DE102016222660A1 - Method and device for detecting changes in an electrically driven drive - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in wenigstens einem Betriebszustand eines elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), insbesondere zum Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen an einem derartigen Antrieb, umfasst die Schritte: Messen wenigstens eines dem elektrisch betriebenen Antrieb zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms, Durchführen einer Zeit-Frequenz-Analyse und/oder einer Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms, Vergleichen eines aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Frequenzspektrum und/oder Vergleichen eines aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert, Auslösen eines Fehlersignals, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe festgestellt wird. Das Verfahren und eine danach arbeitende Vorrichtung ermöglichen eine Überwachung der Antriebe und rechtzeitige Erkennung mechanischer Schäden.Dabei sollen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen des Antriebs (101) verwendet werden.A method for detecting deviations and / or changes in at least one operating state of an electrically, in particular electromotive, driven drive (101), in particular for detecting a presence and / or occurrence and / or a development of damage to translationally moving components on such Drive, comprising the steps of: measuring at least one electric current supplied to the electrically driven drive for supplying electrical energy, performing a time-frequency analysis and / or an amplitude and / or RMS determination of the at least one measured electrical current, comparing one of Time frequency analysis obtained frequency spectrum of the at least one measured electrical current with a predetermined frequency spectrum and / or comparing an obtained from the amplitude and / or RMS value amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical chen current with a predetermined amplitude value or RMS value, triggering an error signal when a deviation of predeterminable size is determined when comparing won with predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or effective value. The method and a device operating thereafter enable the drives to be monitored and timely detection of mechanical damage. The method according to the invention and the device according to the invention for detecting damage to translationally moving components of the drive (101) should be used.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in wenigstens einem Betriebszustand eines elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.The invention relates to a method for detecting deviations and / or changes in at least one operating state of an electric, in particular electromotive, operated drive. The invention further relates to a device for carrying out this method.

Mechanische Schäden an Antrieben, insbesondere elektrischen Antrieben, und dadurch bedingte Ausfälle dieser Antriebe führen häufig zu längeren Stillstandzeiten dieser Antriebe und durch diese Antriebe betriebener Anlagen. Ein Beispiel sind Antriebe in Fertigungsanlagen, z.B. Anlagen in einem Presswerk der Automobilindustrie. Diese Anlagen umfassen sogenannte Transfereinheiten mit derartigen Antrieben, insbesondere elektrischen Antrieben. Ein Ausfall einer derartigen Transfereinheit aufgrund mechanischer Schäden an ihrem Antrieb führt leicht zu längeren Ausfallzeiten, d.h. Stillstandzeiten, der gesamten Anlage, in die die Transfereinheit eingebunden ist. Daher verursacht ein solcher mechanischer Schaden erhebliche finanzielle Einbußen.Mechanical damage to drives, especially electrical drives, and consequent failures of these drives often lead to longer downtime of these drives and operated by these drives systems. An example is drives in manufacturing equipment, e.g. Plants in a press shop of the automotive industry. These systems include so-called transfer units with such drives, in particular electric drives. Failure of such a transfer unit due to mechanical damage to its drive easily results in longer downtime, i. Downtimes, of the entire system in which the transfer unit is integrated. Therefore, such mechanical damage causes considerable financial losses.

Aus der Druckschrift WO 2013/017515 A1 sind ein Verfahren zur sicheren Überwachung eines durch einen einem Zwischenkreis nachgeschalteten Wechselrichter gespeisten Drehstrommotors und eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung, bei dem bzw. der aus allen Phasenströmen und Phasenspannungen eine Wechselrichterausgangsleistung und aus einem Zwischenkreisstrom und einer Zwischenkreisspannung eine Zwischenkreisleistung ermittelt wird, wobei die beiden ermittelten Leistungen verglichen werden und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs ein Ausgangssignals generiert wird. Wenn bei einem Vergleich der beiden Leistungen eine Abweichung festgestellt wird, ist eine Ausnahmesituation erkannt, die durch das Ausgangssignal angezeigt wird. Solange die beiden ermittelten Leistungen innerhalb der vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzen übereinstimmen, handelt es sich um eine redundante Ermittlung zumindest eines Leistungswertes. Damit sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur sicheren Überwachung eines insbesondere feldorientiert betriebenen Drehstrommotors angegeben werden, insbesondere ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung, das bzw. die die Problematik eines sogenannten Gleichzeitigkeitsnormierfehlers vermeidet.From the publication WO 2013/017515 A1 are a method for the safe monitoring of a three-phase motor fed by an intermediate circuit inverter and a device operating according to the method in which an inverter output power is determined from all phase currents and phase voltages and a DC link power from a DC link current and an intermediate circuit voltage determined powers are compared and an output signal is generated depending on the result of the comparison. If a deviation is found in a comparison of the two powers, an exceptional situation is detected, which is indicated by the output signal. As long as the two determined powers agree within the specified or predefinable limits, this is a redundant determination of at least one power value. This is intended to specify a method and a device for the reliable monitoring of a three-phase motor operated in particular in a field-oriented manner, in particular a method or a device which avoids the problem of a so-called simultaneity normalization error.

Aus der Druckschrift DE 10 2013 213 046 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines mehrphasigen Wechselrichters zum Betrieb einer Elektromaschine bekannt, wobei der Wechselrichter Halbbrücken umfasst mit jeweils einem ersten Leistungsschalter und jeweils einem zweiten Leistungsschalter, wobei der erste Leistungsschalter mit einer Gleichspannung verbunden ist und der zweite Leistungsschalter mit einem Bezugspotential der Gleichspannung verbunden ist und wobei der jeweilige Knotenpunkt des ersten Leistungsschalters mit dem zweiten Leistungsschalter mit dem jeweiligen Phasenstrang der Elektromaschine verbunden ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Feststellen, ob ein Störfall vorliegt, falls ein Störfall vorliegt: Messen, ob ein erster Strom aus der Elektromaschine fließt, und falls ein Störfall vorliegt und der erste Strom fließt: Überführen des Wechselrichters in einen Kurzschlussmodus. In einem Störfall, in dem z.B. ein Leistungsschalter des Wechselrichters einen Defekt aufweist, soll sichergestellt werden, dass das betreffende System in einen Zustand überführt wird, bei dem weiterer Schaden vermieden wird. Insbesondere ein Rückspeisen elektrischer Energie aus der Elektromaschine soll vermieden werden, wozu die Elektromaschine in einen Kurzschlussmodus überführt wird. Allerdings kann das ganze System im Kurzschlussmodus durch hohe Ströme einer erheblichen Belastung ausgesetzt werden. Daher soll der Kurzschlussmodus nur solange wie notwendig aufrecht gehalten werden. Das beschriebene Verfahren soll nun auf einfache Weise eine optimale Zustandsänderung zwischen den Modi Kurzschlussfall und Freilauffall in einem Störfall ermöglichen.From the publication DE 10 2013 213 046 A1 a method for driving a polyphase inverter for operating an electric machine is known, wherein the inverter comprises half bridges each having a first power switch and a second power switch, wherein the first power switch is connected to a DC voltage and the second power switch is connected to a reference potential of the DC voltage and wherein the respective node of the first circuit breaker is connected to the second power switch with the respective phase strand of the electric machine. The method comprises the steps of: determining if there is an accident, if there is an accident: measuring whether a first current is flowing from the electric machine, and if there is a fault and the first current is flowing: converting the inverter into a short circuit mode. In a fault, in which, for example, a circuit breaker of the inverter has a defect, it should be ensured that the system in question is transferred to a state in which further damage is avoided. In particular, a return of electrical energy from the electric machine should be avoided, for which purpose the electric machine is converted into a short-circuit mode. However, in short-circuit mode, the whole system can be subjected to considerable stress by high currents. Therefore, the short-circuit mode should only be maintained as long as necessary. The method described should now easily enable an optimal change of state between the modes of short-circuiting and freewheeling in a fault.

Aus der nachveröffentlichten und auf die Anmelderin selbst zurückgehenden Druckschrift DE 10 2015 210 911 A1 ist zwar bereits ein Verfahren zur Überwachung von elektromotorisch angetriebenen mechanischen Antrieben bekannt, bei dem ein Stromsignal des elektrischen Antriebs als Sensor für mechanische Schäden des Antriebs verwendet wird, wobei sich das Verfahren dort jedoch auf das Detektieren von Schäden an rotierenden Bauteilen des Antriebes beschränkt.From the post-published and attributable to the applicant itself document DE 10 2015 210 911 A1 Although a method for monitoring of electric motor-driven mechanical drives is already known, in which a current signal of the electric drive is used as a sensor for mechanical damage of the drive, but where the method is limited to the detection of damage to rotating components of the drive.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung zu schaffen, die eine Überwachung von Antrieben, insbesondere elektrischen Antrieben, auf mechanische Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen und eine rechtzeitige Erkennung derartiger Schäden ermöglicht, so dass die beschriebenen Ausfälle und Stillstandzeiten deutlich verringerbar sind.The invention has the object to provide a method and a device operating according to this method, which allows monitoring of drives, in particular electrical drives, for mechanical damage to translationally moving components and timely detection of such damage, so that the described failures and downtime are significantly reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in wenigstens einem Betriebszustand eines elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, insbesondere zum Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen an einem derartigen Antrieb, umfassend die Schritte:

  • - Messen wenigstens eines dem elektrisch betriebenen Antrieb zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms,
  • - Durchführen einer Zeit-Frequenz-Analyse und/oder einer Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms,
  • - Vergleichen eines aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Frequenzspektrum und/oder
  • - Vergleichen eines aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert,
  • - Auslösen eines Fehlersignals, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe festgestellt wird.
This object is achieved by a method for detecting deviations and / or changes in at least one operating state of an electrically, in particular electromotive, operated drive, in particular for detecting a presence and / or occurrence and / or a development of damage to translationally moving components Such a drive, comprising the steps:
  • - Measuring at least one electrical current supplied to the electric drive for supplying electric energy,
  • Performing a time-frequency analysis and / or an amplitude and / or RMS determination of the at least one measured electrical current,
  • Comparing a frequency spectrum obtained from the time-frequency analysis of the at least one measured electrical current with a predefinable frequency spectrum and / or
  • Comparing an amplitude value obtained from the determination of the amplitude and / or effective value and / or the effective value of the at least one measured electrical current with a predefinable amplitude value or effective value,
  • - Triggering of an error signal when a deviation of predeterminable size is determined when comparing won with predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or effective value.

Unter einem elektrisch betriebenen Antrieb soll dabei jede Art von Anordnung verstanden werden, bei der eine mechanisch bewegliche Einrichtung, d.h. mechanisch bewegliche Elemente, durch elektrische Energie, zugeführt durch wenigstens einen elektrischen Strom, bewegbar ist bzw. sind. Insbesondere betrifft die Erfindung elektromotorisch betriebene Antriebe, d.h. elektromotorisch betriebene Anordnungen mit wenigstens einem durch Zufuhr elektrischer Energie mechanisch beweglichen Element. Davon umfasst sind stationäre und bewegliche Antriebe, z.B. für Fahrzeuge oder Fabrikationsanlagen. Beispiele derartiger Antriebe sind Werkzeugmaschinen und damit gemeinsam eingesetzte Anlagen und Anlagenteile, wie z.B. Transfereinheiten in einem Presswerk zur Fertigung von Pressteilen aus Blechen, Roboterantriebe in einer Montageanlage, Pumpenantriebe in einer Lackieranlage, Fahrstühle, Kettenförderer, Antriebe für Elektrofahrzeuge usw. Ein derartiger Antrieb umfasst allgemein eine beliebige Kombination aus Wellen, Lagern, Zahnrädern, Kupplungen, Getrieben oder dergleichen, die durch elektrische Energie bewegt werden, insbesondere durch eine elektrische Maschine, bevorzugt einen Drehstrommotor, wobei sowohl ein Asynchronmotor als auch ein Synchronmotor eingesetzt sein kann.An electrically operated drive is to be understood as any type of arrangement in which a mechanically movable device, i. mechanically movable elements, by electrical energy, supplied by at least one electric current, is movable or are. In particular, the invention relates to electric motor drives, i. electric motor operated arrangements with at least one element mechanically movable by the supply of electrical energy. Included therein are stationary and movable drives, e.g. for vehicles or manufacturing plants. Examples of such drives are machine tools and equipment and plant components used together, such as e.g. Transfer units in a press shop for the production of pressed parts from sheet metal, robot drives in an assembly plant, pump drives in a paint shop, elevators, chain conveyors, drives for electric vehicles, etc. Such a drive generally comprises any combination of shafts, bearings, gears, clutches, gears or the like , which are moved by electrical energy, in particular by an electric machine, preferably a three-phase motor, wherein both an asynchronous motor and a synchronous motor can be used.

Als Betriebszustände sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Eigenschaften des Antriebs bezeichnet, die dessen Beschaffenheit kennzeichnen, das sind vornehmlich Erhaltungszustände und/oder Verschleißzustände und/oder Schadenszustände, d.h. Schäden, des Antriebs, nicht dagegen solche Betriebsparameter wie Drehzahl, Leistung, Drehmoment, oder dergleichen.In the context of the present invention, operating states are in particular characteristics of the drive that characterize its nature, these are primarily maintenance conditions and / or wear states and / or damage states, i. Damage, the drive, but not such operating parameters such as speed, power, torque, or the like.

Eine Veränderung eines Betriebszustands ist ein zeitlich variabler Unterschied zwischen einem Anfangszustand und/oder Sollzustand einerseits und einem aktuellen Istzustand dieses Betriebszustands andererseits. Ein solcher, zeitlich variabler Unterschied kann schnell oder schlagartig entstehen. Ein derartiges, schnelles oder schlagartiges Entstehen ist hier als Auftreten bezeichnet. Dabei soll der Begriff Auftreten hier ein Entstehen innerhalb von Minuten oder weniger bezeichnen. Typische Beispiele für ein Auftreten einer Veränderung eines Betriebszustands, insbesondere das Auftreten eines Schadens, sind Wellenbrüche oder Zahnbrüche in Getrieben. Ein allmähliches Entstehen eines zeitlich variablen Unterschieds zwischen einem Anfangszustand und/oder Sollzustand einerseits und einem aktuellen Istzustand dieses Betriebszustands andererseits ist hier als Entwicklung einer Veränderung des Betriebszustands bezeichnet. Dabei soll der Begriff Entwicklung hier ein Entstehen umschreiben, das deutlich langsamer als das Auftreten, bevorzugt über Stunden, Tage oder größere Zeitspannen hinweg, verläuft. Ein typisches Beispiel für eine Entwicklung einer Veränderung eines Betriebszustands, insbesondere auch eines Schadens, ist eine durch zunehmenden Verschleiß bedingte, allmähliche Veränderung.A change of an operating state is a time-variable difference between an initial state and / or desired state on the one hand and a current actual state of this operating state on the other hand. Such a time-variable difference can arise quickly or suddenly. Such a rapid or abrupt emergence is referred to herein as occurrence. The term occurrence here is intended to designate an occurrence within minutes or less. Typical examples of an occurrence of a change in an operating state, in particular the occurrence of damage, are shaft breaks or tooth breaks in gears. A gradual emergence of a time-variable difference between an initial state and / or desired state on the one hand and a current actual state of this operating state on the other hand is referred to here as the development of a change in the operating state. Here, the term development here is to describe an emergence, which runs much slower than the occurrence, preferably over hours, days or larger periods of time. A typical example of a development of a change of an operating state, in particular also a damage, is a gradual change caused by increasing wear.

Als Abweichung eines Betriebszustands, d.h. seines Istzustands, vom Sollzustand ist hier ein zeitlich konstanter Unterschied zwischen diesem Sollzustand und dem Istzustand bezeichnet. Typischerweise sind derartige Unterschiede zu Beginn der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits vorhanden. Dieses Vorhandensein ist als Vorliegen bezeichnet. Ein Beispiel einer vorliegenden Abweichung eines Betriebszustands ist ein bereits zu Beginn der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhandener Fertigungsfehler oder ein schon anfänglich vorhandener Schaden im Antrieb.As a deviation of an operating condition, i. of its actual state, of the desired state, a time-constant difference between this nominal state and the actual state is designated here. Typically, such differences are already present at the beginning of carrying out the method according to the invention. This presence is referred to as presence. An example of a present deviation of an operating state is a manufacturing error already existing at the beginning of the implementation of the method according to the invention or an already present damage in the drive.

Beim Messen des wenigstens einen elektrischen Stroms wird vorteilhaft dessen zeitlicher Verlauf erfasst, insbesondere werden dessen Augenblickswerte abgetastet. Dies erfolgt mit einer hinreichend hohen zeitlichen Auflösung, die so bemessen ist, dass alle Frequenzanteile des vorgebbaren und damit des zu gewinnenden Frequenzspektrums des Stroms bei Durchführung der nachstehend erläuterten Zeit-Frequenz-Analyse sowie der Effektivwert und/oder der Amplitudenwert des Stroms hinreichend genau ermittelt werden können.When measuring the at least one electric current, its time profile is advantageously detected, in particular its instantaneous values are sampled. This is done with a sufficiently high temporal resolution, which is dimensioned such that all frequency components of the predeterminable and hence the frequency spectrum of the current to be obtained are sufficiently accurately determined when carrying out the time-frequency analysis explained below, as well as the rms value and / or the amplitude value of the current can be.

Bei dieser Zeit-Frequenz-Analyse wird das Frequenzspektrum des gemessenen elektrischen Stroms, d.h. das Spektrum der darin auftretenden Frequenzanteile, ermittelt. Durch einen Vergleich des so gewonnenen Frequenzspektrums mit dem vorgebbaren Frequenzspektrum, das einen Sollzustand des Frequenzspektrums darstellt, wird das gewonnene Frequenzspektrum auf ein Auftreten und/oder eine Entwicklung und/oder ein Vorliegen bestimmter Frequenzanteile hin untersucht. Aus dem Vorhandensein dieser Frequenzanteile können Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Antriebs gezogen werden. Beispielsweise ist das Auftreten oder die Entwicklung eines neuen Frequenzanteils ein Hinweis auf eine Veränderung im Antrieb. Dabei lassen sich durch im Betrieb des Antriebs anhand aufgetretener Abweichungen und/oder Veränderungen in dem wenigstens einen Betriebszustand gewonnene Erfahrungen dahingehend auswerten, dass bestimmte, charakteristische Abweichungen und/oder Veränderungen des Stroms bei bestimmten Abweichungen und/oder Veränderungen des wenigstens einen Betriebszustands vorkommen. Mit dieser Zuordnung können durch das erfindungsgemäße Verfahren unmittelbar Fehlersignale ausgelöst werden, die in der Weise einer automatischen Diagnose eine Information über die Art und/oder den Ort der Abweichungen und/oder Veränderungen des wenigstens einen Betriebszustands enthalten, insbesondere eine direkte Information über Art und/oder Ort eines Schadens liefern. Aus dem Entstehen und/oder Vorliegen bestimmter Frequenzanteile im Strom kann somit direkt auf bestimmte Abweichungen oder Veränderungen, d.h. Fehler bzw. Schäden geschlossen werden.In this time-frequency analysis, the frequency spectrum of the measured electric current, ie the spectrum of the frequency components occurring therein, is determined. By comparing the thus obtained frequency spectrum with the predeterminable frequency spectrum, which represents a desired state of the frequency spectrum, the obtained frequency spectrum is examined for an occurrence and / or a development and / or a presence of certain frequency components out. From the presence of these frequency components conclusions can be drawn on the operating condition of the drive. For example, the appearance or development of a new frequency component is an indication of a change in the drive. In this case, experiences gained during operation of the drive based on deviations occurring and / or changes in the at least one operating state can be evaluated such that specific, characteristic deviations and / or changes of the current occur with certain deviations and / or changes in the at least one operating state. With this assignment, error signals can be triggered directly by the method according to the invention, which in the manner of an automatic diagnosis contain information about the type and / or location of the deviations and / or changes of the at least one operating state, in particular direct information about type and / or or place of damage. From the emergence and / or presence of certain frequency components in the stream can thus be concluded directly on certain deviations or changes, ie errors or damage.

Als eine derartige Zeit-Frequenz-Analyse sind unterschiedliche, an sich bekannte Verfahren einsetzbar. Beispiele derartiger Zeit-Frequenz-Analyseverfahren sind die sogenannte „Wavelet-Analyse“, „Spectrogram“, „Instantaneous Frequency“ und die sogenannte „Wignerfunktion“. Zeit-Frequenz-Analyseverfahren dienen dabei nicht nur zum Bestimmen eines einfachen, insbesondere stationären, d.h. im Betrieb zeitlich konstanten Frequenzspektrums, sondern berücksichtigen auch eine zeitliche Änderung dieses Frequenzspektrums im Betrieb. Mit dem Zeit-Frequenz-Analyseverfahren „Spectrogram“ kann z.B. ein Spektrogramm als Ergebnis gewonnen werden, welches ähnliche Eigenschaften wie ein Frequenzspektrum besitzt, jedoch noch zusätzlich eine Zeitachse, durch die das Unschärfeproblem eines Frequenzspektrums wenigstens teilweise verbessert werden kann. Bei dem Zeit-Frequenz-Analyseverfahren „Instantaneous Frequency“ wird die Frequenz über der Zeit aufgetragen, was zu einem Ergebnis führt, das bevorzugt als „Frequenzsignal“ statt als „Frequenzspektrum“ zu bezeichnen ist. Aus diesem Grund soll im Rahmen der Offenbarung der vorliegenden Erfindung mit dem Begriff eines in einer Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums stets ein Ergebnis der vorstehend beschriebenen Art, d.h. z.B. ein Spektrogramm bzw. ein Frequenzsignal der vorbezeichneten Art, umschrieben sein.As such a time-frequency analysis, various methods known per se can be used. Examples of such time-frequency analysis methods are the so-called "wavelet analysis", "Spectrogram", "Instantaneous Frequency" and the so-called "Wigner function". Time-frequency analysis methods serve not only to determine a simple, in particular stationary, i. in the operation of time-constant frequency spectrum, but also consider a temporal change of this frequency spectrum during operation. With the time-frequency analysis method "Spectrogram", e.g. a spectrogram can be obtained as a result, which has similar characteristics as a frequency spectrum, but in addition a time axis by which the blurring problem of a frequency spectrum can be at least partially improved. In the "Instantaneous Frequency" time-frequency analysis method, the frequency is plotted over time, resulting in a result that is preferable to call a "frequency signal" rather than a "frequency spectrum". For this reason, in the context of the disclosure of the present invention with the concept of a frequency spectrum obtained in a time-frequency analysis is always a result of the type described above, i. e.g. a spectrogram or a frequency signal of the aforementioned kind, be circumscribed.

Dabei haben diese Zeit-Frequenz-Analyseverfahren den Vorteil, damit wenigstens teilweise ein Unschärfeproblem umgehen zu können, welches sich bei Anwendung einer Fourier-Transformation dann einstellt, wenn der Antrieb ungleichförmig, z.B. mit variierendem Sollwert des Stroms und/oder variierender Drehzahl, betrieben wird, was auch als instationärer Betrieb bezeichnet wird, weil in diesem Fall die auf eventuelle Veränderungen oder Schäden hindeutenden Frequenzanteile nicht eindeutig ermittelbar sind. Bei der Zeit-Frequenz-Analyse handelt es sich somit um ein auf das Unschärfeproblem angepasstes Analyseverfahren, welches nicht nur in einem gleichförmigen, d.h. stationären, Betrieb des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, sondern insbesondere auch im instationären Betrieb die genannten Frequenzanteile eindeutig ermittelt. Die Erfindung hat somit den Vorteil, aus einer Messung des wenigstens einen elektrischen Stroms, besonders bevorzugt wenigstens eines Phasenstroms einer Drehstrommaschine, mit der der elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebene Antrieb vorteilhaft ausgebildet ist, insbesondere in einem instationären Betrieb noch alle für das Vergleichen benötigten Frequenzanteile des zu gewinnenden Frequenzspektrums mit hinreichender Schärfe ermitteln zu können und damit eine präzise Erkennung des wenigstens einen Betriebszustands zu ermöglichen.These time-frequency analysis methods have the advantage of at least partially being able to circumvent a blurring problem which occurs when using a Fourier transform when the drive is nonuniform, e.g. is operated with varying nominal value of the current and / or varying speed, which is also referred to as transient operation, because in this case the frequency components indicative of possible changes or damage can not be determined unambiguously. The time-frequency analysis is thus an analysis method adapted to the uncertainty problem, which is not limited to a uniform, i. stationary operation of the electric, in particular electromotive, operated drive, but especially in non-stationary operation the frequency components mentioned uniquely determined. The invention thus has the advantage, from a measurement of the at least one electric current, particularly preferably at least one phase current of a three-phase machine, with which the electrically, in particular electromotive, operated drive is advantageously designed, especially in a transient operation still all frequency components required for the comparison of the frequency spectrum to be obtained to determine with sufficient sharpness and thus to allow precise detection of the at least one operating state.

Auch aus dem Vergleich des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des Stroms als Istwert mit dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert als Sollwert können Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Antriebs gezogen werden. Insbesondere ist ein erhöhter gewonnener Effektivwert ein Hinweis auf eine Veränderung eines Betriebszustands des Antriebs.It is also possible to draw conclusions about the operating state of the drive from the comparison of the amplitude value obtained and / or the effective value of the current as the actual value with the predefinable amplitude value or effective value as desired value. In particular, an increased recovered RMS value is an indication of a change in an operating state of the drive.

Um das Verfahren gegen Messungenauigkeiten und für den Betrieb des Antriebs unbedeutende Abweichungen und/oder Veränderungen in dem wenigstens einen Betriebszustand unempfindlich zu gestalten, ist es vorteilhaft, das Fehlersignal erst dann auszulösen, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe, d.h. mindestens von dieser Größe, festgestellt wird. Bei dieser Abweichung vorgebbarer Größe handelt es sich im Fall der Auswertung des Frequenzspektrums um eine Differenz zwischen Spektralverteilungen des gewonnenen und des vorgegebenen Frequenzspektrums, d.h. um eine z.B. gleichförmige oder ungleichförmige, spektrale Verteilung der Differenzen der einzelnen Frequenzanteile der Frequenzspektren, und im Fall der Auswertung von Amplitudenwert und/oder Effektivwert um eine Differenz zwischen Absolutwerten, wahlweise ergänzt um eine Vorzeicheninformation. Als Abweichung vorgebbarer Größe können auch mehrstufige Schwellenwerte vorgegeben werden, so dass ein mehrstufiges Fehlersignal auslösbar und ausgebbar ist, z.B. in der Art einer graduellen Fehlermeldung, bevorzugt in der Art, wie sie einer sogenannten Ampelvisualisierung mit insbesondere drei Stufen zugrundeliegt, z.B.: „Grün“ = „fehlerfrei“, „gelb“ = „eine Überprüfung ist erforderlich“, „rot“ = „schadhaft“. Dies wird nachstehend noch weiter ausgeführt.In order to make the method insensitive to measuring inaccuracies and for the operation of the drive insignificant deviations and / or changes in the at least one operating state, it is advantageous to trigger the error signal only when comparing obtained with a predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or RMS value a deviation of predeterminable size, ie at least of this size, is determined. In the case of the evaluation of the frequency spectrum, this deviation of predeterminable magnitude is a difference between spectral distributions of the acquired and predetermined frequency spectrum, ie a uniform or non-uniform spectral distribution of the differences of the individual frequency components of the frequency spectra, and in the case of the evaluation of Amplitude value and / or effective value by a difference between absolute values, optionally supplemented by a sign information. As a deviation of predeterminable size can also multistage threshold values are predetermined, so that a multistage error signal can be triggered and output, for example in the manner of a gradual error message, preferably in the manner in which it is based on a so-called traffic light visualization with in particular three stages, eg: "green" = "error-free", " yellow "=" a check is required "," red "=" faulty ". This will be further explained below.

Die Erfindung ermöglicht eine einfache und wirksame Erkennung von Abweichungen und/oder Veränderungen in dem wenigstens einen Betriebszustand des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs. Insbesondere ermöglicht die Erfindung ein einfaches, umfassendes und wirksames Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden, bevorzugt mechanischer Schäden an tzranslatorisch bewegten Bauteilen. Besonders vorteilhaft wird das rechtzeitige Erkennung eines Schadens bzw. eines sich ankündigenden Schadens ermöglicht, d.h. Fehler und Schäden können bereits in einem sehr frühen Entstehungsstadium erkannt und damit behoben werden. Damit ist außer einer Verringerung bzw. Vermeidung von Stillstandzeiten des betreffenden Antriebs und dadurch verursachten Kosten auch eine Begrenzung ebenfalls der Schadenshöhe erzielbar, wodurch weitere Kosteneinsparungen erreicht werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise der Antrieb als System im Ganzen überwacht, nicht nur einzelne Elemente des Antriebs. Trotzdem sind dafür nur sehr einfache Messungen erforderlich. Gegenüber z.B. einem Versuch, auf Abweichungen und/oder Veränderungen im Antrieb hindeutende Frequenzen im Betrieb des Antriebs mit Schwingungssensoren zu erfassen, ergibt sich der Vorteil, das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe einer einfacheren, kompakteren Vorrichtung durchführen zu können, die Bauraum einspart und außerdem eine präzisere Auswertung der Messungen, insbesondere eine bessere Trennung von Fehlerfrequenzen einzelner Bauteile des Antriebs und damit eine verbesserte Fehlererkennung und -unterscheidung gegenüber einem Einsatz von Schwingungssensoren ermöglicht. Dabei ist es in einfacher Weise möglich, die Auswertung und damit Fehlererkennung unmittelbar auf alle dem Antrieb nachgeordneten mechanischen Systeme, insbesondere durch diese betriebenen Aggregate, Einrichtungen oder dergleichen, zu erstrecken, soweit nur deren Betriebszustände den wenigstens einen dem Antrieb zugeführten Strom beeinflussen. Ferner ermöglicht die Anwendung der Zeit-Frequenz-Analyse eine Erkennung auch in einem dynamischen, d.h. ungleichförmigen, Betrieb des Antriebs, so dass eine Überwachung des Antriebs kontinuierlich erfolgen kann und nicht auf Zeitspannen gleichförmigen Betriebs beschränkt werden muss. Dies sichert eine noch bessere und zuverlässige Fehlererkennung, insbesondere Fehler-Früherkennung.The invention enables a simple and effective detection of deviations and / or changes in the at least one operating state of the electrically, in particular electromotive, operated drive. In particular, the invention enables a simple, comprehensive and effective detection of the presence and / or occurrence and / or development of damage, preferably mechanical damage, to components moving in a translatory manner. Particularly advantageous is the timely detection of damage or an imminent damage possible, i. Errors and damages can already be detected at a very early stage of development and thus be remedied. Thus, in addition to a reduction or avoidance of downtime of the respective drive and the costs caused thereby also a limitation of the damage height can be achieved, whereby further cost savings can be achieved. In this case, the drive is monitored as a system as a whole, not just individual elements of the drive in an advantageous manner. Nevertheless, only very simple measurements are required for this. Opposite e.g. an attempt to detect deviations and / or changes in the drive suggestive frequencies in the operation of the drive with vibration sensors, there is the advantage of being able to perform the inventive method using a simpler, more compact device that saves space and also a more precise evaluation of Measurements, in particular a better separation of error frequencies of individual components of the drive and thus an improved error detection and discrimination against the use of vibration sensors allows. It is possible in a simple manner, the evaluation and thus error detection directly on all the drive downstream mechanical systems, in particular by these operated units, devices or the like to extend, as far as their operating conditions affect the at least one of the drive current supplied. Further, the application of the time-frequency analysis allows recognition even in a dynamic, i.e. nonuniform, operation of the drive, so that monitoring of the drive can be done continuously and does not have to be limited to periods of uniform operation. This ensures an even better and reliable error detection, especially error early detection.

Die vorbeschriebenen Vorteile treten besonders deutlich hervor, wenn eine Vielzahl elektrischer Antriebe zeitgleich zu überwachen oder der Bauraum für eine Unterbringung von Sensoren, insbesondere Schwingungssensoren, in den Antrieben stark eingeschränkt ist. Dafür liefert die Erfindung eine besonders einfache, platzsparende, preisgünstige, universelle, flexible und wirksame Lösung.The advantages described above are particularly evident when a plurality of electrical drives are to be monitored at the same time or the installation space for accommodating sensors, in particular vibration sensors, in the drives is severely limited. For this, the invention provides a particularly simple, space-saving, low-cost, universal, flexible and effective solution.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebbare Frequenzspektrum und/oder der vorgebbare Amplitudenwert und/oder der vorgebbare Effektivwert wahlweise

  • - unabhängig vom gemessenen elektrischen Strom als feste Werte vorgegeben sind;
  • - in wenigstens einer voraufgehenden Messung gewonnen werden;
  • - aus einer Kombination fest vorgegebener Werte mit in wenigstens einer voraufgehenden Messung gewonnenen Werten bestimmt werden; insbesondere aus in wenigstens einer voraufgehenden Messung gewonnenen Werten bestimmt werden, solange diese Werte durch fest vorgegebene Werte bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten, und ansonsten durch diese Grenzwerte bestimmt werden.
A preferred development of the method according to the invention is characterized in that the predefinable frequency spectrum and / or the predefinable amplitude value and / or the presettable effective value optionally
  • - are given as fixed values regardless of the measured electric current;
  • - be obtained in at least one previous measurement;
  • - be determined from a combination of fixed values with values obtained in at least one previous measurement; in particular from values obtained in at least one previous measurement, as long as these values do not exceed certain limit values by means of predefined values and are otherwise determined by these limit values.

Gemäß der ersten Alternative dieser bevorzugten Weiterbildung werden für die Erkennung einer Abweichung und/oder Veränderung eines Betriebszustands feste Bezugswerte bzw. Grenzen gesetzt. Die zweite Alternative ermöglicht eine Ausführung des Verfahrens als lernendes Verfahren. Insbesondere können dabei für einen Antrieb individuell Frequenzspektrum, Amplituden- und/oder Effektivwert vorgegeben werden, wobei ein anfänglicher Betriebszustand des Antriebs unabhängig von seiner Beschaffenheit als ein Sollzustand festgelegt wird. Vorteilhaft kann diese Festlegung auf der Grundlage einer Mittelung über eine Anzahl anfänglicher Messungen erfolgen. Damit werden allerdings nur Veränderungen gegenüber dem anfänglichen Betriebszustand erfasst, jedoch keine schon zuvor vorhandenen Abweichungen von einem Soll-Betriebszustand. Die dritte Alternative ist als Kombination beider voraufgehender Alternativen insbesondere vorgesehen für einen Betriebsfall, in dem geringfügige Veränderungen über einer Betriebsdauer, d.h. insbesondere von Messung zu Messung, als natürlicher Verschleiß im Rahmen eines bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Antriebs geduldet werden: Wenn dabei jedoch absolut festgesetzte Grenzwerte überschritten werden, wird auch dann das Fehlersignal ausgelöst, wenn das Überschreiten zeitlich beliebig langsam erfolgt.According to the first alternative of this preferred development, fixed reference values or limits are set for the detection of a deviation and / or change of an operating state. The second alternative enables execution of the method as a learning method. In particular, individual frequency spectrum, amplitude and / or rms value can be predetermined for a drive, with an initial operating state of the drive being defined as a desired state, irrespective of its nature. Advantageously, this determination may be on the basis of averaging over a number of initial measurements. However, this only changes compared to the initial operating state are detected, but not previously existing deviations from a desired operating state. The third alternative, as a combination of both of the above alternatives, is particularly intended for a case of operation in which minor changes over an operating period, i. in particular from measurement to measurement, be tolerated as natural wear in the context of the intended use of the drive: If, however, absolutely fixed limit values are exceeded, the error signal is triggered even if the excess is arbitrarily slow in time.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens

  • - wird das aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnene Frequenzspektrum des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms im Vergleich mit dem vorgebbaren Frequenzspektrum auf ein Vorhandensein wenigstens eines Teil-Frequenzspektrums des gewonnenen Frequenzspektrums geprüft,
  • - wobei das wenigstens eine Teil-Frequenzspektrum von einer bestimmten Art und/oder einem bestimmten Ort einer bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände, insbesondere einem bestimmten Schaden, des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs herrührt, insbesondere von einem Lagerschaden, einem Zahnschaden eines Zahnrades oder einer Zahnstange des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs,
  • - wird aus dem Vorhandensein des wenigstens einen Teil-Frequenzspektrums ein Vorliegen und/oder ein Auftreten und/oder eine Entwicklung der bestimmten Art und/oder des bestimmten Ortes der bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände, insbesondere des bestimmten Schadens, des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs erkannt und
  • - wird ein die bestimmte Art und/oder den bestimmten Ort der bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände, insbesondere den bestimmten Schaden, des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs kennzeichnendes Fehlersignal ausgelöst.
In a further preferred embodiment of the method according to the invention
  • the frequency spectrum of the at least one measured electrical current obtained from the time-frequency analysis is checked for the presence of at least one partial frequency spectrum of the acquired frequency spectrum in comparison with the predefinable frequency spectrum,
  • - Wherein the at least one sub-frequency spectrum of a certain type and / or a specific location of a specific frequency-dependent deviation and / or change in at least one of the operating states, in particular a certain damage of the electrically, in particular electromotive, driven drive originates, in particular of one Bearing damage, a tooth damage of a toothed wheel or a toothed rack of the electrically, in particular electromotive, operated drive,
  • the presence and / or occurrence and / or development of the particular type and / or location of the determined frequency-dependent deviation and / or change in the at least one of the operating conditions, in particular of the determined one, is determined by the presence of the at least one sub-frequency spectrum Damage, the electric, in particular electric motor, powered drive detected and
  • a signal indicating the specific nature and / or location of the particular frequency-dependent deviation and / or change in the at least one of the operating conditions, in particular the specific damage, of the electric, in particular electromotive, driven drive is triggered.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens macht sich die Erkenntnis zunutze, dass bestimmte Abweichungen und/oder Veränderungen in den Betriebszuständen, insbesondere bestimmte Schäden, des Antriebs eine bestimmte, charakteristische Frequenzabhängigkeit aufweisen. Das schlägt sich nieder in einer unterschiedlichen Ausbildung der gewonnenen Frequenzspektren für unterschiedliche Ursachen der Abweichungen und/oder Veränderungen in den Betriebszuständen, insbesondere für unterschiedliche Fehler- bzw. Schadensursachen, d.h. für unterschiedliche Arten der Abweichungen und/oder Veränderungen und/oder für unterschiedliche Orte, an denen die Abweichungen und/oder Veränderungen auftreten, wobei berücksichtigt wird, dass bestimmte Abweichungen und/oder Veränderungen, insbesondere Fehler und/oder Schäden, nur an bestimmten Bauteilen des Antriebs, d.h. bestimmten Orten innerhalb des Antriebs, auftreten können. Bevorzugte Beispiele für frequenzabhängige Abweichungen und/oder Veränderungen, insbesondere Fehler und/oder Schäden, sind Zahnschäden, z.B. bei Getriebeschäden oder Schäden an Zahnstangen. Zahnschäden z.B. an unterschiedlichen Zahnrädern und Lagerschäden zeigen zwar typischerweise harmonische Frequenzanteile, lassen sich aber anhand ihrer Frequenzwerte voneinander unterscheiden.This embodiment of the method according to the invention makes use of the knowledge that certain deviations and / or changes in the operating states, in particular certain damages, of the drive have a specific, characteristic frequency dependence. This is reflected in a different training of the obtained frequency spectra for different causes of deviations and / or changes in the operating conditions, in particular for different causes of error or damage, i. for different types of deviations and / or changes and / or for different locations where the deviations and / or changes occur, taking into account that certain deviations and / or changes, in particular errors and / or damages, only on certain components of the Drive, ie certain locations within the drive, can occur. Preferred examples of frequency-dependent deviations and / or changes, especially faults and / or damages, are tooth damage, e.g. gearbox damage or damage to racks. Tooth damage e.g. Although different harmonic frequency components are shown on different gear wheels and bearing damage, they can be distinguished from one another by their frequency values.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens

  • - wird der aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnene Amplitudenwert und/oder Effektivwert des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms im Vergleich mit dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert auf eine Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes gegenüber dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert geprüft,
  • - wobei die Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes gegenüber dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert von einer bestimmten, vom Amplitudenwert und/oder Effektivwert abhängigen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs herrührt, insbesondere von einer durch Verschleiß des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs hervorgerufenen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs,
  • - wird aus der Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes vom vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert ein Vorliegen und/oder ein Auftreten und/oder eine Entwicklung der bestimmten, vom Amplitudenwert und/oder Effektivwert abhängigen Abweichung und/oder Veränderung des wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, insbesondere ein Vorliegen und/oder ein Auftreten und/oder eine Entwicklung der durch Verschleiß des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs hervorgerufenen Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, erkannt und
  • - wird ein die bestimmte, vom Amplitudenwert und/oder Effektivwert abhängige Abweichung und/oder Veränderung des wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, insbesondere die durch Verschleiß des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs hervorgerufene Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, kennzeichnendes Fehlersignal ausgelöst.
According to a further preferred embodiment of the method according to the invention
  • the amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical current obtained from the determination of the amplitude and / or rms value is compared to the predefinable amplitude value or effective value to a deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value tested against the predefinable amplitude value or effective value,
  • wherein the deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value relative to the predefinable amplitude value or effective value is dependent on a specific deviation dependent on the amplitude value and / or effective value and / or change in at least one of the operating states of the electric, in particular electric motor driven drive, especially from a caused by wear of the electric, in particular electromotive, driven drive deviation and / or change in at least one of the operating states of the electrically, in particular electric motor driven drive,
  • the deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value from the predefinable amplitude value or effective value results in the presence and / or occurrence and / or development of the determined deviation dependent on the amplitude value and / or effective value / or change in the at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotive, operated drive, in particular a presence and / or occurrence and / or development of the caused by wear of the electric, in particular electric motor driven drive deviation and / or change in the at least one of the operating states of the electrically, in particular electric motor, operated drive, recognized and
  • - is a deviation, which depends on the amplitude value and / or effective value, and / or change of the at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotively, operated drive, in particular the deviation and / or change caused by wear of the electrically, in particular electromotively, driven drive the at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotive, operated drive, characteristic error signal triggered.

Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Antrieb der vorbeschriebenen Art mit zunehmendem Verschleiß insbesondere seiner beweglichen Bauteile eine Änderung seiner elektrischen Leistungsaufnahme und damit des Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes des wenigstens einen zugeführten elektrischen Stroms zeigt. Insbesondere ist mit fortschreitendem Verschleiß eine frequenzunabhängige Zunahme der elektrischen Leistungsaufnahme und damit des Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes des wenigstens einen zugeführten elektrischen Stroms zu verzeichnen. Eine Abweichung und/oder Veränderung des elektrischen Stroms kann demnach vorteilhaft als Indiz für vorliegenden bzw. fortschreitenden Verschleiß ausgewertet werden. Insbesondere können auf diese Weise bei einem Antrieb der vorbeschriebenen Art Verschleißerscheinungen an Bauteilen wie z.B. Gleitschlitten, Getriebe, Zahnstangen, Lagern, Kupplungen bzw. sogenannten Rotexsternen oder dergleichen, oder Verschleißschäden an Pumpen wie insbesondere ein Verschleiß von Kolbenbuchsen, insbesondere an Axialkolbenpumpen, erkannt werden.This embodiment is based on the finding that a drive of the type described with increasing wear in particular of its moving components shows a change in its electrical power consumption and thus the amplitude value or effective value of the at least one supplied electric current. In particular, as the wear progresses, a frequency-independent increase in the electrical power consumption and thus in the amplitude value or effective value of the at least one supplied electrical current is recorded. A deviation and / or change in the electrical current can therefore advantageously be evaluated as an indication of present or progressive wear. In particular, in a drive of the type described above, wear on components such as e.g. Sliding slides, gears, racks, bearings, clutches or so-called Rotexsternen or the like, or wear damage to pumps such as in particular wear of piston liners, in particular on axial piston pumps, are recognized.

Für eine präzise Auswertung, d.h. eine exakte Erkennung der verschleißbedingten Abweichung und/oder Veränderung des wenigstens einen elektrischen Stroms, kann bevorzugt vorgesehen sein, Abweichungen und/oder Veränderungen des elektrischen Stroms, die auf andere Ursachen zurückzuführen sind, aus dem wenigstens einen gemessenen Strom auszufiltern. Dies ist insbesondere für frequenzabhängige Abweichungen und/oder Veränderungen des elektrischen Stroms, die auf frequenzabhängige Fehler oder Schäden schließen lassen, vorteilhaft durchführbar. Werden alle frequenzabhängigen Anteile der Abweichung und/oder Veränderung des elektrischen Stroms herausgefiltert, erhält man als verbleibende Abweichung und/oder Veränderung des elektrischen Stroms die frequenzunabhängige Abweichung und/oder Veränderung des Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes des elektrischen Stroms, die als Maß insbesondere für den Verschleiß herangezogen wird.For a precise evaluation, i. an exact detection of the wear-related deviation and / or change of the at least one electrical current, may preferably be provided to filter deviations and / or changes in the electrical current, which are due to other causes, from the at least one measured current. This is advantageously feasible, in particular, for frequency-dependent deviations and / or changes in the electrical current which make it possible to conclude frequency-dependent errors or damage. If all frequency-dependent components of the deviation and / or change in the electrical current are filtered out, the frequency-independent deviation and / or change in the amplitude value or effective value of the electric current, which is used as a measure, in particular for the wear, is obtained as the remaining deviation and / or change in the electrical current is used.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zum Unterscheiden der Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms gegenüber dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms einerseits von durch bestimmungsgemäßen Gebrauch des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs mit unterschiedlichen Sollwerten für Amplitudenwert und/oder Effektivwert hervorgerufenen Variationen des Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms andererseits weitere Steuerungsdaten des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs herangezogen, insbesondere weitere die Sollwerte beschreibende Steuerungsdaten aus einer speicherprogrammierbaren Steuerung des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, ansteuerungsbedingte Abweichungen und/oder Veränderungen, insbesondere Erhöhungen, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms von verschleißbedingten Abweichungen und/oder Veränderungen, insbesondere Erhöhungen, zu unterscheiden. Zur Messung des Stroms ist es dann nicht mehr erforderlich, den Antrieb derart anzusteuern, dass sich z.B. ohne Verschleiß für den wenigstens einen gemessenen elektrischen Strom der vorgebbare Amplitudenwert bzw. Effektivwert einstellen würde. Statt dessen kann die Messung und damit die Überwachung des Antriebs zu jedem beliebigen Zeitpunkt, also auch kontinuierlich bei laufendem Betrieb, erfolgen. Der vorgebbare Amplitudenwert bzw. Effektivwert wird dabei aussteuerungsabhängig, d.h. je nach Einsatz des Antriebs während des Betriebs unterschiedlich, auch zeitvariabel, d.h. dynamisch, vorgegeben und mit dem aussteuerungsabhängigen gemessenen Amplitudenwert bzw. Effektivwert verglichen, so dass eine aussteuerungsunabhängige Abweichung und/oder Veränderung gewonnen wird.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical current compared to the predeterminable amplitude value or effective value of the at least one measured electrical current are on the one hand intended use of the electric, in particular electromotive, driven drive with different set values for amplitude value and / or RMS induced variations of the amplitude value and / or RMS of the at least one measured electrical current on the other hand further control data of electrically, in particular electromotive, operated drive used, in particular further the setpoints descriptive control data from a programmable logic controller of the electrically, in particular electromotive, operated An drive. With this embodiment, it is possible to differentiate control-related deviations and / or changes, in particular increases, of the obtained amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical current from wear-related deviations and / or changes, in particular increases. In order to measure the current, it is then no longer necessary to control the drive in such a way that, e.g. Without wear for the at least one measured electrical current of the predetermined amplitude value or RMS value would set. Instead, the measurement and thus the monitoring of the drive at any time, so also continuously during operation, take place. The predefinable amplitude value or rms value is dependent on the modulation, i. depending on the use of the drive during operation different, also time-variable, i. dynamic, predetermined and compared with the control-dependent measured amplitude value or effective value, so that a control-independent deviation and / or change is obtained.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch das Fehlersignal eine Meldung eines erkannten Fehlers, insbesondere eine Visualisierung des erkannten Fehlers, und/oder ein Eingriff in einen Betrieb des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, insbesondere ein wenigstens teilweises Außerbetriebsetzen des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, ausgelöst und/oder gesteuert. Damit wird einerseits eine einfache und schnelle Erkennung bzw. Wahrnehmung eines Fehlers seitens einer Bedien- und/oder Überwachungsperson des Antriebs und andererseits eine Begrenzung und/oder Vermeidung von Schäden, insbesondere umfangreicherer Schäden am Antrieb und/oder daraus resultierender Folgeschäden, erreicht. Die Visualisierung kann einfach als Ampelvisualisierung aufgebaut oder auch in umfangreichere Überwachungssysteme eingebunden werden, z.B. in ein rechnergeführtes Überwachungssystem für eine Anlage mit einer Vielzahl von Antrieben der beschriebenen Art. Das Außerbetriebsetzen erfolgt im einfachsten Fall durch komplettes Abschalten des als fehlerhaft erkannten Antriebs, jedoch können je nach erkannter Art des Fehlers unterschiedliche Formen des Außerbetriebsetzens vorgesehen sein. Beispielsweise kann bei Erkennen eines Überschreitens einer Verschleißgrenze der betroffene Antrieb in einem Übergangszeitintervall unter Ausgabe einer Fehlermeldung verlangsamt weiterbetrieben werden, um größere Beeinträchtigungen der Leistung umgebender bzw. mit dem betroffenen Antrieb zusammenwirkender Anlagenteile zu vermeiden, aber schlagartig abgeschaltet werden, sobald eine Zerstörung eines Bauteils des Antriebs erkannt wird.In a further preferred embodiment of the method according to the invention by the error signal is a message of a detected error, in particular a visualization of the detected error, and / or an intervention in an operation of electrically, in particular electric motor operated drive, in particular an at least partial shutdown of the electric, in particular electric motor, operated drive, triggered and / or controlled. This on the one hand, a simple and rapid detection or perception of an error by an operator and / or monitoring person of the drive and on the other hand, a limitation and / or avoidance of damage, especially extensive damage to the drive and / or resulting consequential damage achieved. The visualization can be easy as Set traffic light visualization or incorporated into more extensive monitoring systems, for example, in a computer-controlled monitoring system for a system with a variety of drives of the type described. The shutdown takes place in the simplest case by completely switching off the detected as faulty drive, however, depending on the detected type of error be provided different forms of decommissioning. For example, upon detection of exceeding a wear limit of the affected drive in a transitional time interval with output of an error message continues to be operated to avoid major deterioration of the performance of surrounding or interacting with the affected drive system parts, but be switched off suddenly, as soon as a destruction of a component of the Drive is detected.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in Betriebszuständen elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebener Antriebe, insbesondere zum Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden, bevorzugt mechanischer Schäden, an derartigen Antrieben, wenigstens umfassend:

  • - Messmittel zum Messen wenigstens eines wenigstens einem der elektrisch betriebenen Antriebe zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms, insbesondere Messmittel zum wenigstens nahezu zeitkontinuierlichen Messen wenigstens eines Augenblickswertes des wenigstens einen elektrischen Stroms,
  • - erste Signalverarbeitungsmittel zum Durchführen einer Zeit-Frequenz-Analyse des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms und/oder
  • - zweite Signalverarbeitungsmittel zum Durchführen einer Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms,
  • - erste Vergleichsmittel zum Vergleichen eines in den ersten Signalverarbeitungsmitteln aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Frequenzspektrum und/oder
  • - zweite Vergleichsmittel zum Vergleichen eines in den zweiten Signalverarbeitungsmitteln aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert, sowie
  • - Signalerzeugungsmittel zum Auslösen eines Fehlersignals, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe festgestellt wird.
The above object is further achieved by a device for detecting deviations and / or changes in operating states electrically, in particular electromotive, powered drives, in particular for detecting a presence and / or occurrence and / or development of damage, preferably mechanical damage, at such drives, at least comprising:
  • Measuring means for measuring at least one electrical current supplied to at least one of the electrically operated drives for feeding with electrical energy, in particular measuring means for measuring at least one instantaneous value of the at least one electrical current at least almost continuously
  • - First signal processing means for performing a time-frequency analysis of the at least one measured electric current and / or
  • second signal processing means for performing an amplitude and / or rms value determination of the at least one measured electrical current,
  • first comparison means for comparing a frequency spectrum, obtained in the first signal processing means from the time-frequency analysis, of the at least one measured electrical current with a predefinable frequency spectrum and / or
  • second comparison means for comparing an amplitude value obtained in the second signal processing means from the amplitude and / or effective value determination and / or effective value of the at least one measured electrical current with a predefinable amplitude value or effective value, and
  • - Signal generating means for triggering an error signal when a deviation of predeterminable size is determined when comparing obtained with predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or RMS value.

Die Messmittel sind dabei bevorzugt als Strommessschaltung und/oder mit wenigstens einem Stromwandler ausgebildet. Die Messmittel können jedoch auch in Einrichtungen zum Speisen der Antriebe aufgenommen sein. Beispielsweise bei Antrieben, die mit Drehstrommaschinen ausgebildet sind, können Phasenströme bzw. Phasenstromsignale der Drehstrommaschinen entweder mit Stromwandlern gemessen oder direkt aus vorgeschalteten Frequenzumrichtern ausgelesen werden, wobei die Frequenzumrichter im letzteren Fall die Messmittel umfassen. Die Messmittel können dazu eingerichtet sein, den zu messenden elektrischen Strom zeitkontinuierlich zu messen oder zeitdiskret abzutasten, wobei im letztgenannten Fall eine Abtastfrequenz zu wählen ist, die eine Detektion aller derjenigen Frequenzanteile des gemessenen elektrischen Stroms ermöglicht, die zur Erkennung zu erfassender Abweichungen, Veränderungen, Fehler oder Schäden benötigt werden.The measuring means are preferably designed as a current measuring circuit and / or with at least one current transformer. However, the measuring means may also be included in facilities for powering the drives. For example, in drives that are designed with three-phase machines, phase currents or phase current signals of three-phase machines can either be measured with current transformers or read directly from upstream frequency converters, the frequency converter in the latter case include the measuring means. The measuring means can be set up to measure the electrical current to be measured continuously or to disperse time-discretely, in which latter case a sampling frequency is to be selected which makes it possible to detect all those frequency components of the measured electrical current, the deviations to be detected, changes, Errors or damage are needed.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner ausgebildet mit ersten Speichermitteln zum Speichern des vorgebbaren Frequenzspektrums und/oder mit zweiten Speichermitteln zum Speichern des vorgebbaren Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes. Die Speichermittel können zum festen Speichern der genannten vorgebbaren Daten in der Weise von Lesespeichern, auch als ROM bezeichnet, oder als Schreib-Lesespeicher ausgebildet sein. Im letzteren Fall können das vorgebbare Frequenzspektrum und/oder der vorgebbare Amplitudenwert bzw. Effektivwert anpassbar gestaltet bzw. aus anfänglichen Messungen ermittelbar und demgemäß individuell abspeicherbar sein. Ein zu Beginn des Betreibens des betreffenden Antriebs vorgefundener Betriebszustand wird dann als Sollzustand festgelegt. Die Vorrichtung kann dann als lernende Vorrichtung ausgebildet sein.Preferably, the device according to the invention is further configured with first storage means for storing the predeterminable frequency spectrum and / or with second storage means for storing the predefinable amplitude value or effective value. The memory means may be designed to store said specifiable data in the manner of read-only memories, also referred to as ROM, or as read-write memories. In the latter case, the predefinable frequency spectrum and / or the predeterminable amplitude value or effective value can be made adaptable or can be determined from initial measurements and accordingly be individually storable. An operating condition found at the beginning of the operation of the relevant drive is then defined as the desired condition. The device can then be designed as a learning device.

Weiter bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet mit Meldemitteln, die insbesondere mit Visualisierungsmitteln und/oder Mitteln zum Abgeben wenigstens eines akustischen Warnsignals gestaltet sein können. Die Meldemittel dienen zum Übermitteln einer Meldung und/oder Information über eine festgestellte Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem Betriebszustand an insbesondere eine Bedien- und/oder Überwachungsperson. Bevorzugt kann die Meldung mit einem Warnton und/oder einem Warnlicht, einer Ampelvisualisierung mit wenigstens den Anzeigestufen „fehlerfrei“, „Überprüfung erforderlich“ bzw. „Reparatur wird demnächst fällig“ und „Fehler“ bzw. „Schaden“ ausgestaltet sein. Die Meldemittel können getrennt von anderen Anlagen nur einem ausgewählten der elektrischen Antriebe zugeordnet und unmittelbar an diesem oder in dessen unmittelbarer, räumlicher Nähe angeordnet sein. Die Meldemittel können auch Bestandteil einer umfangreicheren Einrichtung, z.B. eines Überwachungsnetzwerks, sein, die zum Überwachen einer umfangreicheren Anlage, z.B. einer Fabrikationsanlage mit einer Vielzahl derartiger Antriebe oder eines Fahrzeugs mit einer Vielzahl unterschiedlichster zu überwachender Einrichtungen und/oder Geräte, ausgebildet ist. So können die Meldemittel ausgebildet sein, um innerhalb einer umfangreicheren Überwachungsanzeige eine Zustands- und/oder Fehleranzeige darzustellen.More preferably, the device according to the invention is formed with reporting means that can be designed in particular with visualization means and / or means for dispensing at least one acoustic warning signal. The reporting means are used to transmit a message and / or information about a detected deviation and / or change in at least one operating state, in particular an operator and / or monitoring person. Preferably, the message with a warning sound and / or a warning light, a traffic light visualization with at least the display levels "error-free", "verification required" or "repair is soon due "and" error "or" damage "be configured. The reporting means can be assigned separately from other systems only a selected one of the electric drives and be arranged directly on this or in its immediate, spatial proximity. The reporting means may also be part of a larger device, such as a surveillance network, which is designed to monitor a larger plant, such as a manufacturing plant with a plurality of such drives or a vehicle with a variety of different devices and / or devices to be monitored. Thus, the reporting means may be configured to display a status and / or error indication within a more extensive monitoring display.

Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung wahlweise weiterhin mit Steuermitteln zum Eingreifen in ein Betreiben des Antriebs, insbesondere zum Außerbetriebsetzen des Antriebs, nach festgestellter Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem Betriebszustand ausgebildet. Bevorzugt ist dabei ein unterschiedliches Eingreifen je nach Art des aufgetretenen Fehlers vorgesehen. So kann der betroffene Antrieb wahlweise mit geringerer Geschwindigkeit, d.h. insbesondere Drehzahl, weiter betrieben werden, um einen plötzlichen Stillstand und damit unter Umständen größere Auswirkungen auf eine Anlage, in die der Antrieb eingebunden ist, zu vermeiden. Dies kann z.B. bei einer Fehlermeldung über ein Überschreiten einer Verschleißgrenze vorteilhaft sein, wenn durch das Überschreiten der Verschleißgrenze noch kein unmittelbarer Schaden eintritt, mit einem solchen jedoch bei Fortsetzung des Gebrauchs des Antriebs z.B. unter Volllast zu rechnen ist. Wahlweise kann ein solches „weiches“ Eingreifen schon mit einer Fehlermeldung „Überprüfung erforderlich“ bzw. „Reparatur wird demnächst fällig“ oder erst mit einer Fehlermeldung „Fehler“ oder „Schaden“ gekoppelt sein. Bei derartigen Abweichungen und/oder Veränderungen in Betriebszuständen kann es ausreichend sein, den betroffenen Antrieb bei einer ohnehin, z.B. in regelmäßigen Wartungsintervallen, vorgesehenen Betriebspause des Antriebs bzw. der gesamten Anlage zu warten, zu überholen, auszutauschen oder zu reparieren. Wird dagegen eine insbesondere abrupte Veränderung eines Betriebszustands festgestellt, kann vorteilhaft ein ebenfalls abruptes Abschalten im Sinne eines „harten“ Eingreifens in den Betrieb sinnvoll oder notwendig sein und durchgeführt werden, um Folgeschäden, die eine Einbuße durch Stillstandzeiten des Antriebs oder einer größeren Anlage, in der der Antrieb eingesetzt ist, überschreiten, auszuschließen oder geringstmöglich zu halten.Advantageously, the device according to the invention is optionally further formed with control means for engaging in an operation of the drive, in particular for decommissioning of the drive, after detected deviation and / or change in at least one operating state. Preferably, a different intervention is provided depending on the nature of the error that has occurred. Thus, the affected drive can optionally be operated at a lower speed, i. In particular speed, continue to operate in order to avoid a sudden stop and thus possibly greater impact on a system in which the drive is involved. This can e.g. be advantageous in an error message on exceeding a wear limit, if the exceeding of the wear limit still no immediate damage occurs, but with such a continuation of the use of the drive, for. under full load is to be expected. Optionally, such a "soft" intervention already with an error message "inspection required" or "repair will be due soon" or coupled with an error message "error" or "damage". In the case of such deviations and / or changes in operating states, it may be sufficient to drive the affected drive in anyway, e.g. to maintain, overhaul, replace or repair at regular service intervals, scheduled downtimes of the drive or the entire system. If, however, a particular abrupt change in an operating condition is detected, an equally abrupt shutdown in the sense of a "hard" intervention in the operation may be useful or necessary and carried out to consequential damage, a loss due to downtime of the drive or a larger system in the drive is used to exceed, exclude or keep as low as possible.

Sowohl die Meldemittel als auch die Steuermittel sind voreilhaft steuerbar durch die Signalerzeugungsmittel zum Auslösen des Fehlersignals.Both the signaling means and the control means are prematurely controllable by the signal generating means for triggering the error signal.

Wahlweise sind schließlich noch weiterhin bevorzugt Aufzeichnungsmittel zum Protokollieren einer festgestellten Abweichung und/oder eines Auslösens des Fehlersignals und/oder der Meldung und/oder Information über die festgestellte Abweichung und/oder das Eingreifen in das Betreiben des Antriebs vorgesehen in der Art, wie sie als Fahrten- bzw. Flugschreiber an sich bekannt ist. Dabei dient das Protokollieren nicht allein Verwaltungszwecken; vielmehr können so auch Daten über insbesondere eine Entwicklung unterschiedlicher Veränderungen und/oder Fehler in dem wenigstens einen überwachten Antrieb gesammelt werden, die im weiteren für eine exaktere Zustandsüberwachung und/oder Fehlererkennung herangezogen werden können. Diese Daten können, nach entsprechender Auswertung, den Speichermitteln zum Speichern des vorgebbaren Frequenzspektrums und/oder des vorgebbaren Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes zugeführt werden im Sinne der erwähnten lernenden Vorrichtung.Optionally, recording means are further preferably provided for recording a detected deviation and / or triggering of the error signal and / or the message and / or information about the detected deviation and / or the intervention in the operation of the drive in the manner as Tachograph or black box is known per se. Logging is not solely for administrative purposes; Rather, data on, in particular, a development of different changes and / or errors in the at least one monitored drive can thus also be collected, which can subsequently be used for a more exact condition monitoring and / or error detection. These data can, after appropriate evaluation, be supplied to the storage means for storing the predefinable frequency spectrum and / or the predefinable amplitude value or effective value in the sense of the mentioned learning device.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit auf einfache Weise insbesondere mit den folgenden Komponenten gebildet:

  • - wenigstens einem Sensor, insbesondere Stromsensor, der die Messmittel zum Messen des wenigstens einen wenigstens einem der elektrisch betriebenen Antriebe zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms bildet, z.B. Stromwandler zur Phasenstrommessung an Drehstrommotoren oder Sensoren zur Strommessung an vorgeschalteten Frequenzumrichtern und/oder deren Regelungseinrichtungen;
  • - einer, bevorzugt digitalen, Signalverarbeitungseinrichtung, bevorzugt einem Rechner, besonders bevorzugt einem Überwachungsrechner, einem Anlagensteuerungsrechner oder einem Fahrzeug-Bordrechner, umfassend die vorgenannten ersten und/oder zweiten Signalverarbeitungsmittel und die vorgenannten ersten und/oder zweiten Vergleichsmittel, sowie
  • - einer Signalisierungseinheit, insbesondere Visualisierungseinheit, bevorzugt einer Bildschirmanzeige, besonders bevorzugt eingebunden in weitere Anzeigen über den Betrieb des Antriebs und/oder des Ihn umfassenden Fahrzeugs bzw. der ihn umfassenden Anlage.
The device according to the invention is thus formed in a simple manner, in particular with the following components:
  • - At least one sensor, in particular current sensor, which forms the measuring means for measuring the at least one of the electrically operated drives for feeding electrical energy supplied electrical current, eg current transformer for phase current measurement of three-phase motors or sensors for current measurement of upstream frequency inverters and / or their control devices ;
  • - One, preferably digital, signal processing device, preferably a computer, particularly preferably a monitoring computer, a plant control computer or a vehicle on-board computer, comprising the aforementioned first and / or second signal processing means and the aforementioned first and / or second comparison means, as well
  • a signaling unit, in particular a visualization unit, preferably a screen display, particularly preferably integrated into further displays about the operation of the drive and / or the vehicle comprising it or the installation comprising it.

Die Signalverarbeitungseinrichtung bildet eine Auswerteeinheit, die bevorzugt mit einem Auswertealgorithmus betrieben wird, mit dem die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte ausgeführt werden. Der Auswertealgorithmus kann derart aufgebaut sein, dass damit bereits vor Aufnahme des Betriebs eines beschriebenen Antriebs Anfangswerte für dessen Betriebszustände, insbesondere für ein vorgebbares Frequenzspektrum und/oder für einen vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert des wenigstens einen zu messenden elektrischen Stroms, aus bekannten Konstruktionsdaten des Antriebs - z.B. Lagerfrequenzen, Zahnfrequenzen bei Zahnrädern und dergleichen - ermittelt und bei der ersten Inbetriebnahme überprüft und/oder abgeglichen werden. Die genannten Frequenzen z.B. treten in Frequenz-Seitenbändern des zu messenden Stroms durch eine Amplitudenmodulation auf. Hierdurch ist es einfach, in einem Schadensfall die dem Schaden zuzurechnenden Frequenzen für die Auswertung zu trennen. Bei Antrieben, die Zahnräder und/oder Zahnstangen enthalten, z.B. bei Getrieben, lassen sich die dem Schaden zuzurechnenden Frequenzen für die Auswertung anhand eines Zahneingriffs z.B. im Getriebe ermitteln. Bei einem Betrieb z.B. eines Getriebes mit unterschiedlichen Drehzahlen treten dann auch unterschiedliche Frequenzen auf. Hier sind bevorzugt im Vorfeld die für die jeweils genutzten Drehzahlen charakteristischen Frequenzen zu bestimmen, die für eine Überwachung der Betriebszustände herangezogen werden sollen.The signal processing device forms an evaluation unit, which is preferably operated with an evaluation algorithm with which the method steps described above are carried out. The evaluation algorithm can be designed in such a way that, even before the operation of a described drive is started, initial values for its operating states, in particular for a predefinable frequency spectrum and / or for a predefinable amplitude value or effective value, are obtained the at least one electrical current to be measured, from known design data of the drive - eg bearing frequencies, tooth frequencies in gears and the like - determined and checked during initial commissioning and / or adjusted. The frequencies mentioned, for example, occur in frequency sidebands of the current to be measured by an amplitude modulation. This makes it easy to separate in a case of damage the attributable to the damage frequencies for the evaluation. For drives that contain gears and / or racks, eg gearboxes, the frequencies attributable to the damage can be determined for the evaluation by means of a tooth engagement, eg in the gearbox. In an operation such as a transmission with different speeds then occur on different frequencies. Here, it is preferable to determine in advance the frequencies which are characteristic of the rotational speeds used and which are to be used for monitoring the operating states.

Zum Gewinnen des vorgebbaren Frequenzspektrums und/oder des vorgebbaren Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes des wenigstens einen zu messenden elektrischen Stroms und für bestimmte Fehler und/oder Schäden charakteristischer Abweichungen und/oder Veränderungen im gemessenen Strom ist es ferner vorteilhaft, z.B. in Voruntersuchungen Messungen auszuführen und dazu die zugleich entstandenen bzw. vorliegenden Fehler und/oder Schäden zu bestimmen, bevorzugt durch eine Inaugenscheinnahme, mechanische Untersuchung und/oder Vermessung. Damit lässt sich dann eine zusätzliche Information über Fehler und/oder Schäden in das auszulösende Fehlersignal aufnehmen.In order to obtain the predefinable frequency spectrum and / or the predefinable amplitude value or rms value of the at least one electrical current to be measured and for certain errors and / or damage of characteristic deviations and / or changes in the measured current, it is further advantageous, e.g. carry out measurements in preliminary investigations and to determine the errors and / or damages which have occurred or are present at the same time, preferably by means of visual inspection, mechanical examination and / or surveying. In this way, additional information about errors and / or damage can then be included in the error signal to be triggered.

Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt, aufweisend Programmteile zum Ausführen eines Verfahrens der vorgenannten Art, durch eine maschinenlesbare, insbesondere computerlesbare, Datenstruktur, erzeugt durch ein solches Verfahren und/oder durch mindestens ein solches Computerprogrammprodukt und durch einen maschinenlesbaren, insbesondere computerlesbaren, Datenträger, auf dem mindestens ein solches Computerprogrammprodukt aufgezeichnet und/oder gespeichert ist und/oder auf dem mindestens eine solche Datenstruktur zum Abruf bereit gehalten ist.The above-mentioned object is also achieved by a computer program product comprising program parts for carrying out a method of the aforementioned type, by a machine-readable, in particular computer-readable, data structure generated by such a method and / or by at least one such computer program product and by a machine-readable, in particular computer-readable , Data carrier on which at least one such computer program product is recorded and / or stored and / or on which at least one such data structure is kept ready for retrieval.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben, wobei übereinstimmende Elemente in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Es zeigen:

  • 1 ein grob schematisches Blockschaltbild eines Beispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
  • 2 ein Ritzel als Beispiel eines Bauteils eines Antriebs, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bevorzugt gemäß 1, ausgebildet ist, im gesunden Betriebszustand,
  • 3 ein Beispiel eines Frequenzspektrums, wie es an einem Antrieb gemäß 1 mit einem gesunden Ritzel gemäß 2 für einen dem Antrieb zugeführten elektrischen Strom gemessen wird,
  • 4 das Ritzel gemäß 2 in einem beschädigten Betriebszustand, auch als Schadenszustand bezeichnet,
  • 5 ein Beispiel eines Frequenzspektrums, wie es an einem Antrieb gemäß 1 mit einem beschädigten Ritzel gemäß 4 für einen dem Antrieb zugeführten elektrischen Strom gemessen wird,
  • 6 ein grob schematisches Blockschaltbild einer detaillierteren Darstellung eines Teils der Anordnung gemäß 1,
  • 7 ein Diagramm mit der Darstellung von Drehzahl und Phasenstrom im Zeitbereich,
  • 8 eine Zeit-Frequenzanalyse des Phasenstroms,
  • 9 eine Darstellung des Phasenstroms und der Drehzahl im Wegbereich,
  • 10 eine Zeit-Frequenzanalyse im Wegbereich,
  • 11 eine Darstellung der Kombination der Zeit-Frequenzanalyse und der Auswertung der Regeldifferenz der Drehzahl und
  • 12 eine vereinfachte Darstellung eines Programmablaufplanes der einzelnen Prozess-Schritte.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below, with matching elements in all figures are given the same reference numerals and a repeated description of these elements is omitted. Show it:
  • 1 a rough schematic block diagram of an example of a device according to the invention,
  • 2 a pinion as an example of a component of a drive, with a device according to the invention, preferably according to 1 , is formed, in healthy operating condition,
  • 3 an example of a frequency spectrum, as in a drive according to 1 with a healthy pinion according to 2 for an electric current supplied to the drive,
  • 4 the pinion according to 2 in a damaged operating condition, also called damage condition,
  • 5 an example of a frequency spectrum, as in a drive according to 1 with a damaged pinion according to 4 for an electric current supplied to the drive,
  • 6 a rough schematic block diagram of a more detailed representation of a portion of the arrangement according to 1 .
  • 7 a diagram showing the speed and phase current in the time domain,
  • 8th a time-frequency analysis of the phase current,
  • 9 a representation of the phase current and the speed in the path area,
  • 10 a time-frequency analysis in the path area,
  • 11 a representation of the combination of the time-frequency analysis and the evaluation of the control difference of the speed and
  • 12 a simplified representation of a program flow chart of the individual process steps.

In 1 ist mit dem Bezugszeichen 100 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung bezeichnet, die zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in Betriebszuständen eines elektromotorisch betriebenen Antriebs 101 eingerichtet ist. Insbesondere ist die Vorrichtung 100 zum Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden, bevorzugt mechanischer Schäden, am Antrieb 101 ausgebildet. Der Antrieb 101 im vorliegenden Beispiel umfasst eine Drehstrommaschine 102, die über Phasenanschlüsse U, V, W mit drei Phasenströme hervorrufenden Phasenspannungen gespeist wird. Der Drehstrommaschine 102 nachgeordnet, d.h. von der Drehstrommaschine betrieben, ist hier beispielsweise ein mechanisches System 103, das wenigstens ein Lager 104, eine Kupplung 105, ein Getriebe 106 und/oder wenigstens ein Zahnrad 107 sowie eine Zahnstange 108 umfasst. Auch die Drehstrommaschine 102 umfasst bevorzugt Lager, die als mechanische Bauteile des Antriebs 101 in gleicher Weise wie die aufgezählten Bauteile des mechanischen Systems 103 einer Überwachung zur Erkennung der Abweichungen und/oder Veränderungen in den Betriebszuständen des Antriebs 101 durch die Vorrichtung 100 unterliegen sollen.In 1 is with the reference numeral 100 An exemplary embodiment of a device according to the invention, which is for detecting deviations and / or changes in operating states of an electric motor driven drive 101 is set up. In particular, the device 100 for detecting a presence and / or occurrence and / or development of damage, preferably mechanical damage, to the drive 101 educated. The drive 101 in the present example comprises a three-phase machine 102 that have live connections U . V . W is fed with three phase currents causing phase voltages. The three-phase machine 102 downstream, ie operated by the three-phase machine, here is for example a mechanical system 103 that at least one camp 104 , a clutch 105 , a gearbox 106 and / or at least one gear 107 and a rack 108 includes. Also the three-phase machine 102 preferably includes bearings that act as mechanical components of the drive 101 in the same way as the enumerated components of the mechanical system 103 a monitoring to detect the deviations and / or changes in the operating states of the drive 101 through the device 100 should be subject.

Zum Ausführen dieser Überwachung umfasst die Vorrichtung 100 Messmittel 109 zum Messen der Drehstrommaschine 102 des Antrieb 101 zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführter elektrischer Ströme, hier ausgebildet als Stromwandler zum Messen von Phasenströmen der Drehstrommaschine 102. Insbesondere sind diese Messmittel 109 zum wenigstens nahezu zeitkontinuierlichen Messen der Augenblickswerte der Phasenströme ausgebildet. Die Messmittel 109 sind mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 110 verbunden zum Zuführen von Messwerten der gemessenen elektrischen Ströme, d.h. der gemessenen Phasenströme. Die Signalverarbeitungseinrichtung 110 bildet eine Auswerteeinheit zum Auswerten der Messwerte der Phasenströme und zum Durchführen der Überwachung und Erkennung der Abweichungen und/oder Veränderungen in den Betriebszuständen des Antriebs 101. Überwacht werden die Betriebszustände, d.h. hier insbesondere mechanische Erhaltungszustände bzw. Schäden und/oder Verschleiß, der Drehstrommaschine 102, insbesondere deren Lager, sowie des mechanischen Systems 103 mit dem wenigstens einen Lager 104, der Kupplung 105, dem Getriebe 106 und/oder dem wenigstens einen Zahnrad 107 sowie der Zahnstange 108. Diese Überwachung ist durch Pfeile 111 symbolisiert.To perform this monitoring, the device includes 100 measuring Equipment 109 for measuring the three-phase machine 102 of the drive 101 for feeding with electrical energy supplied electrical currents, designed here as a current transformer for measuring phase currents of the three-phase machine 102 , In particular, these measuring means 109 designed for at least almost continuous measurement of the instantaneous values of the phase currents. The measuring equipment 109 are with a signal processing device 110 connected for supplying measured values of the measured electrical currents, ie the measured phase currents. The signal processing device 110 forms an evaluation unit for evaluating the measured values of the phase currents and for performing the monitoring and detection of the deviations and / or changes in the operating states of the drive 101 , The operating conditions are monitored, ie in particular mechanical conditions of maintenance or damage and / or wear of the three-phase machine 102 , in particular their bearings, as well as the mechanical system 103 with the at least one camp 104 , the clutch 105 , the transmission 106 and / or the at least one gear 107 as well as the rack 108 , This monitoring is by arrows 111 symbolizes.

In 6 ist in einer grob schematischen Blockdarstellung ein Teil der Vorrichtung gemäß 1 detaillierter wiedergegeben. Darin umfasst die Signalverarbeitungseinrichtung 110 eine mit den Messmitteln 109, hier den Stromwandlern, gekoppelte Messstufe 112 zum Aufnehmen und Weiterleiten der von den Stromwandlern 109 aufgenommenen Messwerte der Phasenströme der Drehstrommaschine 102. Die Signalverarbeitungseinrichtung 110 umfasst erste Signalverarbeitungsmittel 113 zum Durchführen einer Zeit-Frequenz-Analyse der Phasenströme und zweite Signalverarbeitungsmittel 114 zum Durchführen einer Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung der Phasenströme. Den ersten und zweiten Signalverarbeitungsmitteln 113, 114 werden die Messwerte der Phasenströme über Signalverbindungen 115 von der Messstufe 112 zugeführt. In den ersten Signalverarbeitungsmitteln 113 wird mittels der Zeit-Frequenz-Analyse der Phasenströme ein Frequenzspektrum dieser Phasenströme gewonnen und werden diesbezügliche Daten über eine Signalverbindung 116 ersten Vergleichsmitteln 117 zugeleitet. In den zweiten Signalverarbeitungsmitteln 114 werden mittels der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung aus den Phasenströmen Amplitudenwerte und/oder Effektivwerte dieser Phasenströme gewonnen und werden diesbezügliche Daten über eine Signalverbindung 118 zweiten Vergleichsmitteln 119 zugeleitet.In 6 is a part of the device according to a rough schematic block diagram 1 reproduced in more detail. This includes the signal processing device 110 one with the measuring equipment 109 , here the current transformers, coupled measuring stage 112 for picking up and forwarding from the current transformers 109 Recorded measured values of the phase currents of the three-phase machine 102 , The signal processing device 110 comprises first signal processing means 113 for performing a time-frequency analysis of the phase currents and second signal processing means 114 for performing an amplitude and / or RMS determination of the phase currents. The first and second signal processing means 113 . 114 the measured values of the phase currents are transmitted via signal connections 115 from the measuring stage 112 fed. In the first signal processing means 113 is obtained by means of the time-frequency analysis of the phase currents, a frequency spectrum of these phase currents and related data via a signal connection 116 first comparison means 117 fed. In the second signal processing means 114 amplitude values and / or rms values of these phase currents are obtained from the phase currents by means of the determination of the amplitude and / or rms value, and data relating thereto are transmitted via a signal connection 118 second comparison means 119 fed.

Die ersten Vergleichsmittel 117 sind zum Vergleichen des gewonnenen Frequenzspektrums der gemessenen Phasenströme mit einem vorgebbaren Frequenzspektrum ausgebildet. Die zweiten Vergleichsmittel 119 sind zum Vergleichen der gewonnenen Amplitudenwerte und/oder Effektivwerte der gemessenen Phasenströme mit vorgebbaren Amplitudenwerten bzw. Effektivwerten ausgebildet. Dazu umfasst die Signalverarbeitungseinrichtung 110 weiterhin erste Speichermittel 120 zum Speichern des vorgebbaren Frequenzspektrums sowie zweite Speichermittel 121 zum Speichern der vorgebbaren Amplitudenwerte bzw. Effektivwerte. Das vorgebbare Frequenzspektrum betreffende Daten werden den ersten Vergleichsmitteln 117 über eine Signalverbindung 122 zugeführt. Die vorgebbaren Amplitudenwerte bzw. Effektivwerte betreffende Daten werden den zweiten Vergleichsmitteln 119 über eine Signalverbindung 123 zugeführt.The first comparison means 117 are formed for comparing the obtained frequency spectrum of the measured phase currents with a predetermined frequency spectrum. The second comparison means 119 are formed for comparing the obtained amplitude values and / or RMS values of the measured phase currents with predefinable amplitude values or RMS values. For this purpose, the signal processing device comprises 110 furthermore first storage means 120 for storing the predefinable frequency spectrum and second memory means 121 for storing the predefinable amplitude values or effective values. The predetermined frequency spectrum data are the first comparison means 117 via a signal connection 122 fed. The specifiable amplitude values or RMS values are the second comparison means 119 via a signal connection 123 fed.

Der Signalverarbeitungseinrichtung 110 nachgeschaltet sind Signalerzeugungsmittel 124 zum Auslösen eines Fehlersignals, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe festgestellt wird. Dazu werden den Signalerzeugungsmitteln 124, hier ausgebildet als Signalerzeugungsstufe, über Signalverbindungen 125 bzw. 126 Ergebnisse dieser Vergleiche beinhaltende Daten zugeleitet. In der Signalerzeugungsstufe 124 wird das Fehlersignal erzeugt und zur weiteren Nutzung bereitgestellt.The signal processing device 110 downstream are signal generating means 124 for triggering an error signal if a deviation of predeterminable magnitude is determined when comparing acquired with specifiable frequency spectrum and / or amplitude value and / or effective value. These are the signal generating means 124 , here designed as a signal generation stage, via signal connections 125 respectively. 126 Results of these comparisons supplied data. In the signal generation stage 124 the error signal is generated and provided for further use.

Das Fehlersignal wird in der Vorrichtung 100 gemäß 6 Meldemitteln 127 zugeführt, auch als Signalisierungseinheit bezeichnet. Diese Meldemittel 127 umfassen zum einen Visualisierungsmittel 128, hier eine Visualisierungseinheit bzw. Anzeige, die z.B. als Warnlampe, Bildschirmanzeige oder dergleichen ausgebildet ist und das Fehlersignal über eine Signalverbindung 129 zugeführt erhält. Ferner umfassen die Meldemittel 127 Mittel 130 zum Abgeben eines akustischen Warnsignals, denen das Fehlersignal von der Signalerzeugungsstufe 124 über eine Signalverbindung 131 zugeführt wird. Die Meldemittel 127 dienen so zum Übermitteln einer Meldung bzw. Information über festgestellte Abweichungen und/oder Veränderungen im überwachten Antrieb 101 durch einen Warnton und/oder eine Warnlampe, eine Ampelanzeige, eine Anzeige über ein Überwachungsnetzwerk, oder dergleichen.The error signal is in the device 100 according to 6 register means 127 supplied, also referred to as a signaling unit. This reporting agent 127 comprise on the one hand visualization means 128 , Here is a visualization unit or display, which is designed for example as a warning lamp, screen or the like and the error signal via a signal connection 129 supplied receives. Furthermore, the reporting means include 127 medium 130 for outputting an audible warning signal to which the error signal from the signal generation stage 124 via a signal connection 131 is supplied. The reporting means 127 thus serve to transmit a message or information about detected deviations and / or changes in the monitored drive 101 by a warning tone and / or a warning lamp, a traffic light display, an indicator via a surveillance network, or the like.

Von der Signalerzeugungsstufe 124 wird das Fehlersignal zum anderen über eine Signalverbindung 133 Steuermitteln 132 zum Eingreifen in ein Betreiben des Antriebs 101, hier insbesondere zum Außerbetriebsetzen des Antriebs 101 durch Abschalten der Drehstrommaschine 102, nach festgestellter Abweichung bzw. Veränderung eines Betriebszustands des Antriebs 101, insbesondere zum Außerbetriebsetzen nach Feststellung eines Schadens. Voreilhaft kann in einer Abwandlung bevorzugt ein unterschiedliches Eingreifen je nach Art der Abweichung bzw. Veränderung bzw. des Fehlers vorgesehen sein, z.B. Fahren des Antriebs 101 mit verminderter Geschwindigkeit bzw. Drehzahl oder sofortiges, abruptes Abschalten. Auch dieses unterschiedliche Eingreifen ist über eine diesbezügliche Information im Fehlersignal durch die Signalerzeugungsmittel 124 steuerbar. From the signal generation stage 124 the error signal is sent to the other via a signal connection 133 control means 132 for intervention in operating the drive 101 , in particular for decommissioning the drive 101 by switching off the three-phase machine 102 , after detected deviation or change of operating state of the drive 101 , in particular for decommissioning after detection of damage. Advantageously, in a modification, a different intervention may be provided, depending on the type of deviation or change or the error, eg driving the drive 101 at reduced speed or speed or immediate, abrupt shutdown. Also, this different intervention is about a related information in the error signal by the signal generating means 124 controllable.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 100 Aufzeichnungsmittel 134 zum Protokollieren der festgestellten Abweichung und/oder des Auslösen des Fehlersignals und/oder der Meldung bzw. Information über die festgestellte Abweichung und/oder das Eingreifen in das Betreiben des Antriebs 101. Entsprechende Daten werden den Aufzeichnungsmitteln 134 von den ersten und zweiten Signalverarbeitungsmitteln 113, 114 sowie den Signalerzeugungsmitteln 124 über Signalverbindungen 135 zugeleitet. Mit der Protokollierung ist eine verbesserte Erfassung eines Zusammenhangs bestimmter Abweichungen und/oder Veränderungen der gemessenen Phasenströme zu festgestellten Fehlern und/oder Schäden am Antrieb 101 möglich und damit eine präzisere, zuverlässigere Auswertung der gewonnenen Messwerte.Furthermore, the device comprises 100 recording means 134 for logging the detected deviation and / or the triggering of the error signal and / or the message or information about the detected deviation and / or the intervention in the operation of the drive 101 , Corresponding data becomes the recording means 134 from the first and second signal processing means 113 . 114 and the signal generating means 124 via signal connections 135 fed. With the logging is an improved detection of a relationship of certain deviations and / or changes of the measured phase currents to detected errors and / or damage to the drive 101 possible and thus a more precise, reliable evaluation of the measured values obtained.

Durch die gemessenen Phasenströme an der Drehstrommaschine 102 lassen sich auch bei nichtstationärem Betrieb und ohne vorherige genaue Kenntnis über ein vorgebbares Frequenzspektrum und/oder vorgebbare Amplitudenwerte und/oder Effektivwerte der Phasenströme in einem „gesunden“, d.h. fehlerfreien, Betriebszustand des Antriebs Informationen über einen aktuellen Betriebszustand und dessen Einstufung als „gesund“ oder „schadhaft“ gewinnen. Dabei kann bevorzugt folgendermaßen verfahren werden.Through the measured phase currents at the three-phase machine 102 Even in non-stationary operation and without prior knowledge of a definable frequency spectrum and / or predefinable amplitude values and / or RMS values of the phase currents in a "healthy", ie error-free, operating state of the drive information about a current operating condition and its classification as "healthy" or "bad" win. In this case, it is possible to proceed as follows.

Aus einer ersten Messung der Phasenströme werden ein Frequenzspektrum, ein Amplitudenwert und/oder ein Effektivwert ermittelt. Ein damit umschriebener Betriebszustand, d.h. der bei dieser ersten Messung vorliegende Betriebszustand, wird dann als ein „Soll-Betriebszustand“ festgelegt; das gewonnene Frequenzspektrum bzw. der gewonnene Amplitudenwert und/oder Effektivwert werden als vorgebbares Frequenzspektrum bzw. vorgebbarer Amplitudenwert und/oder Effektivwert in den ersten bzw. zweiten Speichermitteln 120, 121 abgespeichert und im weiteren als vorgebbares Frequenzspektrum bzw. vorgebbarer Amplitudenwert und/oder Effektivwert den ersten bzw. zweiten Vergleichsmitteln 117 bzw. 119 über die Signalverbindungen 122 bzw. 123 zur Verfügung gestellt. Die Übertragung des gewonnenen Frequenzspektrums bzw. des gewonnene Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes von den ersten bzw. zweiten Signalverarbeitungsmitteln 113 bzw. 114 als vorgebbares Frequenzspektrum bzw. vorgebbarer Amplitudenwert und/oder Effektivwert an die ersten bzw. zweiten Speichermittel 120, 121 erfolgt über in 6 symbolisch dargestellte Signalverbindungen 136 bzw. 137.From a first measurement of the phase currents, a frequency spectrum, an amplitude value and / or an effective value are determined. An operating state described therewith, ie the operating state present in this first measurement, is then defined as a "desired operating state"; the frequency spectrum obtained or the amplitude value and / or effective value obtained are used as a predefinable frequency spectrum or predefinable amplitude value and / or effective value in the first or second memory means 120 . 121 stored in the other and as a predetermined frequency spectrum or predetermined amplitude value and / or RMS the first or second comparison means 117 respectively. 119 over the signal connections 122 respectively. 123 made available. The transmission of the acquired frequency spectrum or of the obtained amplitude value and / or effective value from the first or second signal processing means 113 respectively. 114 as specifiable frequency spectrum or predefinable amplitude value and / or effective value to the first or second storage means 120 . 121 done via in 6 symbolically represented signal connections 136 respectively. 137 ,

Der damit festgelegte „Soll-Betriebszustand“ wird zugleich als „gesunder“ Zustand des Antriebs 101 definiert, ohne dass dazu zunächst der tatsächliche Betriebszustand, d.h. die tatsächliche Beschaffenheit, des Antriebs 101 bekannt ist. Stellt sich jedoch im weiteren Betrieb heraus, dass der so festgelegte „Soll-Betriebszustand“ tatsächlich aber ein „Schadenszustand“ ist, dass also bei der Festlegung des „Soll-Betriebszustands“ bereits ein Schaden und/oder Fehler im Antrieb 101 vorlag, muss nach Behebung dieses Fehlers und/oder Schadens eine erneute Festlegung des „Soll-Betriebszustands“ erfolgen.The so-called "target operating state" is at the same time as a "healthy" state of the drive 101 defined without first the actual operating state, ie the actual nature of the drive 101 is known. However, if it turns out in further operation that the so-defined "target operating state" is actually a "damage state", that is, when determining the "target operating state" already a damage and / or error in the drive 101 If this error and / or damage has been rectified, the "target operating status" must be defined again.

Im Betrieb des Antriebs 101 werden dann weitere Messungen der Phasenströme vorgenommen, aus denen ein Frequenzspektrum bzw. ein Amplitudenwert und/oder Effektivwert gewonnen werden, die nun einen Betriebszustand umschreiben, der jetzt als ein „Ist-Betriebszustand“ definiert wird. Bevorzugt werden diese Messungen zur Bestimmung des „Soll-Betriebszustands“ und des „Ist-Betriebszustands“ unter möglichst identischen Betriebsbedingungen für den Antrieb 101 vorgenommen. Das vorgebbare Frequenzspektrum bzw. der vorgebbare Amplitudenwert und/oder Effektivwert des „Soll-Betriebszustands“ und das gewonnene Frequenzspektrum bzw. der gewonnene Amplitudenwert und/oder Effektivwert des „Ist-Betriebszustands“ werden dann in beschriebener Weise zur Ermittlung von Veränderungen des Antriebs 101 verglichen.In operation of the drive 101 Then further measurements of the phase currents are made, from which a frequency spectrum or an amplitude value and / or RMS value are obtained, which now rewrite an operating state, which is now defined as an "actual operating state". These measurements are preferred for determining the "desired operating state" and the "actual operating state" under as identical as possible operating conditions for the drive 101 performed. The predefinable frequency spectrum or the predefinable amplitude value and / or effective value of the "desired operating state" and the obtained frequency spectrum or the amplitude value obtained and / or effective value of the "actual operating state" are then used in the manner described for determining changes in the drive 101 compared.

Als Beispiel eines Bauteils eines mechanischen Systems 103 eines Antriebs 101 zeigt 2 ein Zahnrad 107, hier ein Ritzel, mit einer Verzahnung, die sich in einem „gesunden“ Betriebszustand befindet, in dem alle Zähne unbeschädigt sind. In diesem „gesunden“ Betriebszustand wird für einen dem Antrieb 101 zugeführten elektrischen Strom ein dem Einfluss durch das Ritzel 107 zuzuordnendes Frequenzspektrum gemessen, das beispielhaft in 3 wiedergegeben ist. Dort ist eine Amplitude A der Frequenzanteile des gemessenen Stroms über der Frequenz f aufgetragen. Neben einem Frequenzanteil hoher und verkürzt wiedergegebener Amplitude A bei einer Grundfrequenz fg treten im „gesunden“ Betriebszustand des Ritzels 107 nur Anteile in Frequenz-Seitenbändern 138 mit sehr geringen Amplituden A auf.As an example of a component of a mechanical system 103 a drive 101 shows 2 a gear 107 , here a pinion, with a gearing, which is in a "healthy" operating condition, in which all teeth are undamaged. In this "healthy" operating condition becomes for a the drive 101 supplied electric current to the influence of the pinion 107 To be assigned frequency spectrum measured, the example in 3 is reproduced. There is an amplitude A the frequency components of the measured current over the frequency f applied. In addition to a frequency component of high and shortened reproduced amplitude A at a fundamental frequency fg occur in the "healthy" operating condition of the pinion 107 only shares in frequency sidebands 138 with very low amplitudes A on.

In 4 ist das Ritzel 107 gemäß 2 in einem beschädigten Betriebszustand, auch als Schadenszustand bezeichnet, skizziert. Der Schaden besteht hier beispielsweise in einem Zahnschaden, d.h. Zahnbruch 139. Dabei ist ein Zahnkopf abgebrochen und sind Flanken benachbarter Zähne des Ritzels 107 ebenfalls angegriffen. Ein Beispiel eines Frequenzspektrums, wie es an dem Antrieb 101 mit dem beschädigten Ritzel 107 gemäß 4 für den dem Antrieb 107 zugeführten elektrischen Strom gemessen wird, ist in 5 in gleicher Darstellungsweise wiedergegeben. Gegenüber dem Frequenzspektrum nach 3 sind die Amplituden der Anteile des gemessenen Stroms in den Frequenz-Seitenbändern 138 in diesem Schadenszustand deutlich erhöht. Die Differenz der Frequenzspektren kennzeichnet deutlich die eingetretene Veränderung des Betriebszustands des Antriebs 101 und löst ein Fehlersignal aus. In 4 is the pinion 107 according to 2 in a damaged operating condition, also referred to as damage condition, outlined. The damage here, for example, in a tooth damage, ie tooth breakage 139 , In this case, a tooth head is broken off and flanks of adjacent teeth of the pinion 107 also attacked. An example of a frequency spectrum, as is the case with the drive 101 with the damaged pinion 107 according to 4 for the drive 107 supplied electric current is measured in 5 reproduced in the same representation. Compared to the frequency spectrum 3 are the amplitudes of the proportions of the measured current in the frequency sidebands 138 significantly increased in this state of damage. The difference in the frequency spectra clearly indicates the change in the operating state of the drive 101 and triggers an error signal.

Ergänzend zu der vorstehend erläuterten, aus der DE 10 2015 210 911 A1 bekannten Erfassung von Schäden an rotierend bewegten Bauteilen des Antriebes ist es mit dem in den 7 bis 12 dargestellten Verfahren auch möglich, Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen zu erfassen.In addition to the above explained, from the DE 10 2015 210 911 A1 known detection of damage to rotating components of the drive, it is with the in the 7 to 12 also possible to detect damage to translationally moving components.

Zum Beispiel können an Pressentransferen mechanische Schäden an den Linearachsen auftreten, die zu einem Ausfall der gesamten Anlage führen können. Diese Schäden sollen möglichst frühzeitig und kostengünstig während des laufenden Betriebs erkannt werden. Dazu werden zur Schadensdetektion dieser translatorisch bewegten Bauteile ebenfalls interne Signale des elektrischen Antriebsmotors verwendet, so dass keine zusätzlichen Sensoren vorgesehen werden müssen.For example, mechanical damage to the linear axes can occur in press transfers, which can lead to failure of the entire system. This damage should be detected as early as possible and at low cost during operation. For this purpose, internal signals of the electric drive motor are also used for damage detection of these translationally moving components, so that no additional sensors must be provided.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen von mechanischen Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen des Antriebes, bzw. die entsprechende Vorrichtung 100 zur Zustandsüberwachung besteht ebenfalls aus einer Signalverarbeitungseinrichtung 110 mit einer Visualisierungseinheit 128 und Anbindung an die Steuerung des Elektromotors 102. Die Signalverarbeitungseinrichtung 110, vorzugsweise ein Digitalrechner, verfügt über eine Speichereinheit, in der Konstruktionsdaten der zu überwachenden Mechanik, zum Beispiel Längen und Radien, sowie Messdaten des Motorstroms und der Regeldifferenz der Drehzahl im unbeschädigten Zustand der Mechanik gespeichert sind, wie im Programmablaufplan gemäß 12 dargestellt.The inventive method for detecting mechanical damage to translationally moving components of the drive, or the corresponding device 100 for condition monitoring also consists of a signal processing device 110 with a visualization unit 128 and connection to the control of the electric motor 102 , The signal processing device 110 , preferably a digital computer, has a memory unit in the design data of the monitored mechanics, for example, lengths and radii, and measured data of the motor current and the control difference of the speed are stored in the undamaged state of the mechanics, as in the program flowchart according to 12 shown.

Über ein auf dem Digitalrechner 110 ausführbares Programm werden dabei gleichzeitig der Motorstrom einer oder mehrerer Phasen des Elektromotors, die Regeldifferenz der Drehzahl, eine Weggröße (Gebersignal oder Drehzahl) sowie bei Bedarf weitere Signale ausgelesen. Der Strom und die Regeldifferenz der Drehzahl werden aus dem Zeit- in den Wegbereich transformiert, so dass aus zeitlich abgetasteten Signalen äquidistant über den Verfahrweg der Linearachse abgetastete Signale gewonnen werden, wie in den 7 bis 10 dargestellt. Dadurch werden in vorteilhafter Weise störende Anfahr- und Bremsvorgänge im Stromsignal eliminiert. Das auf den Weg bezogene Stromsignal wird mittels einer Zeit-Frequenz-Analyse ausgewertet.About one on the digital computer 110 executable program while the motor current of one or more phases of the electric motor, the control difference of the speed, a distance (encoder signal or speed) and, if necessary, further signals read out. The current and the control difference of the speed are transformed from the time into the path range, so that signals sampled equidistantly over the traverse path of the linear axis are obtained from signals sampled in time, as in FIGS 7 to 10 shown. As a result, disturbing start-up and braking operations in the current signal are eliminated in an advantageous manner. The on the way related current signal is evaluated by a time-frequency analysis.

Mit diesem Verfahren, das einer Kurzzeit-Fourier-Transformation gleichkommt, kann die Frequenz des Phasenstroms über den Weg betrachtet werden. Hierzu könnten beispielhaft die Wigner-Ville-Distribution, die Choi-Williams-Distribution oder die Butterworth-Distribution oder vergleichbare Verfahren herangezogen werden. Der Weg ist hierbei zum Beispiel der Verfahrweg einer Linearachse. Schäden wie Zahnausbrüche können durch ihre breitbandige Stoßanregung (alle Frequenzen sind bei einem bestimmten Ort vorhanden) erkannt werden. Die Zuordnung der Schäden zu einem Bauteil erfolgt über die zuvor gespeicherten Geometriedaten. Treten Stoßanregungen im Abstand von zum Beispiel dem Wälzkreisdurchmesser eines in die Zahnstange eingreifenden Ritzels auf, so kann anhand des bekannten Wälzkreisdurchmessers dieses Schadensbild einem Zahnausbruch am Ritzel zugeordnet werden. Weiterhin ist die Regeldifferenz der Drehzahl ebenfalls vom Zeit- in den Wegbereich zu transformieren. Im Falle eines Schadens weicht die Ist-Drehzahl des Motors von der Soll-Drehzahl für einen kurzen Zeitraum ab. Diese Regeldifferenz ist ein weiterer Indikator für einen mechanischen Schaden. Durch die Kombination der beiden Auswertungen kann die Diagnosesicherheit erhöht werden. Dabei können jeweils mehrere Messungen gemittelt werden, um Beeinflussungen durch Rauschen und andere Signalstörungen auszublenden. Zu dem gleichen Zweck können die Ergebnisse auch mit einem vorher ermittelten und abgespeicherten „in Ordnung-Wert“ (i.O. Wert) verglichen werden, damit bereits im Zustand ohne Schaden (i.O. Wert) vorhandene Effekte nicht zu Fehlinterpretationen führen. Das Ziel dieser Analyseverfahren ist es, durch vorher festgelegte Grenzwerte einen Kennwert zu ermitteln, der den Zustand des Bauteiles auf einfache Weise visualisiert. Außerdem können nach Bedarf weitere, für die Zustandsüberwachung nützliche Größen aus der Steuerungseinheit des Elektromotors ausgelesen werden, wie zum Beispiel die Temperatur. Zur Detektion von Schäden an Antrieben im dynamischen Bereich ist der in 7 dargestellte Testlauf geeignet. Dabei wird der Elektromotor konstant bis zur Mitte der im Ausführungsbeispiel 840 mm langen Zahnstange beschleunigt. Ab der Mitte wird er mit der betragsmäßig gleichgroßen negativen Beschleunigung bis zum Ende der Zahnstange zum Stillstand gebracht. Die anschließende Anwendung der Zeit-Frequenz-Analyse des Motorstroms gibt Hinweise auf die vorher künstlich eingebrachten Zahnausbrüche an der Zahnstange. Bei einer Überrollung des Schadens kommt es zu einer Stoßanregung des mechanischen Systems. Die Stoßanregung enthält alle Frequenzen. Entsprechend sind auch an den Schadenstellen breitbandige Stoßanregungen zu erwarten, die den Zahnausbrüchen zugeordnet werden können. In der anschließenden, in 8 dargestellten Auswertung können Unregelmäßigkeiten im Bewegungsablauf des Transferbalkens erkannt werden. Die dominierende Frequenz auf dem Graph der 8 ist die Erregerfrequenz des Motors. Diese erhöht sich analog zur Drehzahl konstant bis zur Mitte der Zahnstange. Im anschließenden Abbremsvorgang sind die Amplituden des Motorstroms wesentlich kleiner, weshalb sie in der Darstellung nicht gezeigt sind. Nach etwa 1400 ms beginnt der Zyklus erneut, die Zahnstange fährt wieder zurück. Bei etwa 580 ms ist eine breitbandige Anregung im Motorstrom zu erkennen. An diesem Zeitpunkt wird eine Trennstelle der im Beispiel aus zwei Teilstücken bestehenden Zahnstange überfahren. Aufgrund des Versatzes zwischen den Teilstücken kommt es zu einer Stoßanregung des in die Zahnstange eingreifenden Ritzels, die sich auf den Motorstrom auswirkt und in der Zeitfrequenz-Analyse (8) sowie im Zeitsignal des Stroms (7) erkennbar ist. Der entsprechende Phasenstrom und die Drehzahl über den Wegbereich eines von der Zahnstange angetriebenen Schlittens ist in der 9 ergänzend dargestellt.With this method, which is equivalent to a short-time Fourier transform, the frequency of the phase current over the path can be considered. For example, the Wigner-Ville distribution, the Choi-Williams distribution or the Butterworth distribution or similar methods could be used. The way is, for example, the travel of a linear axis. Damage such as tooth bursts can be detected by their broadband impulse excitation (all frequencies are present at a particular location). The damage is assigned to a component via the previously saved geometry data. If impact excitations occur at a distance of, for example, the pitch circle diameter of a pinion engaging in the rack, this tooth pattern can be assigned to a tooth eruption on the pinion on the basis of the known pitch circle diameter. Furthermore, the control difference of the speed is also to transform from the time into the path range. In case of damage, the actual speed of the engine deviates from the target speed for a short period of time. This control difference is another indicator of mechanical damage. By combining the two evaluations, the diagnostic reliability can be increased. In each case several measurements can be averaged to hide interference from noise and other signal interference. For the same purpose, the results can also be compared with a previously determined and stored "in order value" (OK value) so that effects already present in the state without damage (actually value) do not lead to misinterpretations. The aim of these analysis methods is to determine a characteristic value by means of predetermined limit values, which visualizes the state of the component in a simple manner. In addition, as needed, further useful for the condition monitoring variables can be read from the control unit of the electric motor, such as the temperature. For the detection of damage to drives in the dynamic range, the in 7 illustrated test run suitable. In this case, the electric motor is constantly accelerated to the middle of the 840 mm long rack in the embodiment. From the middle, it is brought to a standstill with the amount of equal negative acceleration to the end of the rack. The subsequent application of the time-frequency analysis of the motor current gives indications of the previously artificially introduced Teeth on the rack. When the damage is overrun, the mechanical system is triggered by shock. The impulse excitation contains all frequencies. Accordingly, broadband shock stimuli are to be expected at the damage sites, which can be assigned to the outbreaks of teeth. In the subsequent, in 8th shown evaluation irregularities in the movement of the transfer bar can be detected. The dominant frequency on the graph of 8th is the excitation frequency of the motor. This increases analogously to the speed constant to the middle of the rack. In the subsequent braking process, the amplitudes of the motor current are much smaller, which is why they are not shown in the illustration. After approx. 1400 ms the cycle starts again, the rack moves back again. At about 580 ms, a broadband excitation in the motor current can be seen. At this time, a separation point of the example consisting of two sections rack is run over. Due to the misalignment between the sections, there is a shock excitation of the pinion engaging in the rack, which affects the motor current and in the time frequency analysis ( 8th ) as well as in the time signal of the stream ( 7 ) is recognizable. The corresponding phase current and the speed over the path range of a driven by the rack carriage is in the 9 additionally shown.

10 zeigt ein vom Zeit- in den Bildbereich transformiertes Signal, das durch eine Choi-Williams-Distribution ausgewertet wurde. Durch eine wegkonstante Abtastung hat die zeitlich veränderliche Frequenz des Motorstroms einen konstanten Wert. Auf der X-Achse ist der über der Zahnstange überfahrene Weg abgebildet. 10 shows a signal transformed from the time into the image area, which was evaluated by a Choi-Williams distribution. Due to a path constant sampling, the time-varying frequency of the motor current has a constant value. The X-axis shows the path over the rack.

In der 11 sind noch einmal die Zeit-Frequenz-Analyse des Phasenstroms und die Auswertung der Regeldifferenz der Drehzahl übereinander dargestellt, wobei bei 195 mm, 462 mm und 728 mm Zahnausbrüche ZA am nicht näher dargestellten Ritzel (Wälzkreisdurchmesser 266mm) des ebenfalls nicht näher gezeigten Zahnstangen-Antriebes angeordnet sind.In the 11 are once again the time-frequency analysis of the phase current and the evaluation of the control difference of the speed shown above each other, with at 195 mm, 462 mm and 728 mm tooth fractures ZA on pinion not shown in detail (pitch circle diameter 266mm) of the rack drive also not shown are arranged.

Dabei ist die Differenz zwischen Soll- und Ist-Drehzahl an den bekannten Schadenstellen erhöht. Der Ausschlag bei 588 mm (11) ist der Trennstelle der beiden Zahnstangenteile zuzuordnen. Der negative Ausschlag bei 420 mm ist durch den Wechsel vom Beschleunigungsin den Bremsbetrieb zu erklären. Die Überrollung des Zahnausbruchs am Ritzel bei 195 mm ist gut zu erkennen. Die Regeldifferenz bei 462 mm (Überrollen Zahnausbruch am Ritzel) weist dabei keinen größeren Wert auf, als die Regeldifferenzen in der unmittelbaren Umgebung, in der kein mechanischer Schaden vorliegt.Here, the difference between the target and actual speed is increased at the known points of damage. The rash at 588 mm ( 11 ) is assigned to the separation point of the two rack parts. The negative deflection at 420 mm can be explained by the change from acceleration to braking mode. The rollover of the tooth eruption on the pinion at 195 mm can be clearly seen. The control difference at 462 mm (rollover of the teeth on the pinion) shows no greater value than the control differences in the immediate area, in which there is no mechanical damage.

In vorteilhafter Weise erfolgt eine Korrelation der beiden Untersuchungsmethoden (Zeit-Frequenz-Analyse und Drehzahlregeldifferenz im Antrieb), wobei an den Stellen, an denen über mehrere Messreihen hinweg Unregelmäßigkeiten in beiden Signalen auftauchen, verstärkt mit einem Schaden zu rechnen ist.Advantageously, a correlation of the two methods of investigation (time-frequency analysis and speed control difference in the drive) takes place, with increased damage being expected at the points where irregularities occur in both signals over several measurement series.

Der besondere Vorteil des in den 7 bis 11 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dabei in dem Einsatz der Zeit-Frequenz-Analyse zur Detektion von schadensbedingten Stoßanregungen im Phasenstrom sowie der Abgleich mit den Konstruktionsdaten (z.B. Längen, Durchmesser) an Stelle von Bewegungsdaten. Dabei ist das Abbilden von mechanischen Stößen auf die Position einer Linearachse (zum Beispiel an einer Zahnstange) wesentlich und besonders vorteilhaft für eine sichere Schadenserkennung. Die Zuordnung dieser Stöße zu einem Bauteil erfolgt dabei in vorteilhafter Weise über dessen vorher erfasste Geometriedaten. Durch die Transformation der Signale vom Zeit- in den Wegbereich ist die Auswertung des Phasenstroms unabhängig von zeitlich veränderlichen Bedingungen wie Anfahr- oder Bremsvorgängen. Die Diagnosesicherheit kann durch die Auswertung weiterer antriebsinterner Daten, wie zum Beispiel der Regeldifferenz der Drehzahl, noch weiter erhöht werden.The special advantage of the in the 7 to 11 The method according to the present invention consists in the use of the time-frequency analysis for the detection of damage-caused shock excitation in the phase current and the comparison with the design data (eg lengths, diameters) instead of movement data. The imaging of mechanical shocks on the position of a linear axis (for example on a rack) is essential and particularly advantageous for reliable damage detection. The assignment of these shocks to a component takes place in an advantageous manner via its previously recorded geometry data. Due to the transformation of the signals from the time to the path range, the evaluation of the phase current is independent of time-varying conditions such as start-up or braking. The diagnostic reliability can be further increased by evaluating further drive-internal data, such as the control difference of the speed.

Alternativ könnten die Phasenströme durch zusätzliche Sensoren ermittelt werden und sämtliche zu überwachenden Achsen in einem Testlauf mit konstanter Geschwindigkeit verfahren werden. Statt einer Überwachung anhand des Motorstromes könnte die mechanische Schwingung durch Beschleunigungssensoren erfasst und ausgewertet werden. Dies hätte jedoch erneut den Nachteil, dass zusätzliche Sensoren und eine entsprechende Auswerte-Peripherie vorzusehen sind.Alternatively, the phase currents could be determined by additional sensors and all axes to be monitored are traversed in a test run at constant speed. Instead of monitoring based on the motor current, the mechanical vibration could be detected and evaluated by acceleration sensors. However, this would again have the disadvantage that additional sensors and a corresponding evaluation peripherals are provided.

Mit dem in den 7 bis 12 gezeigten und beschriebenen Verfahren ist somit eine sensorlose Zustandsüberwachung von Linearachsen während des dynamischen Betriebs anhand von Antriebssignalen möglich. Die zeitliche Entkoppelung des Phasenstromsignals und die Abbildung auf den Verfahrweg der Linearachse lässt eine positionsgetreue Schadensermittlung ohne störende zeitliche Effekte zu. Durch die Verwendung des Phasenstromsignals, das in jedem geregelten Elektromotor intern vorliegt bzw. leicht ermittelt werden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Vielzahl von Anlagen übertragbar. Dabei ist der Einsatz in Pressen-Transferstrassen besonders vorteilhaft, möglich sind aber auch andere Antriebssysteme, die durch einen Elektromotor angetrieben werden, zum Beispiel andere Werkzeugmaschinen oder auch Elektrofahrzeuge.With the in the 7 to 12 shown and described method is thus a sensorless condition monitoring of linear axes during dynamic operation based on drive signals possible. The temporal decoupling of the phase current signal and the mapping to the travel of the linear axis allows a positionally accurate damage determination without disturbing temporal effects. By using the phase current signal, which is present in each regulated electric motor internally or can be easily determined, the inventive method can be applied to a variety of systems. The use in press transfer lines is particularly advantageous, but are also possible other drive systems that are driven by an electric motor, for example, other machine tools or electric vehicles.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Vorrichtungcontraption
101101
Antriebdrive
102102
DrehstrommaschinePhase machine
103103
Mechanisches SystemMechanical system
104104
Lagercamp
105105
Kupplungclutch
106106
Getriebetransmission
107107
Zahnrad; RitzelGear; pinion
108108
Zahnstangerack
109109
Messmittelmeasuring Equipment
110110
SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
111111
Pfeilearrows
112112
Messstufe von 110Measuring level of 110
113113
Erste Signalverarbeitungsmittel für Zeit-Frequenz-AnalyseFirst signal processing means for time-frequency analysis
114114
Zweite Signalverarbeitungsmittel für Amplituden- und/oder EffektivwertbestimmungSecond signal processing means for amplitude and / or RMS determination
115115
Signalverbindungen von 112 an 113, 114Signal connections from 112 to 113, 114
116116
Signalverbindungsignal connection
117117
Erste VergleichsmittelFirst comparison means
118118
Signalverbindungsignal connection
119119
Zweite VergleichsmittelSecond comparison means
120120
Erste Speichermittel für das vorgebbare FrequenzspektrumFirst storage medium for the predefinable frequency spectrum
121121
Zweite Speichermittel für die vorgebbaren Amplitudenwerte bzw. EffektivwerteSecond storage means for the predefinable amplitude values or RMS values
122122
Signalverbindungsignal connection
123123
Signalverbindungsignal connection
124124
Signalerzeugungsmittel, hier: SignalerzeugungsstufeSignal generation means, here: Signal generation stage
125125
Signalverbindung von 117 an 124Signal connection from 117 to 124
126126
Signalverbindung von 119 an 124Signal connection from 119 to 124
127127
Meldemittelnotification means
128128
Visualisierungsmittel, hier: Visualisierungseinheit bzw. AnzeigeVisualization means, here: visualization unit or display
129129
Signalverbindung von 124 an 128Signal connection from 124 to 128
130130
Mittel zum Abgeben eines akustischen WarnsignalsMeans for delivering an audible warning signal
131131
Signalverbindung von 124 an 130Signal connection from 124 to 130
132132
Steuermittelcontrol means
133133
Signalverbindungsignal connection
134134
Aufzeichnungsmittelrecording means
135135
Signalverbindungen von 113, 114, 124 an 134Signal connections from 113, 114, 124 to 134
136136
Signalverbindung von 113 an 120Signal connection from 113 to 120
137137
Signalverbindung von 114 an 121Signal connection from 114 to 121
138138
Frequenz-SeitenbänderFrequency sidebands
139139
Zahnbruch tooth fracture
AA
Amplituden der Frequenzanteile des elektrischen StromsAmplitudes of the frequency components of the electric current
ZAZA
Zahnausbrüche am Ritzel Teeth on the pinion
ff
Frequenzfrequency
fgfg
Grundfrequenz fundamental frequency
UU
Phasenanschluss von 102Phase connection of 102
VV
Phasenanschluss von 102Phase connection of 102
WW
Phasenanschluss von 102Phase connection of 102

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2013/017515 A1 [0003]WO 2013/017515 A1 [0003]
  • DE 102013213046 A1 [0004]DE 102013213046 A1 [0004]
  • DE 102015210911 A1 [0005, 0056]DE 102015210911 A1 [0005, 0056]

Claims (7)

Verfahren zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in wenigstens einem Betriebszustand eines elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), insbesondere zum Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden, bevorzugt mechanischer Schäden, an einem derartigen Antrieb (101), umfassend die Schritte: - Messen wenigstens eines dem elektrisch betriebenen Antrieb (101) zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms, - Durchführen einer Zeit-Frequenz-Analyse und/oder einer Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms, - Vergleichen eines aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Frequenzspektrum und/oder - Vergleichen eines aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert, - wobei das wenigstens eine Teil-Frequenzspektrum und/oder der Amplituden- und /oder Effektivwert von einer bestimmten Art und/oder einem bestimmten Ort einer bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände, insbesondere einem bestimmten Schaden, des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) herrührt, wobei dieser Schaden an einem translatorisch bewegten Bauteil des Antriebs (101) verursacht ist, - Auslösen eines Fehlersignals, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe festgestellt wird.A method for detecting deviations and / or changes in at least one operating state of an electrically, in particular electromotive, driven drive (101), in particular for detecting a presence and / or occurrence and / or development of damage, preferably mechanical damage, to such Drive (101) comprising the steps of: Measuring at least one electrical current supplied to the electrically operated drive (101) for supplying electrical energy, Performing a time-frequency analysis and / or an amplitude and / or RMS determination of the at least one measured electrical current, Comparing a frequency spectrum obtained from the time-frequency analysis of the at least one measured electrical current with a predefinable frequency spectrum and / or Comparing an amplitude value obtained from the determination of the amplitude and / or effective value and / or the effective value of the at least one measured electrical current with a predefinable amplitude value or effective value, the at least one sub-frequency spectrum and / or the amplitude and / or rms value of a specific type and / or location of a specific frequency-dependent deviation and / or change in at least one of the operating states, in particular a specific damage, of the electrical, in particular an electric motor driven drive (101), whereby this damage is caused to a translationally moving component of the drive (101), - Triggering of an error signal when a deviation of predeterminable size is determined when comparing won with predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or effective value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebbare Frequenzspektrum und/oder der vorgebbare Amplitudenwert und/oder der vorgebbare Effektivwert wahlweise - unabhängig vom gemessenen elektrischen Strom als feste Werte vorgegeben sind; - in wenigstens einer voraufgehenden Messung gewonnen werden; - aus einer Kombination fest vorgegebener Werte mit in wenigstens einer voraufgehenden Messung gewonnenen Werten bestimmt werden; insbesondere aus in wenigstens einer voraufgehenden Messung gewonnenen Werten bestimmt werden, solange diese Werte durch fest vorgegebene Werte bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten, und ansonsten durch diese Grenzwerte bestimmt werden.Method according to Claim 1 , characterized in that the predeterminable frequency spectrum and / or the predefinable amplitude value and / or the presettable effective value are optionally preset as fixed values independently of the measured electrical current; - be obtained in at least one previous measurement; - be determined from a combination of fixed values with values obtained in at least one previous measurement; in particular from values obtained in at least one previous measurement, as long as these values do not exceed certain limit values by means of predefined values and are otherwise determined by these limit values. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass das aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnene Frequenzspektrum des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms im Vergleich mit dem vorgebbaren Frequenzspektrum auf ein Vorhandensein wenigstens eines Teil-Frequenzspektrums des gewonnenen Frequenzspektrums geprüft wird, - wobei das wenigstens eine Teil-Frequenzspektrum von einer bestimmten Art und/oder einem bestimmten Ort einer bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände, insbesondere einem bestimmten Schaden, des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) herrührt, - dass aus dem Vorhandensein des wenigstens einen Teil-Frequenzspektrums ein Vorliegen und/oder ein Auftreten und/oder eine Entwicklung der bestimmten Art und/oder des bestimmten Ortes der bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände, insbesondere des bestimmten Schadens, des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) erkannt wird und - dass ein die bestimmte Art und/oder den bestimmten Ort der bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände, insbesondere den bestimmten Schaden (139), des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) kennzeichnendes Fehlersignal ausgelöst wird.Method according to Claim 1 or 2 Characterized in - that the frequency spectrum obtained from the time-frequency analysis of a measured electric current in comparison with the predetermined frequency spectrum is examined for the presence of at least one part-spectrum of the frequency spectrum obtained of the at least, - wherein the at least one portion of frequency spectrum of a specific type and / or a specific location of a specific frequency-dependent deviation and / or change in at least one of the operating states, in particular a specific damage, of the electric, in particular electromotive, powered drive (101), - that from the presence of the at least one Part Frequency Spectrum a presence and / or occurrence and / or development of the particular type and / or the specific location of the particular frequency-dependent deviation and / or change in the at least one of the operating conditions, in particular the specific damage, the electric h, in particular electromotive, powered drive (101) is detected and - that a certain type and / or the specific location of the determined frequency-dependent deviation and / or change in the at least one of the operating conditions, in particular the specific damage (139), the electric , in particular electric motor, powered drive (101) is triggered characteristic error signal. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, - dass der aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnene Amplitudenwert und/oder Effektivwert des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms im Vergleich mit dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert auf eine Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes gegenüber dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert geprüft wird, - wobei die Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes gegenüber dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert von einer bestimmten, vom Amplitudenwert und/oder Effektivwert abhängigen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) herrührt, insbesondere von einer durch Verschleiß des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) hervorgerufenen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), - dass aus der Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes vom vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert ein Vorliegen und/oder ein Auftreten und/oder eine Entwicklung der bestimmten, vom Amplitudenwert und/oder Effektivwert abhängigen Abweichung und/oder Veränderung des wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), insbesondere ein Vorliegen und/oder ein Auftreten und/oder eine Entwicklung der durch Verschleiß des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) hervorgerufenen Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), erkannt wird und - dass ein die bestimmte, vom Amplitudenwert und/oder Effektivwert abhängige Abweichung und/oder Veränderung des wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), insbesondere die durch Verschleiß des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) hervorgerufene Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), kennzeichnendes Fehlersignal ausgelöst wird.Method according to Claim 1 . 2 or 3 , characterized in that - the amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical current obtained from the determination of amplitude and / or rms value compared to the predefinable amplitude value or effective value to a deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or RMS value is checked in relation to the predefinable amplitude value or RMS value, wherein the deviation and / or change, in particular increase, of the acquired amplitude value and / or RMS value relative to the predeterminable amplitude value or RMS value of a certain, of the amplitude value and / or RMS value Dependent deviation and / or change in at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotive, driven drive (101) stems, in particular caused by a wear of the electric, in particular electromotive, driven drive (101) Deviation and / or change in at least one of the operating states of the electric, in particular electromotive, driven drive (101), that from the deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value from the predefinable amplitude value or effective value, a presence and / or occurrence and / or development of the determined deviation dependent on the amplitude value and / or effective value and / or or alteration of the at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotively, operated drive (101), in particular a presence and / or occurrence and / or development of the deviation caused by wear of the electrically, in particular electromotive, driven drive (101) and / or or change in the at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotively, operated drive (101) is detected and - that a certain, depending on the amplitude value and / or effective value deviation and / or change of at least one of the operating states of the electric, in particular electromotive, driven drive (101), in particular the deviation caused by wear of the electrically, in particular electromotive, drive (101) and / or change in the at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotive, driven drive (101), characteristic error signal triggered becomes. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Unterscheiden der Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms gegenüber dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms einerseits von durch bestimmungsgemäßen Gebrauch des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) mit unterschiedlichen Sollwerten für Amplitudenwert und/oder Effektivwert hervorgerufenen Variationen des Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms andererseits weitere Steuerungsdaten des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101) herangezogen werden, insbesondere weitere die Sollwerte beschreibende Steuerungsdaten aus einer speicherprogrammierbaren Steuerung des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101).Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that for distinguishing the deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical current with respect to the predeterminable amplitude value or effective value of the at least one measured electrical Electric current, on the one hand, from further use of the electric, in particular electromotive, driven drive (101) with different setpoint values for amplitude value and / or effective value of the amplitude value and / or rms value of the at least one measured electrical current, other control data of the electric, in particular electromotive, operated Drive (101) are used, in particular further descriptive of the setpoint control data from a programmable logic controller of the electric, in particular elektrom otorisch powered drive (101). Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Fehlersignal eine Meldung eines erkannten Fehlers, insbesondere eine Visualisierung des erkannten Fehlers, und/oder ein Eingriff in einen Betrieb des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), insbesondere ein wenigstens teilweises Außerbetriebsetzen des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), ausgelöst und/oder gesteuert wird.Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that by the error signal, a message of a detected error, in particular a visualization of the detected error, and / or an intervention in an operation of the electrically, in particular electromotive, powered drive (101), in particular an at least partial shutdown of the electrically, in particular electromotive, operated drive (101), triggered and / or controlled. Vorrichtung (100) zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen, insbesondere zum Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von mechanischen Schäden (139) an translatorisch bewegten Bauteilen, in Betriebszuständen elektromotorisch betriebener Antriebe (101), wenigstens umfassend: - Messmittel (112) zum Messen wenigstens eines wenigstens einem der elektrisch betriebenen Antriebe (101) zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms, insbesondere Messmittel (112) zum wenigstens nahezu zeitkontinuierlichen Messen wenigstens eines Augenblickswertes des wenigstens einen elektrischen Stroms, - erste Signalverarbeitungsmittel (113) zum Durchführen einer Zeit-Frequenz-Analyse des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms und/oder - zweite Signalverarbeitungsmittel (114) zum Durchführen einer Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms, - erste Vergleichsmittel (117) zum Vergleichen eines in den ersten Signalverarbeitungsmitteln (113) aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Frequenzspektrum und/oder - zweite Vergleichsmittel (119) zum Vergleichen eines in den zweiten Signalverarbeitungsmitteln (114) aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert, sowie - Signalerzeugungsmittel (124) zum Auslösen eines Fehlersignals, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe festgestellt wird.Device (100) for detecting deviations and / or changes, in particular for detecting a presence and / or an occurrence and / or a development of mechanical damage (139) on translationally moving components, in operating states of electric motor driven drives (101), at least comprising : - Measuring means (112) for measuring at least one at least one of the electrically driven drives (101) for supplying electrical energy supplied electric current, in particular measuring means (112) for at least almost continuous measurement of at least one instantaneous value of the at least one electrical current, - First signal processing means (113) for performing a time-frequency analysis of the at least one measured electric current and / or second signal processing means (114) for performing an amplitude and / or rms value determination of the at least one measured electrical current, - First comparison means (117) for comparing a in the first signal processing means (113) from the time-frequency analysis obtained frequency spectrum of the at least one measured electrical current with a predetermined frequency spectrum and / or second comparison means (119) for comparing an amplitude value obtained in the second signal processing means (114) from the amplitude and / or effective value determination and / or effective value of the at least one measured electrical current with a predefinable amplitude value or effective value, and - Signal generating means (124) for triggering an error signal when a deviation of predeterminable size is determined when comparing obtained with predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or RMS value.
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