtem Motor. Mittels
einer elektronischen Vorrichtung ist hieraus ein Wert für
Alterung bestimmbar, indem eine der drei alternativ angegebenen
einfach ausführbaren Berechnungsmethoden verwendet wird.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren nach Anspruch 1 sind, dass
der Schlupf eines Asynchronmotors des Antriebs bestimmt wird,
daraus
ein Wert für Belastung ermittelt wird, aus dem ein Wert,
insbesondere Gewichtungswert, bestimmt wird.
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Von
Vorteil ist dabei, dass eine bloße Schlupfbestimmung ausreicht,
um den Belastungswert, insbesondere die Gesamtbelastung seit Betriebsbeginn,
zu bestimmen, also ein Maß für die Abnutzung des
Antriebs. Somit ist besonders einfacher weise eine Bestimmung des kritischen
Zeitpunktes ermöglicht, zu dem eine Wartung oder ein Austausch des
Antriebs notwendig ist, um die Sicherheit der Anlage gewährleisten
zu können.
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Die
Bestimmung des Schlupfes ist bei Netzbetrieb des Asynchronmotors
besonders einfach möglich, da nur die Drehzahl, also mechanische Drehfrequenz,
bestimmt werden muss mittels eines Sensors und die Differenz zu
der hinterlegten Netzfrequenz unter Berücksichtung der
Polzahl des Motors bestimmt werden muss, um einen Wert oder ein Maß für
Schlupf zu bestimmen.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren nach Anspruch 2 sind, dass
die Anzahl der Startvorgänge eines Elektromotors, Insbesondere Asynchronmotors,
bestimmt wird,
daraus die Anzahl der Startvorgänge
seit Betriebsbeginn ermittelt wird, insbesondere als Wert für
Belastung,
wobei ein Alarm, ein Warnung, ein Reduzieren der Drehzahl
oder ein sicherer Zustand eingeleitet wird nach Überschreiten
einer kritischen Anzahl.
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Von
Vorteil ist dabei, dass aus der einfach vorsehbaren Realisierung
der Bestimmung der Anzahl der Startvorgänge ein Maß für
Abnutzung bestimmbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung hängt der Wert exponentiell
ab von der Belastung. Von Vorteil ist dabei, dass eine Standardfunktion
bei der Bestimmung verwendbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Kennlinie des Motors
berücksichtigt. Von Vorteil ist dabei, dass motorspezifische
Parameter berücksichtigbar sind und somit eine sehr genaue
Bestimmung des Alterungsmaßes ermöglicht ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Asynchronmotor direkt
aus dem Netz versorgt. Von Vorteil ist dabei, dass die Bestimmung
des Schlupfes besonders einfach ausführbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Wert für Gesamtbelastung
mit einem kritischen Wert vergleichen. Von Vorteil ist dabei, dass
ein Alarm, ein Warnung, ein Reduzieren der Drehzahl oder ein sicherer
Zustand einleitbar ist nach Überschreiten der kritischen
Zahl, also eines kritischen Alterungswertes.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Wert angezeigt. Von Vorteil
ist dabei, dass der Bediener direkt an einer Auswerteeinheit oder
direkt am Antrieb in der Anlage, also im Feld, den Zustand feststellen
kann und somit dezentral Informationen dargestellt werden und verwendbar
sind.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem Speicher der Auswerteeinheit
ein Wert für die Netzfrequenz und Polpaarzahl oder ein
entsprechender Wert hinterlegt. Von Vorteil ist dabei, dass der Schlupf
bei netzbetriebenem Asynchronmotor mittels bloßer Bestimmung
der mechanischen Drehzahl bestimmbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Temperatur des Schmierstoffes
erfasst und zur Bestimmung des Ölalters und/oder bei der
Bestimmung des Wertes für Belastung verwendet. Von Vorteil
ist dabei, dass in einfacher Weise nicht nur eine Bestimmung der
Alterung der drehmomentübertragenden Komponenten, wie Lager,
Verzahnungsteile, Wellen oder dergleichen, der abdichtenden Komponenten,
wie Wellendichtringe oder dergleichen, berücksichtigbar
sind bei der Überwachung sondern auch funktionsbeeinflussende
Komponenten, wie Schmierstoff.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass der Drehwinkelwert
der Rotorwelle eines Elektromotors, insbesondere Asynchronmotors,
des Antriebs bestimmt wird,
wobei in jedem Zeitschritt der
Betrag der Winkeldifferenz zum Winkelwert des vorangegangenen Zeitschrittes
bestimmt wird und diese Beträge jeweils aufsummiert werden,
um die Gesamtwinkellänge der zurückgelegten Winkelstrecke
seit Betriebsbeginn zu bestimmen.
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Von
Vorteil ist dabei, dass aus der Winkelerfassung zusammen mit der
zugehörigen Zeiterfassung oder einer zeitschrittgesteuerten
Erfassung ein Wert für Abnutzung des Antriebs und somit
eine Überwachung ermöglicht ist.
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Wichtige
Merkmale bei dem Verfahren nach Anspruch 11 sind, dass die bei der
Drehbewegung vergehende Zeit als Betriebsstunden aufsummiert wird.
Vorteiligerweise ist dadurch eine besonders einfache Bestimmung
eines Maßes für Abnutzung oder Alterung bei der Überwachung
ermöglicht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird auch die Temperatur des Schmierstoffes
des Getriebes erfasst und in jedem Zeitschritt ein neuer Alterungswert
dadurch bestimmt, dass zum alten ein Summand addiert wird, der eine
Funktion der Temperatur des Schmierstoffes ist. Von Vorteil ist
dabei, dass auch für den Schmierstoff ein Alterungswert
bestimmbar ist und somit nur die Temperatur hierfür erfasst
werden muss.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird auch die Umgebungstemperatur
erfasst und verwendet bei der Überwachung des Antriebs.
Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Genauigkeit erreichbar ist.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei dem System sind, dass es eine Auswerteeinheit
und einen Antrieb, der zumindest ein Getriebe und einen Elektromotor
umfasst,
wobei ein Sensor zur Erfassung des Schlupfes vorgesehen
ist und die Auswerteeinheit aus dem festgestellten Schlupf einen
Wert für Belastung ermittelt. Von Vorteil ist dabei, dass
aus dem Wert für Schlupf ein Gesamtbelastungswert und somit
ein Maß für Abnutzung oder Alterung bestimmbar
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Sensor und Auswerteeinheit
integriert ausgeführt, insbesondere in einem gemeinsamen
Gehäuse und auf einer gemeinsamen Leiterplatte. Von Vorteil
ist dabei, dass eine hohe Einsparung an Teilen erfolgt und außerdem
durch bloße Bestückungsanpassung an die jeweiligen
Anforderungen eine entsprechend angepasste Auswerteeinheit herstellbar
ist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei
vorteilhafter Ausführung werden auch zwei oder mehrere
Verfahren kombiniert und dadurch eine noch bessere und genauere
Bestimmung des Maßes für Abnutzung bei der Überwachung
ermöglicht. Insbesondere wenn die Erfassung oder Bestimmung
einer Größe aus anlagen- oder antriebsspezifischen
Gründen nur erhöht fehlerhaft ausführbar
ist, ist eine zweite besser bestimmbare Größe
vorteilhaft verwendbar. Im einfachsten Fall wird jedes Verfahren gleichzeitig
angewendet und eine Warnung oder ein Alarm abhängig von
dem Ereignis gemacht, dass von einer der Größen
ein Wert zuerst den kritischen Wert überschreitet.
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Insbesondere
werden die Betriebsstundenerfassung und die Winkelstreckenerfassung
kombiniert mit der Gesamtbelastungswerterfassung.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In
der 1 ist ein erfindungsgemäßes
System gezeigt, bei dem ein Getriebe 1 von einem Elektromotor 2 angetrieben
wird, wobei die Winkelstellung der Rotorwelle des Elektromotors 2 von
einem Winkelsensor 3 detektiert wird. Die Sensorsignale
werden einer Auswerteeinheit 4 mit Anzeigemitteln zugeführt.
Die Auswerteeinheit ermittelt aus den Sensorsignalen einen Wert
für Winkelgeschwindigkeit der Rotorwelle.
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Der
Elektromotor ist vorzugsweise als Asynchronmotor ausgeführt
und wir aus dem elektrischen Versorgungsnetz mit Drehstrom gespeist.
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Wenn
keine abtriebsseitige Belastung vorliegt, gleicht die Drehzahl des
Motors der elektrischen Netzfrequenz oder einem der Polzahl entsprechenden
Vielfachen hiervon.
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Bei
Belastung weicht die Drehzahl vom belastungsfreien Wert ab. Es tritt
also ein sogenannter Schlupf auf.
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In
einem Speicher der Auswerteeinheit wird ein Wert für die
Netzfrequenz hinterlegt.
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Die
Auswerteeinheit ermittelt somit aus dem festgestellten Schlupf einen
Wert für Belastung, wobei auch eine Kennlinie des Motors
berücksichtigt wird. Außerdem stellt die Auswerteeinheit
fest, ob ein Start des Getriebemotors ausgeführt wurde,
also eine Änderung vom Ruhezustand in den betriebenen Zustand.
Vorteiligerweise wird die Kennlinie in der Auswerteeinheit hinterlegt
und abgespeichert. Auch getriebespezifische Parameter, wie Übersetzung oder
leistungsbezogene Daten des Getriebes sind hinterlegbar, ebenso
wie Querkraft und Betriebsfaktor.
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Einerseits
ist auf diese Weise die Anzahl der insgesamt zurückgelegten
Umdrehungen feststellbar, wobei diese unabhängig von der
Richtung festgestellt wird. Hierzu wird in jedem Zeitschritt der
Betrag der Winkeldifferenz zum Winkelwert des vorangegangenen Zeitschrittes
bestimmt und diese Beträge jeweils aufsummiert. Somit ist
die Gesamtwinkellänge der zurückgelegten Winkelstrecke
bestimmt. Dies entspricht der Anzahl der insgesamt zurückgelegten
Umdrehungen.
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Außerdem
wird in jedem Zeitschritt der Wert für Belastung verwendet
zur Bestimmung eines Gewichtungswertes, der vorzugsweise exponentiell
abhängt von der Belastung. Auch diese Gewichtungswerte
werden aufsummiert, um ein Maß für die während
der Betriebsdauer insgesamt aufgetretene Gesamtbelastung zu ermitteln.
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Der
Wert für Gesamtbelastung wird mit einem im Speicher der
Auswerteeinheit hinterlegten kritischen Wert verglichen, bei dessen Überschreiten eine
Warnung, ein Alarm oder ein Abschalten oder Reduzieren der Antriebsleistung
erfolgt.
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In
der oben beschriebenen Art und Weise ist die Gesamtanzahl der Startvorgänge
des Antriebs bestimmbar, die seit Betriebsbeginn aufgetreten sind. Wird
ein kritischer Wert für Anzahl überschritten,
sind ebenfalls Aktionen, wie Warnung, Alarm, Reduzieren der Leistung
des Antriebs und/oder Abschalten des Antriebs ausführbar.
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Damit
bei Netzausfall die gespeicherten Werte, wie beispielsweise Gesamtanzahl,
Gesamtbelastung und/oder insgesamt zurückgelegte Umdrehungen,
nicht verloren gehen, werden sie in einem nichtflüchtigen
Speicher gespeichert. Alternativ ist auch eine Versorgung des Speichers
während Netzausfall aus einer Batterie oder einem anderen
Energiespeicher vorteilhaft.
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Die
Auswerteeinheit ist auch mit einem Betriebsstundenzähler
ausstattbar, wobei sie die bei der Drehbewegung vergehende Zeit
als Betriebsstunden aufsummiert. Bei Stillstand wird der Wert für
Betriebsstundenzahl unverändert belassen.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist die Auswerteeinheit mit dem Winkelsensor in einem Gehäuse
ausführbar. Insbesondere ist die Signalaufbereitung und
Signalauswertung des Sensors mit der elektronischen Schaltung der
Auswerteeinheit auf einer einzigen gemeinschaftlichen Leiterplatte
ausgeführt. Es ist daher nur ein Gehäuse für
die gesamte Einheit notwendig. Außerdem ist eine Verkabelung
zwischen Sensor und Auswerteeinheit einsparbar. Insbesondere sind
Anzeigemittel im Gehäuse integrierbar und die elektronische Schaltung
aus dem Gebersignal versorgbar. Hierzu ist eine Ausführung
des Sensors mit Wiegand-Sensoren vorteilhaft, wobei am zu detektierenden
mit der Rotorwelle verbundenen Teil in Umfangsrichtung Magnete vorgesehen
sind, die abwechselnd magnetisiert sind. Es sind aber auch andere
energieerzeugende Sensorsysteme einsetzbar, um die Auswerteeinheit
zu versorgen.
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Mittels
der integrierten Ausführung ist auch eine hohe Schutzart
ausführbar, wodurch ein Einsatz in Nass-Anlagen, Getränkeindustrie-Anlagen
und dergleichen vorteilhaft ausführbar ist.
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Die
Auswerteeinheit ist auch zusammen oder getrennt vom Sensor in einem
Anschlusskasten eines Elektromotors integrierbar, wodurch ein Gehäuse
einsparbar ist.
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Die
Auswerteeinheit umfasst auch eine optische Anzeige zum Anzeigen
von Informationen, die einen Hinweis auf eine notwendige Wartung
oder einen Verbrauchszustand oder eine Restlebensdauer umfassen.
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In
einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird vom Sensor oder einem verbundenen Temperatursensor auch die
Temperatur des Schmierstoffes des Getriebes erfasst und in jedem
Zeitschritt ein neuer Alterungswert dadurch bestimmt, dass zum alten
ein Summand addiert wird, der vorzugsweise eine exponentielle Funktion
der Temperatur des Schmierstoffes ist. Somit ist bei Erreichen eines
kritischen Alters eine Warnung wegen notwendigem Schmierstoffwechsel
herausgebbar.
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In
einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird auch die Umgebungstemperatur erfasst und verwendet bei den
vorgenannten Verfahren. Somit wird eine noch genauere Bestimmung von
Alterungswerten und Lebensdauern ermöglicht.
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- 1
- Getriebe
- 2
- Elektromotor
- 3
- Winkelsensor
- 4
- Auswerteeinheit
mit Anzeigemitteln
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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