DE102012105198A1 - Verfahren zur Lebensdauer-Überwachung eines Bauteils sowie Elektromotor mit verfahrensgemäßer Lebensdauer-Überwachung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lebensdauer-Überwachung und zum Bestimmen einer von einer Betriebsdauer abhängigen Rest-Lebensdauer (Lrest) eines technischen Bauteils, dessen maximale Lebensdauer von bestimmten Betriebsbedingungen abhängig ist. Zunächst wird für bestimmte, vorgegebene Betriebsbedingungen eine maximale theoretische Lebensdauer (LX0) bestimmt, wobei nach Inbetriebnahme des Bauteils im Betrieb zyklisch unter Berücksichtigung der jeweils aktuell vorhandenen, tatsächlichen Betriebsbedingungen anhand von gemessenen aktuellen Betriebsparametern zugehörige aktuelle Lebensdauer-Berechnungen erfolgen, und wobei die Rest-Lebensdauer (Lrest) anhand aller aktuellen Lebensdauer-Berechnungen seit der Inbetriebnahme ermittelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung einen elektronisch kommutierten Elektromotor (1) mit einer elektronischen Ansteuerung (2), in welche Mittel zur automatischen Bestimmung der Rest-Lebensdauer mindestens eines Bauteils nach dem oben beschriebenen Verfahren implementiert sind.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lebensdauer-Überwachung und zum Bestimmen einer von einer Betriebsdauer abhängigen Rest-Lebensdauer eines technischen Bauteils, dessen maximale Lebensdauer von bestimmten Betriebsbedingungen abhängig ist.
• Zudem betrifft die Erfindung auch – als bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens – einen elektronisch kommutierten Elektromotor mit einer elektronischen Ansteuerung.
• Bei vielen technischen Geräten und deren Bauteilen besteht in der Praxis häufig der Wunsch, die Lebensdauer zu überwachen, um eine nahende Störung und insbesondere einen bevorstehenden gänzlichen Funktionsausfall, d. h. das Lebensdauer-Ende, rechtzeitig vorhersehen und signalisieren zu können, so dass ein Anwender Vorsorge für einen sofortigen Austausch des Gerätes oder zumindest eines seiner Bauteile treffen oder einen Austausch bereits vorsorglich vor einem Totalausfall vornehmen kann.
• Es ist bekannt, bei der Entwicklung eines Gerätes oder Bauteils die voraussichtliche Lebensdauer in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsparametern abzuschätzen. Diese Lebensdauer ist aber ein rein theoretischer Wert, der mit der praktischen Anwendung in aller Regel nicht übereinstimmt. Deshalb sind bisherige Maßnahmen zur Bestimmung einer Rest-Lebensdauer sehr ungenau.
• In dem Dokument DE 10 2004 035 723 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Restlebensdauer eines Elektrolytkondensators eines Frequenzumrichters beschrieben. Hiernach wird eine Restlebensdauer eines Elektrolytkondensators mit Hilfe seiner berechneten Kerntemperatur und einer korrespondierenden Lebensdauer berechnet. Die Kerntemperatur wird mit Hilfe der gemessenen Umgebungstemperatur und seiner berechneten Verlustleistung bestimmt. Aus der Lebensdauer wird jeweils eine Alterungsgeschwindigkeit berechnet, die zu einem tatsächlichen Lebensalter aufintegriert wird, und die subtrahiert von einem Lebensdauerende die jeweilige Restlebensdauer ergibt. Die Verlustleistung wird in Abhängigkeit von einer gemessenen Zwischenkreisspannung, einem gemessenen Motorstrom, einer ermittelten Motorspannung, der Kapazität des Elkos und in ihm wirksamer Innenwiderstände berechnet. Alles in allem führt dies zu einem großen Rechenaufwand.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Genauigkeit einer Abschätzung der tatsächlichen, in der jeweiligen Applikation zu erwartenden Lebensdauer bzw. Rest-Lebensdauer mit geringem Aufwand verbessert werden kann.
• Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungsmaßnahmen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der anschließenden Beschreibung enthalten.
• Zudem ist – als bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens – ein elektronisch kommutierter Elektromotor Gegenstand des Anspruchs 12, wobei der Elektromotor dadurch gekennzeichnet ist, dass in seiner Ansteuerung Mittel zur automatischen Bestimmung der Rest-Lebensdauer mindestens eines Bauteils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren implementiert sind.
• Demnach erfolgen erfindungsgemäß nach der Inbetriebnahme des Bauteils oder Gerätes, also im laufenden Betrieb, zyklisch unter Berücksichtigung der jeweils aktuell vorhandenen, tatsächlichen Betriebsbedingungen anhand von gemessenen Betriebsparametern zugehörige aktuelle Lebensdauer-Berechnungen, wobei die Rest-Lebensdauer anhand aller aktuellen Lebensdauer-Berechnungen seit der Inbetriebnahme ermittelt wird. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen werden somit erstmals die tatsächlichen Betriebsbedingungen entsprechend dem jeweiligen realen Belastungsprofil des Bauteils berücksichtigt, wodurch die Bestimmung der Restlebensdauer hinsichtlich der Genauigkeit deutlich verbessert wird.
• Die Erfindung eignet sich für nahezu beliebige technische Bauteile, sowohl für mechanische, insbesondere rotierende Bauteile, wie Drehlager, als auch für elektrische oder elektronische Bauteile, wie insbesondere Elektrolytkondensatoren. Es brauchen dabei nur die jeweils geeigneten, für die Lebensdauer relevanten Betriebsparameter unmittelbar gemessen oder mittelbar durch Messung einer anderen Größe und entsprechende Umrechnung ermittelt und dann entsprechend berücksichtigt zu werden.
• Im Falle von rotierenden mechanischen Bauteilen, wie beispielsweise einer Drehlagerung, sind die wesentlichen Parameter die Bauteile-Temperatur und die Drehzahl. Diese Parameter können im Betrieb auf einfache Weise erfasst und für die zyklischen Bestimmungen der jeweiligen Rest-Lebensdauer anhand von vorgegebenen Berechnungsalgorithmen berücksichtigt werden.
• Entsprechendes gilt auch für elektrische Bauteile, wie insbesondere Elektrolytkondensatoren, wobei als maßgebliche Größen beispielsweise der so genannte Rippelstrom und ebenfalls die Bauteile-Temperatur berücksichtigt werden.
• Durch die erfindungsgemäße belastungsabhängige Lebensdauer-Überwachung werden – entsprechend dem jeweiligen tatsächlichen Lastprofil – nicht nur Betriebszeiten mit den ursprünglich vorgegebenen Betriebsparametern berücksichtigt, sondern vorteilhafterweise auch Betriebszeiten, in denen für die Lebensdauer ungünstigere Bedingungen vorliegen, so dass die Rest-Lebensdauer schneller abnimmt, sowie aber auch solche Betriebszeiten, in denen günstigere Betriebsbedingungen vorliegen, so dass – ausgehend von der initialen Konstruktions-Lebensdauer – sogar ein Lebensdauer-Zugewinn, d. h. über das jeweilige Zeitintervall hinweg eine geringere Einbuße an Lebensdauer, festgestellt wird.
• Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft genauer erläutert werden. Es zeigen:
• 1 als eine bevorzugte Anwendung der Erfindung einen elektronisch kommutierten Elektromotor in einer schematischen, blockschaltbildartigen Darstellung,
• 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Temperatur-Profils über die Betriebszeit,
• 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Drehzahl-Profils über die Betriebszeit,
• 4 ein Diagramm zur Erläuterung einer Aufzeichnung einer realen Belastung mit den Parametern Temperatur und Drehzahl über die Zeit,
• 5 ein Flussdiagramm eines Berechnungs-Algorithmus und
• 6 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Messablaufes zur Bestimmung des Rippelstroms.
• In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels sowie auch unabhängig von den Merkmalskombinationen und Rückbeziehungen der Ansprüche eine erfinderische Bedeutung haben.
• In 1 ist beispielhaft ein elektronisch kommutierter Elektromotor 1, kurz EC-Motor, mit seiner elektronischen Ansteuerung 2 veranschaulicht. Eine – in diesem Fall beispielhaft einphasige – Netzwechselspannung U_N wird über einen Netzgleichrichter 4 gleichgerichtet und über einen Zwischenkreis-Kondensator C_Z und optional eine Drossel Dr geglättet. Daraus resultiert eine Zwischenkreis-Gleichspannung U_Z, die dann über die elektronische Ansteuerung 2 in eine Betriebsspannung für eine insbesondere dreisträngige Motorwicklung des Elektromotors 1 umgeformt wird. Dazu besteht die Ansteuerung 2 als Kommutierungselektronik aus einer gesteuerten Wechselrichter-Endstufe 6 mit einer Vollbrücke aus sechs elektronischen Schaltern T1 bis T6, die von einer Steuereinheit 8 über eine Treiberstufe 10 zur Kommutierung und Drehzahleinstellung des Motors 1 angesteuert werden. Zur Drehzahleinstellung erfolgt in aller Regel eine PWM-Taktung mit einem variablen Tastverhältnis. Der Elektromotor 1 weist als mechanisches Bauteil u. a. eine nur angedeutete Drehlagerung 12 für einen nicht gesondert gezeichneten Rotor auf, wobei die Drehlagerung 12 aus mehreren einzelnen Drehlagern, insbesondere Kugellagern, bestehen kann. Als Zwischenkreis-Kondensator C_Z wird häufig ein Elektrolytkondensator 14 eingesetzt.
• Für den praktischen Einsatz soll die Lebensdauer bestimmter Bauteile überwacht werden, was für die bevorzugte Anwendung insbesondere für die Drehlagerung 12 und/oder den Elektrolytkondensator 14 gilt, weil diese Bauteile eine maximale, von den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängige Lebensdauer besitzen. So wird beispielsweise bei Kugellagern die Lebensdauer hauptsächlich von der Drehzahl n und der Temperatur T beeinflusst, bei einem Elektrolytkondensator hauptsächlich von der Elektrolyt-Temperatur T, die ihrerseits von der Umgebungstemperatur und der elektrischen Belastung, insbesondere dem so genannten Rippelstrom, abhängt. So führt eine hohe Elektrolyt-Temperatur zu einem Verbrauch des in aller Regel flüssigen Elektrolytes durch Verdunstung bzw. Verdampfung.
• Die 2 und 3 zeigen beispielhaft für ein Drehlager Belastungsprofile für die Temperatur T (2) und für die Drehzahl n (3) für einen EC-Motor 1. Aus den Diagrammen wird deutlich, dass über die Betriebszeit bzw. Betriebsstunden h hinweg die Betriebsparameter variieren. Diese über die Betriebszeit unterschiedlichen Parameter konnten bisher für eine Abschätzung der Lebensdauer bzw. Rest-Lebensdauer nicht berücksichtigt werden. Vielmehr konnte nur die Lebensdauer für vorgegebene unveränderliche Lastparameter bestimmt werden. Diese als „Designwert” berechnete theoretische Lebensdauer stimmt aber mit dem aktuellen Belastungsfall im Einsatz in aller Regel nicht überein. So können Betriebszustände auftreten, in denen sich die theoretische Lebensdauer durch günstigere Betriebsparameter, z. B. bei Lagern insbesondere durch eine geringere Drehzahl, verlängert oder durch ungünstigere Bedingungen, z. B. bei Lagern eine höhere Drehzahl verkürzt.
• Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, nach der Inbetriebnahme des jeweiligen Bauteils, also im laufenden Betrieb, zyklisch unter Berücksichtigung der jeweils aktuell vorhandenen, tatsächlichen Betriebsbedingungen anhand von jeweils aktuell gemessenen Betriebsparametern zugehörige aktuelle Lebensdauer-Berechnungen durchzuführen, wobei die Rest-Lebensdauer anhand aller aktuellen Lebensdauer-Berechnungen seit der Inbetriebnahme ermittelt wird.
• Wie in 4 beispielhaft angedeutet ist, wird folglich erfindungsgemäß die reale Belastung z. B. anhand der Parameter Temperatur T und Drehzahl n aufgezeichnet. Es werden somit Zeitintervalle, z. B. Stunden h, erfasst, in denen das Bauteil bei einer bestimmten Kombination eines Wertepaares (T, n) betrieben wurde. Für jedes Wertepaar (T, n) kann dann für das jeweilige Zeitintervall ein relativer prozentualer Zeitbetrag als Verlust an Lebensdauer berechnet werden. Dieser Betrag berücksichtigt dann die tatsächlichen Betriebsbedingungen in dem jeweiligen Zeitintervall. Auf diese Weise wird insgesamt die Berechnung sehr genau.
• Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren in einer Anwendung zur Bestimmung der Rest-Lebensdauer von Elektrolytkondensatoren 14 genauer erläutert werden.
• Im Betrieb stehen als Betriebsparameter die Messgrößen
• – Aufnahmeleistung P
• – Elektrolyttemperatur T
• – Spannung an Elektrolytkondensatoren (= Zwischenkreisspannung U)
zur Verfügung. Aus diesen Messwerten kann die zu erwartende Lebensdauer des Elektrolytkondensators 14 nach folgender Gleichung 1 berechnet werden:

• Hierbei bedeuten:

L_X

die jeweils zu erwartende Lebensdauer

L₀

eine spezifizierte Lebensdauer als Herstellerangabe (Datenblatt)

T₀

eine vorbestimmte maximale Betriebstemperatur (z. B. 105°C)

T_X

die jeweils aktuelle Umgebungstemperatur, insbesondere als Mittelwert über das jeweilige Zeitintervall, z. B. eine Stunde

ΔTm

eine Konstante, sog. Inside Temperature Increase, z. B. bei 105°C-Typen: ΔTm = 10°C

I_ripple

aktueller Rippelstrom

I₀

spezifizierter Rippelstrom gemäß Hersteller-Datenblatt

k

ein so genannter Beschleunigungsfaktor als Konstante, z. B. bei 105°C-Typen: k = 5°C

• Der Rippelstrom I_ripple muss in dem beschriebenen Verfahren nicht zwangsläufig als direkter Messwert vorliegen. Er kann für einen gegebenen EC-Motor 1 vielmehr indirekt über die aufgenommene Leistung P unter Berücksichtigung der Zwischenkreisspannung U des EC-Motors ermittelt 1 werden.
• Der Zusammenhang zwischen der aufgenommenen Leistung P und dem Rippelstrom I_ripple – bei gegebener Zwischenkreisspannung U – ist für jede elektrische Auslegung eines EC-Motors 1 charakteristisch. Zu dieser Auslegung zählt in erster Linie u. a. die Dimensionierung des gewickelten Stators, der Typ, die Anzahl und die Kapazitätsgröße der Zwischenkreis-Elko(s), sowie das Kommutierungsverfahren.
• Dieser Zusammenhang lässt sich beispielsweise simulatorisch mit bekannten numerischen Verfahren ermitteln, oder aber direkt an einem physisch vorliegenden Motorexemplar einmalig bestimmen.
• Im letzteren Fall werden bei unterschiedlichen Zwischenkreisspannungen U verschiedene Endstufenaussteuergrade angefahren, d. h. unterschiedliche Leistungsaufnahmen P simuliert. Parallel hierzu wird der tatsächlich im Elko fließende Rippelstrom I_ripple gemessen und dokumentiert. Ein detaillierter Messablauf ist beispielhaft in 6 dargestellt.
• Es ergibt sich für jede Zwischenkreisspannung U dann punktuell ein Zusammenhang zwischen der aufgenommenen Leistung P und Rippelstrom I_ripple. Mittels gängiger mathematischer Interpolationsmethoden lässt sich dann hieraus jeweils eine stetige Funktion berechnen.
• Bei einem Beispielgerät konnte der Zusammenhang sehr gut mit einer quadratischen Gleichung wie folgt approximiert werden: I_ripple = a2·P² + a1·P + a0 (Gl. 2)
• Für die gegebene Motorauslegung wären dann bei einer mittleren Zwischenkreisspannung U = 600 V, a2 = 3,2·10^–7, a1 = 0,001 und a0 = 0,13 und P = aufgenommene elektrische Leistung, insbesondere als Mittelwert über das Zeitintervall von insbesondere einer Stunde hinweg.
• Auf diese Weise erhält man verschiedene Kurvenscharen, die den Zusammenhang zwischen der aufgenommenen Leistung P und dem Rippelstrom I_ripple darstellen.
• Alternativ können die Wertepaare der Zwischenkreisspannung U und den Rippelstroms I_ripple in einer Datentabelle abgelegt werden.
• Im Betrieb kann dann auf die Kurvenschar bzw. Datentabelle zugegriffen werden. Der hieraus ermittelte Wert für I_ripple kann dann in Gl. 1 verwendet werden.
• Die zu erwartende Lebensdauer wird nun jeweils aktuell für bestimmte Zeitintervalle, insbesondere für jede Betriebsstunde h berechnet. Aus der aktuell zu erwartenden Lebensdauer L_X kann berechnet werden, welchen prozentualen Anteil an der zu erwartenden Gesamt-Lebensdauer L_X das Bauteil während dieses Zeitintervalls, insbesondere während dieser einen Betriebsstunde, eingebüßt hat: ΔL [%] = 100% / Lx·Ta (Gl. 3)
• Hierbei bedeuten ΔL [%] die eingebüßte prozentuale Lebensdauer und Ta die jeweilige Intervallzeit, beispielsweise Ta = 1 Stunde.
• Durch Aufsummieren aller prozentualen Anteile seit Inbetriebnahme ergibt sich der Anteil, den das Bauteil an seiner Gesamt-Lebensdauer bereits eingebüßt hat:

  
• Die verbleibende Rest-Lebensdauer lässt sich dann berechnen mit:

  

  wobei Tb die bis zur jeweiligen Messung abgelaufene Betriebszeit ist.
• Für die bevorzugte Anwendung bei dem EC-Motor 1 gemäß 1 sind erfindungsgemäß in die Ansteuerung 2 des Elektromotors 1, insbesondere in die von einem Microcontroller μC gebildete Steuereinheit 8 Mittel zur automatischen Bestimmung der Rest-Lebensdauer des jeweiligen Bauteils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren implementiert. Dies bedeutet, dass die Steuereinheit 8 die Lebensdauer selbsttätig zyklisch nach einem beispielhaft in 5 mit Berechnungsschritten 1 bis 5 veranschaulichten Algorithmus entsprechend aktuell erfasster Messwerte und entsprechend den zuvor erläuterten Gleichungen berechnet, insbesondere einmal pro Stunde oder in längeren Zeitabständen anhand des zyklisch aufgezeichneten und gespeicherten Lastprofils, beispielsweise einmal täglich oder einmal wöchentlich.
• Bei Erreichen oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Rest-Lebensdauer wird zweckmäßig ein Meldesignal für eine übergeordnete Steuerung ausgegeben. Die Steuerung kann dann die Meldung auf beliebige Weise auswerten und umsetzen.
• Bei anderen Bauteilen erfolgen gleichartige Berechnungen, wobei die jeweils zu erwartende Gesamt-Lebensdauer mit geeigneten Formeln ermittelt werden kann.
• Bei Drehlagern beispielsweise wird die Lebensdauer maßgeblich von der Fettgebrauchsdauer begrenzt. Daher kann diese zur Bestimmung der Rest-Lebensdauer verwendet werden. Hierbei gilt: F_x = f_x·AT (Gl. 6)

F_x:

aktuelle Fettgebrauchsdauer

f_x:

aktueller drehzahlabhängiger Lebensdauerwert

AT:

temperaturabhängiger Lebensdauerfaktor

• Die einzelnen Faktoren lassen sich wie folgt ermitteln:

  

V:

Variable

n:

aktuelle Drehzahl

L_k:

Lagerkennwert (abhängig von Lagerart und -größe)


• – wenn ϑ_Lager > ϑ_Fettgrenz
  
• – wenn ϑ_{Fettgrenz-30°C} ≥ ϑ_Lager ≤ ϑ_Fettgrenz AT = 2·A (Gl. 10)
• – wenn ϑ_Lager < ϑ_{Fettgrenz-30°C}

  ϑ_Lager:

  aktuelle Lagertemperatur

  ϑ_Fettgrenz:

  Fettgrenztemperatur (abhängig von Fettart-Herstellerangabe)

  k₁:

  Temperatureinflussfaktor (typisch zwischen 10 und 20)

  k₂:

  Temperatureinflussfaktor (typisch zwischen 15 und 20)

  A:

  Schmiermittelfaktor (berücksichtigt die Leistungsfähigkeit des Schmiermittels im Vergleich zu Standardfetten (üblicherweise lithiumverseiftes Mineralöl))

• Es sei bemerkt, dass die Variable V in Gl. 7 von verschiedenen Faktoren des Lagers abhängig ist, insbesondere von der Grenzdrehzahl für die Fettschmierung, der Betriebsdrehzahl und dem so genannten Lagerfaktor. Beispielsweise kann V abgeleitet werden aus dem GfT-Arbeitsblatt 2.4.1 der Gesellschaft für Tribologie, DK 621.892:621.822.6 vom November 1984, Seite 17, Bild 17, wo ein Diagramm für die Schmierfrist für Lithiumseifenfette dargestellt ist. Ein daraus abgeleiteter Wert würde z. B. V = 770.000 betragen.
• Auch hierbei gilt grundsätzlich der allgemeine Algorithmus gemäß 5, wobei nur der – speziell für Kondensatoren vorgesehene – Schritt 1 mit Gl. 2 entfallen kann. Somit erfolgen auch hierbei die Schritte 2 bis 5, wobei in Schritt 2 die Gl. 1 durch Gl. 6 zu ersetzen ist. Die Gl. 3 bis 5 sind entsprechend anzuwenden.
• Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Es wird ausdrücklich betont, dass die Ausführungsbeispiele nicht auf alle Merkmale in Kombination beschränkt sind, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal auch losgelöst von allen anderen Teilmerkmalen für sich eine erfinderische Bedeutung haben. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im jeweiligen unabhängigen Anspruch definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des jeweiligen unabhängigen Anspruchs weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102004035723 A1 [0005]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• GfT-Arbeitsblatt 2.4.1 der Gesellschaft für Tribologie, DK 621.892:621.822.6 vom November 1984, Seite 17, Bild 17 [0050]

Claims (12)

1. Verfahren zur Lebensdauer-Überwachung und zum Bestimmen einer von einer Betriebsdauer abhängigen Rest-Lebensdauer (L_rest) eines technischen Bauteils, dessen maximale Lebensdauer von bestimmten Betriebsbedingungen abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst für bestimmte, vorgegebene Betriebsbedingungen eine maximale theoretische Lebensdauer (L_X0) bestimmt wird, wobei nach Inbetriebnahme des Bauteils im Betrieb zyklisch unter Berücksichtigung der jeweils aktuell vorhandenen, tatsächlichen Betriebsbedingungen anhand von gemessenen aktuellen Betriebsparametern zugehörige aktuelle Lebensdauer-Berechnungen erfolgen, und wobei die Rest-Lebensdauer (L_rest) anhand aller aktuellen Lebensdauer-Berechnungen seit der Inbetriebnahme ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zyklisch erfassten tatsächlichen Betriebsparameter als Lastprofil über die Zeit (h) abgespeichert werden, wobei die zugehörigen Lebensdauer-Berechnungen und die Ermittlung der Rest-Lebensdauer (L_rest) selbsttätig in bestimmten Zeitabständen durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Rest-Lebensdauer (L_rest) ein Warnsignal erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Bauteils zyklisch für aufeinanderfolgende Zeitintervalle (Ta) unter Berücksichtigung der jeweils aktuell ermittelten, tatsächlichen Betriebsparameter jeweils eine zugehörige aktuelle Lebensdauer (L_X) berechnet wird, wobei aus dieser aktuellen Lebensdauer (L_X) bezogen auf die Länge des Zeitintervalls (Ta) ein prozentualer Anteil (ΔL) der erwarteten Lebensdauer (L_X) für jedes Zeitintervall (Ta) berechnet wird, und wobei anhand der Summe aller prozentualen Lebensdauer-Anteile (ΔL) seit Inbetriebnahme des Bauteils die Restlebensdauer (L_rest) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Anwendung für mechanische, rotierende Bauteile, wie insbesondere Drehlagerungen (12) in Elektromotoren (1), wobei als für die Lebensdauer wesentliche Betriebsparameter die Temperatur (T) und die Drehzahl (n) des rotierenden Bauteils gemessen und berücksichtigt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Anwendung für elektrische oder elektronische Bauteile, wie insbesondere Elektrolytkondensatoren (14), wobei als für die Lebensdauer wesentliche Betriebsparameter die Temperatur (T) des Bauteils und ein an dem Bauteil auftretender Rippelstrom (I_ripple) ermittelt und berücksichtigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lebensdauer (L_X bzw. L_X0) nach der Formel

   

   berechnet wird, wobei L_x die jeweils zu erwartende Lebensdauer, L₀ eine spezifizierte Lebensdauer gemäß Datenblatt, T₀ eine maximale Betriebstemperatur, T_X eine aktuelle Temperatur, insbesondere als Mittelwert über das jeweilige Zeitintervall (Ta) hinweg, ΔTm eine vorgegebene Konstante, I_ripple ein aktueller Rippelstrom, I₀ ein spezifizierter Rippelstrom gemäß Datenblatt und k eine vorgegebene Konstante sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rippelstrom (I_ripple) aus einer gemessenen elektrischen Aufnahmeleistung berechnet wird mit der Formel: Iripple = a2·P² + a1·P + a0 wobei P die aufgenommene Leistung, insbesondere als Mittelwert über das jeweilige Zeitintervall (Ta) hinweg, und a0, a1, a2 bestimmte vorgegebene Konstanten sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der prozentuale Anteil (ΔL) der Lebensdauer pro Zeitintervall nach der Beziehung ΔL [%] = 100% / Lx·Ta berechnet wird, wobei Ta die Länge des jeweiligen Zeitintervalls ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Aufsummieren aller prozentualen Anteile (ΔL) nach der Beziehung

    

    zyklisch ein Lebensdauer-Anteil (L %) berechnet wird, der seit der Inbetriebnahme verbraucht wurde.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende Rest-Lebensdauer (L rest) zyklisch nach der Beziehung

    

    berechnet wird, wobei Tb die bis zur jeweils letzten, aktuellen Berechnung abgelaufene Betriebszeit ist.
12. Elektronisch kommutierter Elektromotor (1) mit einer elektronischen Ansteuerung (2), dadurch gekennzeichnet, dass in die Ansteuerung (2) Mittel zur automatischen Bestimmung der Rest-Lebensdauer mindestens eines Bauteils nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 implementiert sind.

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