DE102011085251A1

DE102011085251A1 - Verfahren zur Bestimmung einer verbrauchten oder verbleibenden Gerätelebensdauer eines elektrischen Geräts und/oder einer verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauer

Info

Publication number: DE102011085251A1
Application number: DE102011085251A
Authority: DE
Inventors: Christian Bitz
Original assignee: Huettinger Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2013-05-02
Also published as: DE202011110552U1

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung einer verbrauchten oder verbleibenden Gerätelebensdauer eines elektrischen Geräts (1), insbesondere einer Stromversorgung, welches zumindest eine Komponente aufweist, und/oder zumindest einer verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauer (KLD) umfasst die Verfahrensschritte:
a. Bestimmung zumindest eines Alterungsbeschleunigungsfaktors (ABF) für zumindest eine Komponente;
b. Bestimmung einer Komponentenintervallbetriebsdauer (KIBD), indem der zumindest eine Alterungsbeschleunigungsfaktor (ABF) mit einer Betriebsintervalldauer (BID) multipliziert wird;
c. Bestimmung der aktuellen verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauer (KLD_n+1) der Komponente, indem die Komponentenintervallbetriebsdauer (KIBD) zu einer zuvor ermittelten verbrauchten Komponentenlebensdauer (KLD_n) addiert wird oder von einer zuvor ermittelten verbleibenden Komponentenlebensdauer oder einer vorgegebenen Komponentenlebensdauer (KLD_v) subtrahiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer verbrauchten oder verbleibenden Gerätelebensdauer eines elektrischen Geräts, insbesondere einer Stromversorgung, welches zumindest eine insbesondere elektrische Komponente aufweist und/oder zumindest einer verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauer.
Die Alterung von elektrischen Geräten ist in der Regel abhängig von deren Betriebszeit, Betriebsart, Betriebsparametern sowie Umgebungsbedingungen. Um einem Ausfall eines alternden Gerätes vorzubeugen, ist es bekannt, Komponenten, deren Ausfall zu befürchten ist, vorsorglich auszutauschen. Die Schwierigkeit liegt darin, eine Komponente zum richtigen Zeitpunkt auszutauschen. Der Tausch darf nicht zu spät erfolgen, da das Risiko eines Ausfalls zu groß ist. Ein zu früher Austausch ist ökonomisch nicht sinnvoll. Es würden zu viele Komponenten mit einer signifikanten Restlebensdauer ausgetauscht.
Es ist denkbar, alle Komponenten eines Geräts für einen angenommenen schlechtesten Fall (worst case) zu spezifizieren. Dabei lässt sich eine Gesamtlebensdauererwartung des Geräts errechnen, die jedoch bei Annahme des schlechtesten Falls relativ gering ist. Alternativ ist es denkbar, alle Komponenten auf die Nennbetriebsbedingungen zu spezifizieren. In diesem Fall ist die errechnete Gesamtlebensdauererwartung zwar höher, das Risiko ungeplanter Ausfälle aber auch. Eine weitere Alternative wäre es, alle Komponenten auf die Durchschnittsbedingungen zu spezifizieren. Dazu ist jedoch Voraussetzung, dass ausreichend Informationen zu voraussichtlichen bzw. vergangenen Betriebsbedingungen (sog. mission profiles) vorliegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereit zu stellen, das eine vorbeugende Wartung bzw. den vorbeugenden Austausch von elektrischen Komponenten eines Geräts, die ihre bestimmungsgemäße maximale Lebensdauer bereits erreicht haben oder diese bald erreichen werden, ermöglicht, ohne dass es zu Ausfällen des Gerätes kommen kann. Die Komponentenlebensdauer soll aber bestmöglich ausgereizt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung einer verbrauchten oder verbleibenden Gerätelebensdauer eines elektrischen Geräts, insbesondere einer Stromversorgung, welches zumindest eine, insbesondere elektrische Komponente aufweist, und/oder zumindest einer verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauer, mit den Verfahrensschritten:

a. Bestimmung zumindest eines Alterungsbeschleunigungsfaktors für zumindest eine insbesondere elektrische Komponente;
b. Bestimmung einer Komponentenintervallbetriebsdauer, indem der zumindest eine Alterungsbeschleunigungsfaktor mit einer Betriebsintervalldauer multipliziert wird;
c. Bestimmung der aktuellen verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauer der insbesondere elektrischen Komponente, indem die Komponentenintervallbetriebsdauer zu einer zuvor ermittelten verbrauchten Komponentenlebensdauer addiert wird oder von einer zuvor ermittelten verbleibenden Komponentenlebensdauer oder einer vorgegebenen Komponentenlebensdauer subtrahiert wird.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn ein Alterungsbeschleunigungsfaktor für zumindest eine lebensdauerkritische Komponente bestimmt wird. Wenn eine lebensdauerkritische Komponente ausfällt, kann dies zum Ausfall des gesamten Geräts führen. Erfindungsgemäß kann daher eine Alterungsabschätzung vorgenommen werden, ohne einen worst case zu ermitteln oder auf die Nennbetriebsbedingungen zurückgreifen zu müssen. Die Belastungen einer elektrischen Komponente können über deren Betriebsdauer aufintegriert werden. Damit lässt sich das Risiko ungeplanter Ausfälle reduzieren, ohne dabei die errechnete Gesamtlebensdauer unnötig zu verschlechtern. Es ist somit eine präventive Wartung möglich. Ungeplanten Ausfällen kann somit vorgebeugt werden.
Beispielsweise kann in dem oben angegebenen Verfahrensschritt c. bei seiner ersten Ausführung die Komponentenintervallbetriebsdauer von einer vorgegebenen Komponentenlebendauer subtrahiert werden und bei erneutem Durchlauf des Schritts c. die neu ermittelte Komponentenintervallbetriebsdauer von der zuvor ermittelten Differenz subtrahiert werden. Es wird also quasi ein Zähler von einem Startwert rückwärts gezählt.
Der Alterungsbeschleunigungsfaktor kann in Abhängigkeit eines oder mehrerer Betriebsparameter bestimmt werden. Die Komponentenintervallbetriebsdauer und damit die verbrauchte oder verbleibende Komponentenlebensdauer kann somit in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen ermittel werden. Der Alterungsbeschleunigungsfaktor sollte dabei für mehr bzw. für weniger belastende (alterungsbeschleunigende) Betriebsarten oder Betriebsparameter größer bzw. kleiner sein. Dadurch kann die tatsächliche Alterung und Beanspruchung einer Komponente besonders gut abgebildet werden.
Für ein erstes Betriebsintervall kann ein erster Alterungsbeschleunigungsfaktor und für ein zweites Betriebsintervall kann ein zweiter Alterungsbeschleunigungsfaktor ermittelt werden und die Komponentenintervallbetriebsdauer kann für das erste und zweite Betriebsintervall mit dem entsprechenden Alterungsbeschleunigungsfaktor ermittelt werden. Wenn somit in zwei unterschiedlichen Betriebsintervallen unterschiedliche Betriebsbedingungen herrschen, so kann dies über den Alterungsbeschleunigungsfaktor berücksichtigt werden und die Beeinflussung der Alterung während der beiden Betriebsintervalle durch den Alterungsbeschleunigungsfaktor entsprechend richtig gewichtet werden.
Die Dauer eines Betriebsintervalls kann in Abhängigkeit eines oder mehrerer Betriebsparameter festgelegt werden. Beispielsweise kann die Dauer eines Betriebsintervalls in Abhängigkeit der Temperatur oder eines Temperaturbereichs festgelegt werden. Für einen Elektrolytkondensator könnte beispielsweise der Alterungsbeschleunigungsfaktor als 2^((Temperatur – 25°C)/10°C) festgelegt werden. Dieser Alterungsbeschleunigungsfaktor könnte angewendet werden, wenn sich die Temperatur im Bereich zwischen 20° und 40°C befindet. Die Komponentenintervallbetriebsdauer könnte berechnet werden als das Produkt aus der Betriebsintervalldauer und dem Alterungsbeschleunigungsfaktor. Ein bei 35°C betriebener Kondensator würde also pro Betriebssekunde mit 2 Sekunden verbrauchter Komponentenintervallbetriebsdauer berücksichtigt werden. Würde der Elko dagegen in einem Temperaturbereich zwischen 40°C und 50°C betrieben, könnte der Alterungsbeschleunigungsfaktor nach einer anderen Formel berechnet werden. Die Betriebsintervalldauer könnte sich nach der Dauer richten, während der die Temperatur sich im Bereich zwischen 40°C und 50°C befindet.
Für die zumindest eine Komponente können mehrere Alterungsbeschleunigungsfaktoren jeweils in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter bestimmt werden und das Produkt aus dem Alterungsbeschleunigungsaktoren und der Betriebsintervallzeit kann als Komponentenintervallbetriebsdauer gebildet werden. Beispielsweise könnte die Komponentenintervallbetriebsdauer für das oben genannte Beispiel berechnet werden als das Produkt aus der Betriebsintervalldauer, dem Alterungsbeschleunigungsfaktor in Abhängigkeit der Temperatur und einem Alterungsbeschleunigungsfaktor in Abhängigkeit eines Ripplestroms.
Die Alterungsbeschleunigungsfaktoren können in Abhängigkeit von einem der folgenden Betriebsparameter bestimmt werden:

a. Temperatur,
b. Strom,
c. Spannung,
d. Ripplestrom,
e. erzeugte Ausgangsleistung des Geräts
f. reflektierte Leistung
g. Betriebszeit
h. Temperaturzyklen,
i. Temperaturdifferenzen, z. B. hinsichtlich Chipablösungen durch thermische Wechselbelastungen.

Es versteht sich, dass diese Aufzählung von Betriebsparametern nicht abschließend ist. Es können beliebige andere Parameter mit möglichem Einfluss auf die Alterung bzw. Alterungsbeschleunigung verwendet werden.
Die verbrauchte oder verbleibende Komponentenlebensdauer der zumindest einen Komponente kann kontinuierlich oder zeitdiskret aktualisiert werden. Beispielsweise kann sie immer nach Ende einer Betriebsintervalldauer für die entsprechende Komponente aktualisiert werden. Somit liegt immer ein aktueller Wert für die verbrauchte oder verbleibende Komponentenlebensdauer vor und kann beurteilt werden, wie lange die Komponente voraussichtlich noch im Betrieb sein kann.
Die verbrauchte oder verbleibende Komponentenlebensdauer kann nicht flüchtig gespeichert werden. Dies hat den Vorteil, dass die verbrauchte oder verbleibende Komponentenlebensdauer auch dann nicht verloren geht, wenn das elektrische Gerät ausgeschaltet ist oder von einer Netzversorgung getrennt ist. Auch nach erneuter Inbetriebnahme des Geräts ist somit die Information über die verbrauchte oder verbleibende Komponentenlebensdauer vorhanden und kann fortlaufend aktualisiert werden.
Auch in Zeitintervallen, in denen das Gerät ausgeschaltet ist kann eine Komponentenintervallbetriebsdauer ermittelt werden, indem der zumindest eine Alterungsbeschleunigungsfaktor (ABF) mit einer Betriebsintervalldauer (BID) multipliziert wird.
Während der Zeit, in der das Gerät ausgeschaltet und somit von jeglicher Energieversorgung getrennt ist, kann auch eine Komponentenalterung stattfinden. Ein Beispiel dafür wäre die Austrocknung (Elektrolytverlust) eines Elektrolytkondensators (Elkos).
Bei Vorhandensein einer Echtzeituhr, die unabhängig von der Netzversorgung versorgt wird und auch bei ausgeschaltetem Gerät bzw. Trennung von der Energieversorgung weiterhin in Betrieb bleibt (siehe beispielsweise Uhr auf PC-Mainboard), ergeben sich folgende weitere Möglichkeiten.
Beim Wiedereinschalten kann die aktuelle Uhrzeit mit der zum Ausschaltzeitpunkt nichtflüchtig gespeicherten Uhrzeit verglichen und daraus eine Ausschaltzeit bestimmt werden.
Dazu ist diese zuvor beim Ausschalten nichtflüchtig abzuspeichern. Dies kann mit Hilfe vorhandener Restenergie zum Abschaltzeitpunkt erfolgen. Alternativ kann noch vor dem Abschaltzeitpunkt laufend aktualisiert eine Uhrzeit nichtflüchtig gespeichert werden. Beim Wiedereinschalten kann dann der letzte Speicherzeitpunkt näherungsweise als Abschaltzeitpunkt angenommen werden.
Beispielsweise die Alterung eines Elkos kann somit aus der vergangenen Ausschaltzeit und des zuvor beschriebenen Alterungsbeschleunigungsfaktors bestimmt werden. Ein wichtiger Faktor für die Alterung bei einem ausgeschalteten Gerät kann die Temperatur sein. Bei ausgeschaltetem Gerät ist diese nur sehr aufwändig, beispielsweise mit batteriegepufferter Messung und Speicherung, erfassbar. Man kann die Temperatur aber während einer solchen Zeit auch abschätzen. Das ist gegebenenfalls immer noch besser als diese Zeit vollkommen unberücksichtigt zu lassen. Als einfachste Annahme der Temperatur während der Ausschaltzeit kann z. B. Temperatur = Umgebungstemperatur = 25°C angenommen werden.
Besteht die weitere Möglichkeit der Bestimmung einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur während des Betriebes, könnte auch diese als Komponententemperatur während der Ausschaltzeit angenommen werden.
Die verbrauchte Komponentenlebensdauer kann mit einer vorgegebenen Komponentenlebensdauer verglichen werden. Durch den Vergleich kann ermittelt werden, wie viel von der vorgegebenen Komponentenlebensdauer noch übrig ist, bzw. wann eine Komponente getauscht werden muss.
Bei Erreichen der vorgegebenen Komponentenlebensdauer und/oder bei Erreichen einer vorgegebenen verbleibenden Komponentenlebensdauer, die sich als Differenz der vorgegebenen und der verbrauchten Komponentenlebensdauer ergeben kann, kann eine Meldung ausgegeben werden oder eine andere Aktion, z. B. das Abschalten des elektrischen Geräts, ausgelöst werden. Somit kann eine Komponente bei Erreichen ihrer verfügbaren Lebensdauer oder auch vorausschauend, ehe die verfügbare Lebensdauer erreicht ist, rechtzeitig ausgetauscht werden.
Es kann für mehrere, insbesondere für alle lebensdauerkritischen Komponenten eine verbrauchte und/oder eine verbleibende Komponentenlebensdauer ermittelt werden. Somit können alle insbesondere elektrischen Komponenten, insbesondere alle lebensdauerkritischen Komponenten hinsichtlich ihrer verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauer überwacht werden und gegebenenfalls rechtzeitig ausgetauscht oder gewartet werden.
Aus den, insbesondere für die lebensdauerkritischen Komponenten ermittelten verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauern kann eine voraussichtlich noch verfügbare Gerätelebensdauer ermittelt oder prognostiziert werden. Dies kann unter der Annahme erfolgen, dass das Gerät zukünftig unter den gleichen Bedingungen betrieben werden wird, wie es dem Mittelwert über den gesamten bereits vergangenen Betriebszeitraum entspricht. Dabei ist die Komponente mit der kleinsten prognostizierten und gegebenenfalls alterungsbeschleunigten Restlebensdauer maßgeblich für die voraussichtliche Restlebensdauer des Gesamtgeräts. Dies bedeutet, dass eine Prognose über die voraussichtliche Restlebensdauer des Gerätes, bei den über die Vergangenheit gemittelten alterungsbeschleunigten Bedingungen erfolgen kann.
Zusätzlich zu der verbrauchten Komponentenlebensdauer kann eine verbrauchte Gerätelebensdauer aus den ermittelten Komponentenlebensdauern bestimmt und nicht flüchtig gespeichert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Gerätesteuerung implementiert sein.
Eine Variante des erfindungsgemäßes Verfahrens sei anhand des oben erwähnten Elektrolytkondensators beispielhaft erläutert. Dabei ist zu erwähnen, dass der Vergleich der verbrauchten Komponentenlebensdauer mit einer vorgegebenen Komponentenlebensdauer und damit die Bestimmung der verbleibenden Komponentenlebensdauer besonders einfach realisiert werden kann, indem die vorgegebene Komponentenlebensdauer als Anfangswert eines Zählers verwendet wird, von dem die ermittelte Komponentenintervallbetriebsdauer stets abgezogen wird. Der Zähler kann dabei bis auf einen Wert = 0 herunter gezählt werden. Wenn der Zähler Null erreicht, kann eine Meldung ausgegeben werden. Beispielsweise kann eine Komponentenlebensdauer bei einem betrieb von 25°C vorgegeben werden. Der zugehörige Alterungsbeschleunigungsfaktor bei 25°C wäre dann = 1 anzusetzen. Von diesem Wert kann dann stets das Produkt aus einem Alterungsbeschleunigungsfaktor (Temperatur) x Betriebsintervalldauer abgezogen werden.
Neben der Temperatur können für den oben genannten Kondensator natürlich auch noch weitere alterungsbeschleunigende Faktoren berückschtigt werden. Beispielsweise könnte eine Komponentenintervallbetriebsdauer ermittelt werden, indem eine Betriebsintervalldauer mit einem Alterungsbeschleunigungsfaktor (Temperatur) und einem Alterungsbeschleunigungsfaktor (Ripplestrom) multipliziert wird. Ein Anfangswert des Zählers müsste anhand einer vorgegebenen Komponentenlebensdauer in Abhängigkeit der Temperatur und einer vorgegebenen Komponentenlebensdauer für einen bestimmten Ripplestrom bestimmt werden. Die Alterungsbeschleunigungsfaktoren müssten dann so angesetzt sein, dass sie bei 25°C bzw. einem Ripplestrom = 0 A den Faktor 1 ergeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in einer beliebigen Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines elektrischen Geräts;
2 eine Baugruppe des Geräts gemäß 1.;
3 eine weitere Baugruppe des Geräts gemäß 1;
4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5a ein Beispiel für einen Temperaturverlauf;
5b ein Beispiel für einen Stromverlauf;
5c ein Beispiel für einen Spannungsverlauf;
5d ein Diagramm, welches einen Alterungsbeschleunigungsfaktor für verschiedene Betriebsintervalldauern zeigt;
6 einen Vergleich der kumulierten verbrauchten Komponenten-Lebensdauer mit einem herkömmlichen Betriebsstundenzähler.
Die 1 zeigt ein als Stromversorgung ausgebildetes elektrisches Gerät 1, welches eine Gerätesteuerung 2 aufweist. Weiterhin ist ein elektrischer Leistungsversorgungsanschluss 3 vorgesehen. Mit der Bezugsziffer 4 sind Baugruppen angegeben, die in einem Gehäuse 5 des elektrischen Geräts 1 angeordnet sind. Mit der Bezugsziffer 6 ist ein Lüftungsanschluss bezeichnet. Stromversorgungsmodule 7 weisen die Baugruppen 4 auf. An den Stromversorgungsmodulen 7 sind Lüftungsöffnungen 8 vorgesehen. Weiterhin weisen die Stromversorgungsmodule 7 diverse Anschlüsse wie Kühlmittelanschlüsse 9 auf. Hieraus ergibt sich, dass ein elektrisches Gerät 1 eine Vielzahl (elektrischer) Komponenten aufweist, die für den Betrieb notwendig sind. Schon der Ausfall einer der insbesondere elektrischen Komponenten kann zu einem Ausfall des gesamten elektrischen Geräts führen, weshalb dafür Sorge getragen werden muss, dass die Komponenten rechtzeitig gewartet bzw. ausgetauscht werden.
Die 2 zeigt in perspektivischer Ansicht ein erstes Beispiel einer Baugruppe 4a. Die Baugruppe 4a umfasst eine Leiterkarte 13, an der mehrere elektrische Komponenten 12 vorgesehen sind. Weiterhin weist die Baugruppe 4a ein Betriebsparameterbestimmungselement 11 sowie eine eigene Steuerung 14 auf, die mit der Gerätesteuerung 2 in Verbindung stehen kann.
Die 3 zeigt in perspektivischer Darstellung eine weitere Baugruppe 4b, die einen Ferrit 21 aufweist, der in der Nähe eines Kühlkörpers 22 angeordnet ist. Mit der Bezugsziffer 23 ist als elektrische Komponente ein Elektrolytkondensator bezeichnet. Mit den Bezugsziffern 24, 26 sind als Sensoren ausgebildete Betriebsparameterbestimmungselemente gezeigt. Diese können beispielsweise als Temperatursensor, Spannungssensor oder Stromsensor ausgebildet sein. Mit der Bezugsziffer 25 ist ein weiterer Ferrit bezeichnet, der für eine Drossel oder einen Übertrager zum Einsatz kommen kann. Mit der Bezugsziffer 27 ist ein Steckverbinder bezeichnet.
Im Sinne der Erfindung sind auch eine Baugruppe 4, 4a, 4b und Leiterkarte 13 als elektrische Komponente zu verstehen. Die verbleibende bzw. verbrauchte Komponentenlebensdauer kann grundsätzlich für alle oben genannten Komponenten 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 4a, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 26, 25, 27 bestimmt werden.
In der 4 wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Flussdiagramms erläutert. Das Verfahren startet an der Stelle 100. Zunächst wird in Schritt 101 ein Alterungsbeschleunigungsfaktor ABF bestimmt. Der Alterungsbeschleunigungsfaktor kann in Abhängigkeit eines Betriebsparameters bestimmt werden. Im Schritt 102 wird eine Komponentenintervallbetriebsdauer KIBD = ABF × BID, wobei BID eine Betriebsintervalldauer ist, ermittelt. Die Betriebsintervalldauer kann eine fest vorgegebene Dauer sein. Besondere Vorzüge ergeben sich jedoch, wenn die Betriebsintervalldauer variabel ist und insbesondere in Abhängigkeit von Betriebsparametern und/oder deren Änderung (erste zeitliche Ableitung) eingestellt wird. Insbesondere, wenn die Komponentenintervallbetriebsdauer auch während ausgeschaltetem Gerät ermittelt wird, kann die Betriebsintervalldauer auf den gesamten Abschaltzeitraum eingestellt und hierfür ein Alterungsbeschleunigungsfaktor bestimmt werden. Weiterhin ist es denkbar, dass der Alterungsbeschleunigungsfaktor in Abhängigkeit von dem gleichen oder einem anderen Betriebsparameter bestimmt wird. Beispielsweise kann eine erste Betriebsintervalldauer relativ kurz gewählt werden, wenn beispielsweise ein Plasma in einer an das elektrische Gerät angeschlossenen Plasmakammer noch nicht gezündet ist. In diesem Fall kann eine elektrische Komponente besonders stark belastet werden, weshalb während dieser Betriebsintervalldauer der Alterungsbeschleunigungsfaktor relativ hoch gewählt werden kann. Ist dagegen das Plasma in der Plasmakammer gezündet und erfolgt ein so genannter Normalbetrieb, kann die Betriebsintervalldauer relativ lang gewählt werden. Gleichzeitig kann der Alterungsbeschleunigungsfaktor reduziert werden, da die Belastung der elektrischen Komponenten während des ungestörten Plasmabetriebs geringer ist.
Im Schritt 103 kann eine aktuell verbrauchte Komponentenlebensdauer KLD_n+1 = KIBD + KLD_n ermittelt werden, wobei KLD_n eine zuvor ermittelte Komponentenlebensdauer wieder gibt.
Im Schritt 104 kann die aktuell verbrauchte Komponentenlebensdauer KLD_n+1 mit einer vorgegebenen Komponentenlebensdauer KLD_v verglichen werden. Ist die aktuell verbrauchte Komponentenlebensdauer größer der vorgegebenen Komponentenlebensdauer KLD_v, wird im Schritt 105 eine Meldung ausgegeben, dass die entsprechend überwachte Komponente ihre Komponentenlebensdauer erreicht hat. Wird die Frage im Schritt 104 verneint, so wird im Schritt 106 das Ende der Betriebsintervalldauer BID abgewartet und dann zum Schritt 101 zurückgekehrt. Gleichbedeutend mit den Schritten 103, 104 ist es, wenn von der vorgegebenen Komponentenlebensdauer KLD_v stets der Wert KLD_n+1 abgezogen und überprüft wird, ob das Resultat > 0 ist. Weiterhin gleichbedeutend wäre, zu Beginn des Verfahrens KLD_n = KLD_v zu setzen und eine verbleibende Komponentenlebensdauer KLD_n+1 zu berechnen als KLD_n – KIBD. Es müsste auch hier überwacht werden, ob KLD_n+1 > 0 ist. Eine Meldung würde ausgegeben, wenn KLD_n+1 unter 0 fällt.
Die 5a, 5b, 5c zeigen die Änderung der Temperatur, des Stroms und der Spannung, wie sie beispielsweise eine elektrische Komponente eines elektrischen Geräts über die Zeit erfährt. In der 5d ist der Alterungsbeschleunigungsfaktor ABF für die Betriebsintervalldauer BID₁ bis BID₆ aufgezeichnet. Für jede Betriebsintervalldauer BID₁ bis BID₆ nimmt der Alterungsbeschleunigungsfaktor ABF einen anderen Wert an. Für jede Betriebsintervalldauer BID₁ bis BID₆ wurde der Alterungsbeschleunigungsfaktor ABF in Abhängigkeit von Temperatur, Strom und Spannung in dem jeweiligen Betriebsintervall gebildet, insbesondere als Produkt eines ersten die Temperatur berücksichtigende Alterungsbeschleunigungsfaktos, eines zweiten den Strom berücksichtigenden und eines dritten die Spannung berücksichtigenden Alterungsbeschleunigungsfaktors. Da sich Temperatur, Strom und Spannung über die Zeit ändern, ist es verständlich, dass für jede Betriebsintervalldauer ein anderer Alterungsbeschleunigungsfaktor vorliegt. Somit wird die tatsächliche Belastung der elektrischen Komponente durch Temperatur, Strom und Spannung gut abgebildet.
In der 6 sind auf der einen Achse die Komponentenintervalldauern KID₁ bis KID₆ auf der einen Achse und die Betriebsintervalldauern BID₁ bis BID₆ auf der anderen Achse aufgetragen. Darunter ist nochmals der Alterungsbeschleunigungsfaktor gemäß 5d gezeigt. Die Kurve 301 gibt die kumulierte verbrauchte Komponentenlebensdauer an. Ein Vergleich mit der Kurve 302, die die Kurve für einen herkömmlichen Betriebsstundenzähler angibt, zeigt, dass aufgrund der Berücksichtigung der Alterungsbeschleunigungsfaktoren die Kurve 301 zum Teil über und zum Teil unter der Kurve 302 liegt. Die tatsächlich verbrauchte Komponentenlebensdauer wird daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genauer erfasst.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer verbrauchten oder verbleibenden Gerätelebensdauer eines elektrischen Geräts (1), insbesondere einer Stromversorgung, welches zumindest eine Komponente aufweist, und/oder zumindest einer verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauer (KLD) mit den Verfahrensschritten: a. Bestimmung zumindest eines Alterungsbeschleunigungsfaktors (ABF) für zumindest eine Komponente; b. Bestimmung einer Komponentenintervallbetriebsdauer (KIBD), indem der zumindest eine Alterungsbeschleunigungsfaktor (ABF) mit einer Betriebsintervalldauer (BID) multipliziert wird; c. Bestimmung der aktuellen verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauer (KLD_n+1) der Komponente, indem die Komponentenintervallbetriebsdauer (KIBD) zu einer zuvor ermittelten verbrauchten Komponentenlebensdauer (KLD_n) addiert wird oder von einer zuvor ermittelten verbleibenden Komponentenlebensdauer oder einer vorgegebenen Komponentenlebensdauer (KLD_v) subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Alterungsbeschleunigungsfaktor (ABF) in Abhängigkeit eines oder mehrerer Betriebsparameter bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für ein erstes Betriebsintervall ein erster Alterungsbeschleunigungsfaktor (ABF) und für ein zweites Betriebsintervall ein zweiter Alterungsbeschleunigungsfaktor (ABF) ermittelt wird und die Komponentenintervallbetriebsdauer (KIBD) für das erste und zweite Betriebsintervall mit dem entsprechenden Alterungsbeschleunigungsfaktor (ABF) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines Betriebsintervalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer Betriebsparameter festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die zumindest eine Komponente mehrere Alterungsbeschleunigungsfaktoren (ABF) jeweils in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter bestimmt werden und das Produkt aus den Alterungsbeschleunigungsfaktoren (ABF) und der Betriebsintervalldauer (BID) als Komponentenintervallbetriebsdauer (KIBD) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterungsbeschleunigungsfaktoren (ABF) in Abhängigkeit von einem der folgenden Betriebsparameter bestimmt werden: a. Temperatur, b. Strom c. Spannung d. Ripplestrom e. Erzeugte Ausgangsleistung des Geräts f. Reflektierte Leistung g. Betriebszeit h. Temperaturzyklen, i. Temperaturdifferenzen
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verbrauchte oder verbleibende Komponentenlebensdauer (KLD) der zumindest einen Komponente kontinuierlich oder zeitdiskret aktualisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verbrauchte oder verbleibende Komponentenlebensdauer (KLD) nicht-flüchtig gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verbrauchte Komponentenlebensdauer (KLD) mit einer vorgegebenen Komponentenlebensdauer (KLD_v) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der vorgegebenen Komponentenlebensdauer und/oder bei Erreichen einer vorgegebenen verbleibenden Komponentenlebensdauer eine Meldung ausgegeben oder eine andere Aktion ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere, insbesondere alle lebensdauerkritischen Komponenten, eine verbrauchte und/oder eine verbleibende Komponentenlebensdauer (KLD) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den insbesondere für die lebensdauerkritischen Komponenten ermittelten verbrauchten oder verbleibenden Komponentenlebensdauern (KLD) eine voraussichtlich noch verfügbare Gerätelebensdauer ermittelt oder prognostiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prognose über die Restlebensdauer bestimmt wird, insbesondere mit Hilfe von Daten aus der vergangenen Durchschnittsbelastung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine verbrauchte Gerätelebensdauer aus den ermittelten Komponentenlebensdauern (KLD) bestimmt und nicht-flüchtig gespeichert wird.
Gerätesteuerung (2) eines elektrischen Geräts (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche in der Gerätesteuerung (2) implementiert ist.