DE102016202713A1

DE102016202713A1 - DFMA-basierte Zustandsüberwachung

Info

Publication number: DE102016202713A1
Application number: DE102016202713.1A
Authority: DE
Inventors: Kris Smolders
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2017-08-24

Abstract

Verfahren zur Überwachung von Getrieben; wobei eine erste Komponente eines ersten Getriebes als kritisch und eine zweite Komponente des ersten Getriebes als unkritisch klassifiziert wird; wobei die erste Komponente des ersten Getriebes so ausgelegt ist, dass alle Betriebszustände aus einer Menge von vordefinierten Betriebszustände nicht zu einem Versagen der ersten Komponente führen; und wobei die zweite Komponente des ersten Getriebes so ausgelegt ist, dass Betriebszustände einer ersten Teilmenge der Menge der vordefinierten Betriebszustände zu einem Versagen der zweiten Komponente führen; mit folgenden Verfahrensschritten: Messen mindestens einer physikalischen Größe des ersten Getriebes und/oder mindestens eines auf das erste Getriebe einwirkenden physikalischen Parameters; identifizieren eines Betriebszustands des ersten Getriebes anhand der physikalischen Größe und/oder des physikalischen Parameters; und prüfen, ob der identifizierte Betriebszustand in der ersten Teilmenge enthalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Getrieben. Basierend auf einer Klassifizierung von Komponenten des Getriebes als kritisch oder unkritisch.
Die Zertifizierung von Windkraftgetrieben erfordert, dass auch für Betriebszustände eines Worst-Case-Szenarios ausreichend Sicherheiten vorgesehen sind. Insbesondere beim Entwurf einer Getriebebaureihe ist dies ein Kostentreiber. So führt die notwendige Berücksichtigung zahlreicher Worst-Case-Szenarien einzelner Getriebe der Familie zu Over-Engineering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebefamilie unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile verfügbar zu machen. Insbesondere soll Over-Engineering vermieden werden, ohne die Betriebssicherheit zu gefährden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Idee zugrunde, Komponenten des Getriebes zu identifizieren, die nicht sicherheitskritisch sind, und diese Komponenten in Hinblick auf Kosteneinsparungen gezielt weniger konservativ auszulegen. Da ein Versagen dieser Komponenten nicht mehr in sämtlichen Betriebszuständen ausgeschlossen werden kann, ist eine Überwachung des Getriebes vorgesehen.
Im Einzelnen wird eine erste Komponente eines ersten Getriebes als kritisch und eine zweite Komponente des ersten Getriebes als unkritisch klassifiziert.
Die Klassifizierung einer Komponente bezeichnet allgemein die Zuordnung eines oder mehrerer Attribute zu der Komponente. Entsprechend wird der ersten Komponente des ersten Getriebes das Attribut „kritisch“ oder das Attribut „unkritisch“ zugeordnet.
Vorzugsweise erfolgt die Klassifizierung auf Basis einer sogenannten Design-FMEA. Die Design-FMEA dient dazu, sicherheitskritische und nicht sicherheitskritische Komponenten zu identifizieren. So erfolgt die Klassifizierung der ersten Komponente des ersten Getriebes als kritisch und der zweiten Komponente des ersten Getriebes als unkritisch bevorzugt der mittels einer Design-FMEA unter Berücksichtigung insbesondere der Bedeutung jeweils eintretender Fehlerfolge.
Die erste, als kritisch klassifizierte Komponente des ersten Getriebes wird so ausgelegt, dass alle Betriebszustände aus einer Menge von vordefinierten Betriebszuständen nicht zu einem Versagen der ersten Komponente führen können.
Unter einem Betriebszustand ist eine Gesamtheit von physikalischen Größen des Getriebes und/oder auf das Getriebe einwirkenden physikalischen Parametern zu verstehen. Eine physikalische Größe eines Getriebes wiederum bezeichnet eine quantitativ bestimmbare physikalische Eigenschaft des Getriebes. Eine physikalische Größe, die von außen auf das Getriebe einwirkt, ist ein physikalischer Parameter. Insbesondere kann ein Betriebszustand kann nicht nur die zu einem bestimmten Zeitpunkt vorherrschenden physikalischen Größe des Getriebes und/oder die zu diesem Zeitpunkt auf das Getriebe einwirkenden physikalischen Parameter umfassen, sondern auch eine Historie vergangener Betriebszustände bzw. in der Vergangenheit vorherrschenden physikalischen Größen des Getriebes und/oder auf das Getriebe einwirkender physikalischer Parametern.
Vordefinierte Betriebszustände sind Betriebszustände, die vor einem bestimmten Zeitpunkt definiert, insbesondere bekannt waren. Bei diesem Zeitpunkt handelt es sich etwa um den Beginn der Inbetriebnahme eines Getriebes, den Beginn der Herstellung des Getriebes oder den Beginn der Auslegung des Getriebes.
Die Menge der im Rahmen der Erfindung vordefinierten Betriebszustände wird vorzugsweise derart gewählt, dass die Elemente der Menge sämtliche in Betrieb des ersten Getriebes zu erwartende Betriebszustände umfassen. Die beschriebene Auslegung der ersten Komponente entspricht also einem Design for Worst Case.
Die zweite, als unkritisch klassifizierte Komponente des ersten Getriebes kann weniger konservativ ausgelegt werden. Entsprechend wird zugelassen, dass Betriebszustände einer ersten Teilmenge der Menge der vordefinierten Betriebszustände zu einem Versagen der zweiten Komponente führen können. Umgekehrt können aber Betriebszustände aus der Menge der vordefinierten Betriebszustände, die nicht in der ersten Teilmenge enthalten sind, nicht zu einem Versagen der zweiten Komponente führen.
Die erste Teilmenge wird so gewählt, dass ein Eintreten von Betriebszuständen aus der ersten Teilmenge im Betrieb des ersten Getriebes hinreichend unwahrscheinlich ist. Vollständig auszuschließen ist ein Eintreten dieser Betriebszustände allerdings nicht. Daher wird das erste Getriebe während des Betriebs überwacht.
Unter dem Betrieb eines Getriebes ist allgemein eine zweckgemäße Verwendung des Getriebes zu verstehen. Im Falle eines Windkraftgetriebes ist der Betrieb des Getriebes gleichbedeutend mit der Verwendung des Getriebes in einer Windkraftanlage, um ein Drehmoment eines vom Wind angetriebenen Rotors zu einem Generator zu übertragen.
Im Betrieb des ersten Getriebes werden mindestens eine physikalische Größe des ersten Getriebes und/oder mindestens ein auf das erste Getriebe einwirkender physikalischer Parameter gemessen. Die physikalische Größe und/oder der physikalische Parameter werden so gewählt, dass sich anhand der Messung ein Betriebszustand des ersten Getriebes identifizieren lässt. Um die Betriebssicherheit des ersten Getriebes beurteilen zu können, wird schließlich geprüft, ob der identifizierte Betriebszustand in der ersten Teilmenge enthalten ist und damit geeignet ist, ein Versagen der ersten Komponente hervorzurufen.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird in diesem Fall ein Warnsignal generiert. Dies ermöglicht es etwa einem Betreiber einer Windkraftanlage, entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.
Das Verfahren ist nicht nur für ein einzelnes Getriebes geeignet, sondern ermöglicht es, bei Getriebefamilien Over-Engineering zu vermeiden. In einer bevorzugten Weiterbildung wird das Verfahren entsprechend nicht nur auf das erste Getriebe, sondern auch auf ein zweites Getriebe angewandt. So wird eine erste Komponente des zweiten Getriebes als kritisch und eine zweite Komponente des zweiten Getriebes als unkritisch klassifiziert. Die Auslegung des zweiten Getriebes erfolgt auf Basis derselben Betriebszustände, die auch zur Auslegung des ersten Getriebes herangezogen werden. Die erste Komponente des zweiten Getriebes ist entsprechend so ausgelegt, dass alle Betriebszustände aus der oben genannten Menge der vordefinierten Betriebszustände nicht zu einem Versagen der ersten Komponente des zweiten Getriebes führen können. Die zweite Komponente des zweiten Getriebes ist so ausgelegt, dass Betriebszustände einer zweiten Teilmenge der Menge der vordefinierten Betriebszustände zu einem Versagen der zweiten Komponente führen, nicht aber Betriebszustände aus der Menge der vordefinierten Betriebszustände, die nicht in der zweiten Teilmenge enthalten sind.
Analog zu der ersten Teilmenge wird die zweite Teilmenge so gewählt, dass das Eintreten der in der zweiten Teilmenge enthaltenen Betriebszustände hinreichend unwahrscheinlich ist. Die erste Teilmenge und die zweite Teilmenge können eine nichtleere Schnittmenge bilden oder voneinander disjunkt sein.
Wie auch das erste Getriebe, muss das zweite Getriebe in Betrieb überwacht werden. Weiterbildungsgemäß werden daher mindestens eine physikalische Größe des zweiten Getriebes und/oder mindestens ein auf das zweite Getriebe einwirkender physikalischer Parameter gemessen. Die gemessene physikalische Größe des zweiten Getriebes und/oder der gemessene, auf das zweite Getriebe einwirkende physikalische Parameter dienen dazu, einen Betriebszustand des zweiten Getriebes zu identifizieren.
Es wird geprüft, ob der identifizierte Betriebszustand des zweiten Getriebes in der zweiten Teilmenge enthalten ist. Ist dies der Fall, wird in einer bevorzugten Weiterbildung ein Warnsignal generiert.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung werden die oben beschriebenen Verfahrensschritte iterativ ausgeführt, d.h. die Verfahrensschritte Messen, Identifizieren und Prüfen bilden eine Iterationsschleife, die wiederholt durchlaufen wird.

Claims

Verfahren zur Überwachung von Getrieben; wobei eine erste Komponente eines ersten Getriebes als kritisch und eine zweite Komponente des ersten Getriebes als unkritisch klassifiziert wird; wobei die erste Komponente des ersten Getriebes so ausgelegt ist, dass alle Betriebszustände aus einer Menge von vordefinierten Betriebszustände nicht zu einem Versagen der ersten Komponente führen; und wobei die zweite Komponente des ersten Getriebes so ausgelegt ist, dass Betriebszustände einer ersten Teilmenge der Menge der vordefinierten Betriebszustände zu einem Versagen der zweiten Komponente führen; mit folgenden Verfahrensschritten: – Messen mindestens einer physikalischen Größe des ersten Getriebes und/oder mindestens eines auf das erste Getriebe einwirkenden physikalischen Parameters; – identifizieren eines Betriebszustands des ersten Getriebes anhand der physikalischen Größe und/oder des physikalischen Parameters; und – prüfen, ob der identifizierte Betriebszustand in der ersten Teilmenge enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal generiert wird, wenn der identifizierte Betriebszustand in der ersten Teilmenge enthalten ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Komponente eines zweiten Getriebes als kritisch und eine zweite Komponente des zweiten Getriebes als unkritisch klassifiziert wird; wobei die erste Komponente des zweiten Getriebes so ausgelegt ist, dass alle Betriebszustände aus der Menge von vordefinierten Betriebszustände nicht zu einem Versagen der ersten Komponente führen; wobei die zweite Komponente des zweiten Getriebes so ausgelegt ist, dass Betriebszustände einer zweiten Teilmenge der Menge der vordefinierten Betriebszustände zu einem Versagen der zweiten Komponente führen; mit folgenden Verfahrensschritten: – Messen mindestens einer physikalischen Größe des zweiten Getriebes und/oder mindestens eines auf das zweite Getriebe einwirkenden physikalischen Parameters; – identifizieren eines Betriebszustands des zweiten Getriebes anhand der physikalischen Größe und/oder des physikalischen Parameters; und – prüfen, ob der identifizierte Betriebszustand des zweiten Getriebes in der zweiten Teilmenge enthalten ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal generiert wird, wenn der identifizierte Betriebszustand des zweiten Getriebes in der zweiten Teilmenge enthalten ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessschritte iterativ ausgeführt werden.