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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur erweiterten Zustandsüberwachung eines Getriebeinnenraums und ein Verfahren zum Betrieb der zuvor genannten Vorrichtung. Die Vorrichtung ist in einem Getriebe, insbesondere für eine Windkraftanlage oder einem Schiff vorgesehen.
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Bei Getrieben werden zur Zustandsüberwachung der Getriebeelemente Sensoren zur Messung unterschiedlicher Zustandsgrößen, wie beispielsweise Schwingungen, Temperaturen und Drehzahlen verwendet. Bei einem kritischen Signal der Sensoren kann eine Wartung des Getriebes oder eine Sichtung des Getriebeinnenraums zur Fehlersuche vorgesehen werden. Wartungen von Getrieben, insbesondere von Windkraftanlagen und Schiffen sind aufgrund der schlechten Erreichbarkeit des jeweiligen Getriebes aufwendig und kostenintensiv. Ferner wird in der Regel zur Wartung des Getriebes für eine Offshore-Windkraftanlage oder für ein Schiff auf hoher See mehrere Wochen bis Monate Vorlaufzeit benötigt.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Getriebe für Windkraftanlagen und Schiffe, ist jedoch nicht nur auf diese Getriebe beschränkt. Vielmehr sind auch Getriebe für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge und Nutzfahrzeuge, aber auch Getriebe für Industrieanwendungen denkbar.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur erweiterten Zustandsüberwachung eines Getriebeinnenraums zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur erweiterten Zustandsüberwachung eines Getriebeinnenraums umfasst eine Kameravorrichtung und eine Wiedergabevorrichtung, wobei die Kameravorrichtung mindestens eine Kamera aufweist sowie zumindest zur Generierung von 360°-Videoaufnahmen des Getriebeinnenraums vorgesehen ist, und wobei die Wiedergabevorrichtung zumindest zum interaktiven Abspielen der 360°-Videoaufnahmen vorgesehen ist. Mithin erfolgt die 360°-Videoaufnahme des Getriebeinnenraums mit der Kameravorrichtung, wobei die Kameravorrichtung mindestens eine Kamera, vorzugsweise mehrere Kameras umfasst. Die mindestens eine Kamera ist zur 360°-Videoaufnahme in der Dunkelheit vorgesehen. Vorteilhafterweise umfasst die Kameravorrichtung dazu mindestens einen Infrarotsensor oder mindestens ein Belichtungselement, vorzugsweise mindestens eine LED. Ferner ist es denkbar, dass verschiedene optische Elemente, wie Linsen oder Spiegel zur 360°-Videoaufnahme vorgesehen sind. Die Kameravorrichtung ist vorzugsweise derart im Gehäuse des Getriebes angeordnet, dass so viele Getriebeelemente, insbesondere Wellen, Zahnräder, Schaltelemente und Lageranordnungen, wie möglich aufnahmetechnisch erfasst werden können. Ferner ist die Kameravorrichtung vorzugsweise dreidimensional verfahrbar im Getriebeinnenraum angeordnet, wobei durch ein Verfahren der Kameravorrichtung im Getriebeinnenraum weitere Getriebeelemente aufnahmetechnisch erfasst werden. Die 360°-Videoaufnahme ermöglicht ein interaktives Abspielen auf der Wiedergabevorrichtung, wobei die Auswahl eines Blickwinkels während der Wiedergabe der 360°-Videoaufnahme jederzeit wählbar ist. Mit anderen Worten wird durch die 360°-Videoaufnahme ein Umschauen im Getriebeinnenraum ermöglicht und somit suggeriert, dass der Betrachter, der die Wiedergabevorrichtung bedient, sich im Getriebeinnenraum befindet.
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Vorzugsweise umfasst die Kameravorrichtung eine Signalverarbeitungseinheit, die zumindest dazu vorgesehen ist, die 360°-Videoaufnahmen an die Wiedergabevorrichtung weiterzuleiten. Des Weiteren kann die Signalverarbeitungseinheit auch zur Bearbeitung der 360°-Videoaufnahmen vorgesehen sein, um insbesondere die jeweilige Aufnahme einer jeweiligen Kamera zu einer 360°-Videoaufnahme zusammenzuführen, die interaktiv abspielbar ist. Die Signalverarbeitungseinheit ist entweder kabelgebunden mit der Wiedergabevorrichtung verbunden oder vorteilhafterweise zur kabellosen Signalübertragung vorgesehen. Dazu weist die Signalverarbeitungseinheit ein Sendeelement auf, das mit einem Empfängerelement der Wiedergabevorrichtung kabellose zusammenwirkt. Bevorzugt weist die Wiedergabevorrichtung und/oder die Signalverarbeitungseinheit ein Speicherelement zum Aufzeichnen von 360°-Videoaufnahmen auf. Insbesondere weist die Signalverarbeitungseinheit ein als Flash-Speicher ausgebildetes Speicherelement auf, wobei das Speicherelement das Abspeichern insbesondere von 360°-Videoaufnahmen ermöglicht. Vorteilhafterweise ist die Signalverarbeitungseinheit dazu vorgesehen, eine Relevanz der 360°-Videoaufnahmen zu beurteilen und nur relevante 360°-Videoaufnahmen an die Wiedergabevorrichtung weiterzuleiten. Dadurch wird der Datenstrom zwischen der Signalverarbeitungseinheit und der Wiedergabevorrichtung erheblich reduziert. Dabei wird auch der Energieverbrauch der Signalverarbeitungseinheit gesenkt, da eine Beurteilung der Relevanz der Messdaten in einem Rechenschritt weniger Energie benötigt, als die Signalübermittlung zur Wiedergabevorrichtung. Zur Energieversorgung der Kameravorrichtung ist insbesondere ein Energiespeicher vorgesehen. Als Energiespeicher kann sowohl eine Batterie vorgesehen sein oder die Einspeisung von elektrischer Energie über ein dafür vorgesehenes Kabel.
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Ferner bevorzugt umfasst die Wiedergabevorrichtung ein Rechnersystem, wobei das Rechnersystem als Computer oder als Smartphone oder als Virtual-Reality-Brille ausgebildet ist. Unter einem Rechnersystem ist eine Vorrichtung zu verstehen, die aus physikalischen Komponenten, der sogenannten Hardware, und damit zusammenwirkenden Programmen, der sogenannten Software, besteht. Sofern das Rechnersystem als Computer ausgebildet ist, ist ein interaktives Abspielen der 360°-Videoaufnahme an einer Anzeigevorrichtung, insbesondere einem Monitor vorgesehen, wobei ein Navigieren des Blickwinkels mittels einer Maus und/oder einer Tastatur vorgesehen ist. Vorteilhafterweise ist das Rechnersystem als Smartphone oder Tablet-Computer ausgebildet. Ein interaktives Abspielen der 360°-Videoaufnahme ist dann, insbesondere durch Drehen und Schwenken des Smartphones oder Tablet-Computers im Raum vorgesehen. Dazu umfasst das Smartphone oder der Tablet-Computer insbesondere einen Bewegungssensor und/oder einen Kippsensor. Eine Rundumsicht im Getriebeinnenraum kann aber auch durch ein Wischen vorzugsweise mit einem Finger über ein Touchscreen-Display des Smartphones oder des Tablet-Computers erreicht werden. Des Weiteren kann das Rechnersystem auch als Virtual-Reality-Brille ausgebildet sein, die wie eine Skibrille am Kopf des Betrachters fixiert wird. Eine Virtual-Reality-Brille kann auch durch eine Haltevorrichtung für ein Smartphone und ein Smartphone realisiert werden, wobei das Smartphone in der Haltevorrichtung angeordnet ist, und die Haltevorrichtung dazu vorgesehen ist das Smartphone vor den Augen eines Betrachters am Kopf des Betrachters zu positionieren. Durch die Kopfbewegungen, insbesondere dem Umschauen im Raum, erfolgt eine Blickwinkeländerung beim interaktiven Abspielen der 360°-Vorrichtung und somit ein Umschauen im Getriebeinnenraum.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zumindest in Zeitabständen 360°-Videoaufnahmen mittels der Kameravorrichtung von dem Getriebeinnenraum generiert. Mit anderen Worten ist die Aufzeichnung einer Vielzahl von 360°-Videoaufnahmen vorgesehen, wobei die jeweilige 360°-Videoaufnahme vorzugsweise eine Dauer von wenigen Sekunden bis mehreren Minuten aufweisen kann. Diese Aufnahmen können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen bedarfsgesteuert erfolgen. Ferner ist auch eine kontinuierliche 360°-Videoaufnahme denkbar. Insbesondere kann eine kontinuierliche 360°-Videoaufnahme in Echtzeit an die Wiedergabevorrichtung übertragen werden.
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Vorzugsweise wirkt die Wiedergabevorrichtung mit mindestens einem Sensorelement zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements zusammen, wobei die Wiedergabevorrichtung bei einem kritischen Signal des mindestens einen Sensorelements zumindest ein Warnsignal ausgibt. Das mindestens eine Sensorelement ist beispielsweise dazu vorgesehen, Schwingungen, Temperaturen oder Drehmomente zu erfassen, jedoch ist das mindestens eine Sensorelement nicht nur auf diese Zustandsgrößen beschränkt. Unter Schwingungen sind insbesondere Vibrationen aber auch akustische Schwingungen unterschiedlicher Frequenz und Amplitude zu verstehen. Unter einem kritischen Signal ist insbesondere die Abweichung einer Zustandsgröße von einem zu erwartenden Wert bzw. von einem zu erwartenden Wertebereich zu verstehen. Diese Abweichung kann unterschiedliche Ursachen haben. Beispiele für solche Abweichungen sind unplanmäßige Änderungen des Drehmoments oder Schwingungsänderung durch wachsende Risse in Getriebebauteilen, wie Wellen. Die Ausgabe eines Warnsignals weist somit auf eine Unstimmigkeit oder einen Fehler des zu überwachenden Getriebeelements hin, so dass über die Wiedergabevorrichtung eine Rundumsicht in den Getriebeinnenraum vorgenommen werden kann. Das Warnsignal wird vorzugsweise akustisch und/oder optisch zumindest an der Wiedergabevorrichtung ausgegeben.
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Bevorzugt startet die Kameravorrichtung bei einem kritischen Signal des mindestens einen Sensorelements die 360°-Videoaufnahme. Mithin erfolgt die Aufzeichnung der 360°-Videoaufnahme während der Messung des kritischen Signals.
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Ferner bevorzugt werden die 360°-Videoaufnahmen auf einem Speicherelement abgespeichert, wobei mindestens eine 360°-Videoaufnahme unmittelbar vor der Ausgabe des Warnsignals, mindestens eine 360°-Videoaufnahme während der Ausgabe des Warnsignals und mindestens eine 360°-Videoaufnahme unmittelbar nach der Ausgabe des Warnsignals archiviert werden. Unter dem Begriff Archivieren ist eine dauerhafte Speicherung der 360°-Videoaufnahme zu verstehen. Die 360°-Videoaufnahme unmittelbar vor der Ausgabe des Warnsignals ist die zuletzt vorgenommene 360°-Videoaufnahme vor dem Warnsignal, also zu einem Zeitpunkt, zu dem keine Fehlermeldungen detektiert wurden. Die 360°-Videoaufnahme unmittelbar nach der Ausgabe des Warnsignals ist die zuletzt vorgenommene 360°-Videoaufnahme direkt nach dem Warnsignal, also zu einem Zeitpunkt, nach der Fehlermeldung, wobei eine Fehlermeldung nicht mehr vorliegt und somit nicht mehr aktuell ist.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines teilweise dargestellten Getriebes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur erweiterten Zustandsüberwachung eines Getriebeinnenraums,
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2 ein Diagramm zur Veranschaulichung von Messdaten eines Sensorelement zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements.
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Gemäß 1 ist ein Getriebe 8 für eine Windkraftanlage teilweise dargestellt. Das Getriebe 8 umfasst eine Vorrichtung zur erweiterten Zustandsüberwachung eines Getriebeinnenraums. Ferner ist im Getriebeinnenraum eine Stirnradstufe 10 stark vereinfacht dargestellt, wobei ein Sensorelement 7 an einem Lager 11 einer Weller 12 der Stirnradstufe 10 angeordnet ist. Das Sensorelement 7 gehört zu einer – hier nicht näher dargestellten – Zustandsüberwachungsvorrichtung von Getriebeelementen des Getriebes 8. Die in der Welle 7 oder in der Stirnradstufe 10 erzeugten Schwingungen werden, insbesondere durch Schädigungsmechanismen wie Risse verändert, wobei dadurch insbesondere eine Rissinitiierung oder ein Risswachstum mittels des Sensorelements 7 aufspürbar ist.
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Ferner ist in dem Getriebeinnenraum eine Kameravorrichtung 1 einer Vorrichtung zur erweiterten Zustandsüberwachung des Getriebeinnenraums angeordnet, wobei die Kameravorrichtung 1 drei Kameras 3 aufweist sowie zur Generierung von 360°-Videoaufnahmen des Getriebeinnenraums vorgesehen ist. Ferner ist an der Kameravorrichtung 1 eine Signalverarbeitungseinheit 4 angeordnet, die zumindest dazu vorgesehen ist, die 360°-Videoaufnahmen an eine Wiedergabevorrichtung 2 weiterzuleiten. Die Wiedergabevorrichtung 2 gehört ebenfalls zur Vorrichtung zur erweiterten Zustandsüberwachung des Getriebeinnenraums und ist außerhalb des Getriebeinnenraums angeordnet und von einem – hier nicht dargestellten – Benutzer bedienbar. Die Wiedergabevorrichtung 2 umfasst ein Rechnersystem 6, wobei das Rechnersystem 6 als Smartphone ausgebildet ist. Das Rechnersystem 6 wirkt zu Wiedergabe der 360°-Videoaufnahmen mit einem Anzeigeelement 9, das als Display ausgebildet ist, zusammen. Ferner umfasst sowohl die Wiedergabevorrichtung 2 als auch die Signalverarbeitungseinheit 4 ein Speicherelement 5 zum Aufzeichnen der 360°-Videoaufnahmen.
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2 zeigt einen Graphen, wobei auf einer Abszisse 13 eine Zeit in Minuten aufgetragen ist, und wobei auf einer Ordinate 14 ein Drehmoment in Newtonmeter aufgetragen ist. Somit stellt der Graph einen Verlauf des Drehmoments über die Zeit dar. Das Drehmoment wird mittels eines – hier nicht dargestellten – Sensorelements zur Zustandsüberwachung eines Getriebeelements bestimmt. In regelmäßigen Zeitabständen werden 360°-Videoaufnahmen von dem in 1 dargestellten Getriebeinnenraum mittels der Kameravorrichtung 1 generiert. Ein Beginn einer jeweiligen 360°-Videoaufnahme ist durch das Kamerapiktogramm dargestellt. Die 360°-Videoaufnahme dauert wenige Minuten.
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Die Wiedergabevorrichtung 2 wirkt mit dem Sensorelement zur Drehmomentmessung derart zusammen, dass die Wiedergabevorrichtung 2 bei einem kritischen Signal des Sensorelements ein Warnsignal ausgibt. Vorliegend ist eine Unterschreitung eines minimalen Grenzwertes 15 für das Drehmoment oder eine Überschreitung eines maximalen Grenzwertes 16 für das Drehmoment als kritisches Signal definiert. Bei einem kritischen Signal des Sensorelements startet die Kameravorrichtung 1 die 360°-Videoaufnahme von dem Getriebeinnenraum. Alle 360°-Videoaufnahmen werden temporär auf dem Speicherelement 5 der Signalverarbeitungseinheit 4 abgespeichert.
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Bei einem Warnsignal werden eine 360°-Videoaufnahme unmittelbar vor der Ausgabe des Warnsignals, eine 360°-Videoaufnahme während der Ausgabe des Warnsignals und eine 360°-Videoaufnahme unmittelbar nach der Ausgabe des Warnsignals dauerhaft auf dem Speicherelement 5 der Signalverarbeitungseinheit 4 archiviert und zusätzlich an die Wiedergabevorrichtung 2 übertragen. Die 360°-Videoaufnahmen werden mittels der Wiedergabevorrichtung 2 interaktiv abgespielt. Die Auswahl eines Blickwinkels während der Wiedergabe der 360°-Videoaufnahmen ist von dem Benutzer durch Drehen und Kippen der Wiedergabevorrichtung 2 jederzeit wählbar. Mit anderen Worten wird durch die 360°-Videoaufnahme durch Fernwartung ein Umschauen im Getriebeinnenraum ermöglicht und somit suggeriert, dass der Benutzer, der die Wiedergabevorrichtung 2 bedient, sich im Getriebeinnenraum befindet.
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Bei einer Fehlermeldung durch ein Sensorelement einer Zustandsüberwachungsvorrichtung können erforderliche Maßnahmen nach einer visuellen Prüfung mittels der Vorrichtung zur erweiterten Zustandsüberwachung des Getriebeinnenraums eingeleitet werden. Mit anderen Worten ermöglicht die Vorrichtung zur erweiterten Zustandsüberwachung des Getriebeinnenraums ein Umschauen im Getriebeinnenraum aus der Ferne.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kameravorrichtung
- 2
- Wiedergabevorrichtung
- 3
- Kamera
- 4
- Signalverarbeitungseinheit
- 5
- Speicherelement
- 6
- Rechnersystem
- 7
- Sensorelement
- 8
- Getriebe
- 9
- Display
- 10
- Stirnradstufe
- 11
- Lager
- 12
- Welle
- 13
- Abszisse
- 14
- Ordinate
- 15
- minimaler Grenzwert
- 16
- maximaler Grenzwert
