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Die Erfindung betrifft einen Motorantrieb und ein Verfahren zum Überwachen von Betriebsmessdaten eines Elektromotors mit mindestens einem Arbeitspunkt.
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Komplexe Systeme, wie Elektromotoren umfassen viele Teile, so dass diese Systeme viele Quellen und Niveaus von Fehlern aufweisen. Eine frühe Detektion und Reparatur dieser Fehler kann zu einer längeren Standzeit und Lebensdauer des Systems führen und verringert Kosten, die durch Abschaltungen verursacht werden. Zum Detektieren fehlerhafter Komponenten weist das System Sensoren auf, die diese Systeme überwachen. Die Sensoren erfassen Sensordaten, die den Zustand des Systems anzeigen.
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Aus
US 7,991,586 B2 ist bekannt, Werte einer Pumpe oder eines Antriebsmotors zu messen. Diese Messwerte werden überwacht und bewertet. Darüber hinaus umfasst die Pumpe oder der Antriebsmotor einen Speicher, der technologische Daten der Pumpe oder des Antriebsmotors speichert. Auf der Grundlage der Messwerte und der technologischen Daten berechnet ein Mikrocomputer Betriebsdaten. Eine Anzeigevorrichtung zeigt die Messwerte und/oder die berechneten Betriebsdaten. Darüber hinaus zeigt die Anzeigevorrichtung einen „guten“ Zustand, einen Warnzustand oder einen Alarmzustand für die Pumpenanordnung an und kann Informationen über die Arbeitspunkte der Pumpe oder des Antriebsmotors liefern. Allerdings basiert die Bestimmung der Zustände für die Pumpenanordnung auf den in dem Speicher gespeicherten technologischen Daten, welche für den tatsächlichen Arbeitspunkt der Pumpe oder des Antriebsmotors ungeeignet sein können.
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Somit kann die technische Aufgabe darin bestehen, einen verbesserten Motorantrieb und ein verbessertes Verfahren zum Überwachen von Betriebsmessdaten eines Elektromotors bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik genauer sind.
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Ansprüche 1 und 13 geben die Hauptmerkmale der Erfindung an. Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung unterliegen den Ansprüchen 2 bis 12 und 14 bis 16.
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In einem Aspekt der Erfindung, ist ein Motorantrieb zum Überwachen von Betriebsmessdaten eines Elektromotors mit mindestens einem Arbeitspunkt bereitgestellt, wobei der Elektromotor ausgelegt ist zum Antreiben einer Last, wobei der Motorantrieb Folgendes umfasst: eine Messeinheit zum Erfassen von Anfangsmessdaten für mindestens einen der Arbeitspunkte des Elektromotors, wobei die Anfangsmessdaten Sensordaten und/oder Schätzdaten umfassen; eine Verarbeitungseinheit zum Bestimmen einer Grundlinie aus den Anfangsmessdaten für den mindestens einen Arbeitspunkt; eine Ausgabeeinheit; wobei die Verarbeitungseinheit ausgelegt ist zum Erzeugen von mindestens einem Schwellenniveau für die mindestens eine bestimmte Grundlinie, während sich der Elektromotor in einem Ein-Zustand oder einem Aus-Zustand befindet; wobei das mindestens eine Schwellenniveau ein Abweichungsniveau von der bestimmten Grundlinie definiert, wobei die Ausgabeeinheit ausgelegt ist zum Bereitstellen des mindestens einen Schwellenniveaus, was zu Bedingungen zum Überwachen der Betriebsmessdaten des Elektromotors führt.
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Erfindungsgemäß erzeugt der Motorantrieb mindestens ein Schwellenniveau für eine Grundlinie aus Anfangsmessdaten. Der Motorantrieb erfasst die Anfangsmessdaten durch anfängliches Betreiben des Elektromotors an mindestens einem Arbeitspunkt. Der Anfangsbetrieb kann eine Referenzphase des Elektromotors sein, wobei die Referenzphase zum Erzeugen der Anfangsmessdaten verwendet wird. Alternativ kann der Anfangsbetrieb der Beginn einer Normalbetriebsphase des Elektromotors sein. Die Erzeugung des Schwellenniveaus basiert auf den Anfangsmessdaten, die während des Betriebs des Elektromotors an mindestens einem Arbeitspunkt erfasst werden. Die Anfangsmessdaten für den mindestens einen Arbeitspunkt werden zur Bestimmung der Grundlinie für einen besonderen Arbeitspunkt verwendet. Wenn der Elektromotor an verschiedenen Arbeitspunkten betrieben wird, erzeugt der Motorantrieb eine Grundlinie für jeden Arbeitspunkt. Mindestens ein Schwellenniveau wird für jede Grundlinie bestimmt. Mehr als ein Schwellenniveaus weisen verschiedene Abweichungen von der Grundlinie auf. Dies bedeutet, dass die Schwellenniveaus auch untereinander abweichen. Somit kann mit Bezug auf die Grundlinie eines der Schwellenniveaus das niedrigste Schwellenniveau sein und ein anderes kann das höchste Schwellenniveau sein. Jedes weitere Schwellenniveau weist ein niedrigeres Nachbar-Schwellenniveau und ein höheres Nachbar-Schwellenniveau auf. Die resultierenden Schwellenniveaus gelten für gewisse Arbeitspunkte. Die bestimmten Schwellenniveaus geben die Versagenswahrscheinlichkeit des Elektromotors mit einer hohen Genauigkeit wieder, da sie auf den besonderen Arbeitspunkten des Elektromotors basieren. Darüber hinaus liefert der Motorantrieb ferner Schwellen für weitere Arbeitspunkte des Elektromotors, so dass die entsprechenden Schwellenniveaus auf jeden Arbeitspunkt angewandt werden. Dies erhöht die Genauigkeit des Motorantriebs zum Überwachen von Betriebsmessdaten eines Elektromotors. Daher können diese Schwellenniveaus als Bedingungen zum Überwachen des Elektromotors verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Schwellenregime mit zunehmenden Schwellenniveaus bereitgestellt werden, da mindestens zwei verschiedene Schwellenniveaus für jede Grundlinie, d. h. für jeden Arbeitspunkt des Elektromotors, eingestellt werden. Jedes Schwellenniveau kann eine andere Versagenswahrscheinlichkeit anzeigen, so dass der Motorantrieb, der Elektromotor oder ein Benutzer in Abhängigkeit von dem Schwellenniveau, das von den Betriebsmessdaten während Betriebs des Elektromotors überschritten wird, reagieren kann. Die Schwellenniveaus können auch anzeigen, welche Komponenten des Elektromotors eine erhöhte Versagenswahrscheinlichkeit aufweisen.
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Die Messdaten können beispielsweise Daten über Vibrationen, Last, Fluss, Drehmoment, Strom, Statorwicklungen, Temperatur, Feuchtigkeit, Lebensdauer und/oder Betriebsstunden usw. sein. Weiterhin können die Messdaten mehr als eine Datenart umfassen, z. B. Vibrationsdaten und Flussdaten oder Lastdaten, Stromdaten und Vibrationsdaten. Somit liefert der Motorantrieb Grundlinien und Schwellenniveaus für Kombinationen einiger Datenarten für den mindestens einen Arbeitspunkt.
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In einem Beispiel kann die Messeinheit ausgelegt sein zum Empfangen von Betriebsmessdaten für einen derzeitigen Arbeitspunkt des Elektromotors, wobei die Verarbeitungseinheit ferner ausgelegt ist zum Bestimmen der entsprechenden Schwellenniveaus, die von den Betriebsmessdaten überschritten werden, die dem derzeitigen Arbeitspunkt entsprechen.
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Die Verarbeitungseinheit des Motorantriebs kann auch zum Überwachen der Betriebsmessdaten verwendet werden, welche nach der Bestimmung der Schwellenniveaus erfasst werden. Somit kann die Verarbeitungseinheit bestimmen, ob die Betriebsmessdaten das mindestens eine Schwellenniveau für einen spezifischen Arbeitspunkt übersteigen.
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Darüber hinaus kann die Verarbeitungseinheit ausgelegt sein zum anfänglichen Vergleichen der Betriebsmessdaten mit einem niedrigsten des mindestens einen Schwellenniveaus, wobei die Verarbeitungseinheit ferner ausgelegt ist zum Vergleichen der Betriebsmessdaten mit einem weiteren des mindestens einen Schwellenniveaus, falls die Betriebsmessdaten alle Schwellenniveaus übersteigen, die niedriger als das weitere des mindestens einen Schwellenniveaus sind.
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Somit bestimmt die Verarbeitungseinheit zuerst, ob die Betriebsmessdaten für den derzeitigen Arbeitspunkt des Elektromotors ein niedrigstes des mindestens einen Schwellenniveaus übersteigen. Falls die Betriebsmessdaten das niedrigste Schwellenniveau übersteigen, prüft die Verarbeitungseinheit, ob die Betriebsmessdaten das nächste Schwellenniveau übersteigen.
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Die Verarbeitungseinheit kann ferner ausgelegt sein zum Bereitstellen eines Überwachungssignals, das die Anzahl von Schwellenniveaus anzeigt, die von den Betriebsmessdaten überschritten werden, wobei die Betriebsmessdaten bevorzugt mehr als ein Messsignal und/oder mehr als ein Schätzsignal umfassen. Die Betriebsmessdaten können Kombinationen von einigen Messsignalen und/oder Schätzsignalen sein. Die Schätzsignale sind sensorlose Daten, die nur die überwachten Werte schätzen.
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Das Überwachungssignal kann zum Initiieren der Wartungsprozesse für den Elektromotor verwendet werden. In Abhängigkeit von der Anzahl von überstiegenen Schwellenniveaus kann das Überwachungssignal unterschiedliche Wartungsprozesse einleiten. Das Überwachungssignal kann für bedingungsbasierte Wartung oder prädiktive Wartung des Elektromotors verwendet werden.
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In einem weiteren Beispiel kann das Überwachungssignal ein Warnsignal sein, falls der Messwert eines von mindestens zwei Schwellenniveaus übersteigt, wobei das Überwachungssignal ein Alarmsignal ist, wenn die Betriebsmessdaten jedes Schwellenniveau übersteigen.
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Dies liefert eine schrittweise Zunahme des Warn- und/oder Alarmniveaus. Das Überwachungssignal wird zuerst eine Warnung anzeigen, wenn die Betriebsmessdaten das erste Schwellenniveau überschreiten. Die Warnung wird mit Überschreiten weiterer Schwellenniveaus intensiver. Wenn die Betriebsmessdaten auch das höchste Schwellenniveau überschreiten, wird das Überwachungssignal ein Alarmsignal sein, das einen ernsten Fehler des Elektromotors anzeigt.
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Weiterhin kann die Verarbeitungseinheit ausgelegt sein zum Liefern des Überwachungssignals, das dem Überschreiten eines besonderen Schwellenniveaus entspricht, nach einem vorbestimmten Zeitraum, der von der Anzahl der überschrittenen Schwellenniveaus abhängt, wobei der vorbestimmte Zeitraum umso kürzer ist, je höher die Anzahl der überschrittenen Schwellenniveaus ist.
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Die Verarbeitungseinheit wartet daher für einen vorbestimmten Zeitraum, bevor das Überwachungssignal für ein besonderes Schwellenniveau geliefert wird, nachdem die Betriebsmessdaten ein Schwellenniveau überschritten haben. Falls die später erfassten Betriebsmessdaten das besondere Schwellenniveau während des vorbestimmten Zeitraums nicht überschreiten, wird die Verarbeitungseinheit das Überwachungssignal für das besondere Schwellenniveau nicht bereitstellen. Weiterhin kann ein Zähler des vorbestimmten Zeitraums zurückgesetzt werden, nachdem das besondere Schwellenniveau nicht mehr überschritten wird. Das Zurücksetzen des Zählers kann verzögert werden, um zu prüfen, ob die Betriebsmessdaten für einen gewissen Zeitraum unter dem Schwellenniveau bleiben. Die hohen Schwellenniveaus weisen kürzere vorbestimmte Zeiträume auf. Dies bedeutet, dass der Wartezeitraum für die Verarbeitungseinheit zum Bereitstellen des Überwachungssignals für ein besonderes Schwellenniveau für die hohen Schwellenniveaus kürzer ist als der vorbestimmte Zeitraum für die niedrigen Schwellenniveaus. Somit werden ernsthafte Fehler schneller durch das Überwachungssignal angezeigt als nichternsthafte Fehler.
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Das Überwachungssignal kann auch einen Nicht-Fehlerzustand des Elektromotors anzeigen, falls die Betriebsmessdaten kein Schwellenniveau überschreiten.
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Weiterhin kann die Verarbeitungseinheit ferner ausgelegt sein zum Bereitstellen von mindestens einem automatisch oder manuell bereitgestellten Wert als dem mindestens einen erzeugten Schwellenniveau, wobei der mindestens eine automatisch oder manuell bereitgestellte Wert bevorzugt ein Werksstandardwert für den Elektromotor ist.
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Die Messeinheit kann auch ausgelegt sein zum Erfassen von mindestens einem Anteil der Anfangsmessdaten während eines Übergangs des Elektromotors zwischen zwei der mehreren Arbeitspunkte.
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Somit stellt die Verarbeitungseinheit auch Grundlinien und Schwellenniveaus für die Übergangsphase zwischen zwei Arbeitspunkten bereit. Falls der Elektromotor zischen zwei Arbeitspunkten übergeht, kann der Motorantrieb die entsprechenden Schwellenniveaus für die Übergangsphase bereitstellen, zum Prüfen, ob die Betriebsmessdaten die Schwellenniveaus, die der Übergangsphase entsprechen, überschreiten. Dies führt zu einer kontinuierlichen Überwachung des Betriebs des Elektromotors.
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Der mindestens eine Arbeitspunkt kann ein Drehzahlprofil des Elektromotors sein.
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Die Anfangsmessdaten und die Betriebsmessdaten können unterschiedliche Datenarten umfassen, wobei die Datenarten bevorzugt Vibrationsdaten, Lastdaten, Flussdaten, Drehmomentdaten, Stromdaten und/oder Daten von Statorwicklungen umfassen.
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Die Messdaten können daher eine Kombination von verschiedenen Datenarten sein, welche ein mehrdimensionales Muster bilden. Dies erhöht die Genauigkeit des Überwachens des Elektromotors weiter.
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In einem Beispiel kann die Messeinheit ein Frequenzumrichter zum Antreiben des Elektromotors sein.
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Somit kann der Frequenzumrichter als ein Sensor zum Überwachen des Zustands des Elektromotors, den der Frequenzumrichter antreibt, verwendet werden.
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In einem weiteren Beispiel ist die mindestens eine Verarbeitungseinheit mit einer weiteren cloudbasierten Vorrichtung verbunden, wobei die Verarbeitungseinheit ausgelegt ist zum Empfangen von mindestens einem Schwellenniveau für die mindestens eine bestimmte Grundlinie durch die cloudbasierte Vorrichtung als dem mindestens einen erzeugten Schwellenniveau, wobei die cloudbasierte Vorrichtung ausgelegt ist zum Bestimmen einer Grundlinie aus den Anfangsmessdaten für den mindestens einen Arbeitspunkt.
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Die cloudbasierte Vorrichtung kann daher anstelle der Verarbeitungseinheit die Grundlinie bestimmen und die Schwelle erzeugen. Die cloudbasierte Vorrichtung empfängt alle erforderlichen Daten zum Bestimmen der Grundlinie. Aus dieser Grundlinie erzeugt die cloudbasierte Vorrichtung die Schwelle und liefert die Schwelle an die Verarbeitungseinheit. Die Datenübertragung kann beispielsweise über ein drahtloses Netzwerk oder ein LAN-Netzwerk vorgesehen sein.
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Weiterhin kann die cloudbasierte Vorrichtung die Betriebsmessdaten empfangen und prüfen, ob die Betriebsdaten die mindestens eine Schwelle überschreiten.
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In einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zum Überwachen von Betriebsmessdaten eines Elektromotors mit mindestens einem Arbeitspunkt bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen von Anfangsmessdaten für mindestens einen der Arbeitspunkte des Elektromotors unter Verwendung eines Motorantriebs gemäß den vorherigen Ansprüchen; Empfangen eines Arbeitspunktsignals, das den Arbeitspunkt des Elektromotors anzeigt; Bestimmen einer Grundlinie aus den Anfangsmessdaten für jeden Arbeitspunkt; Erzeugen mindestens eines Schwellenniveaus für jede bestimmte Grundlinie; wobei das mindestens eine Schwellenniveau ein Abweichungsniveau von der bestimmten Grundlinie definiert; und Bereitstellen des mindestens einen Schwellenniveaus, was zu Bedingungen zum Überwachen der Betriebsmessdaten des Elektromotors führt.
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In einem Beispiel kann das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfassen: Empfangen von Betriebsmessdaten für einen Arbeitspunkt des Elektromotors und Bestimmen der Schwellenniveaus, die durch die Betriebsmessdaten, die dem Arbeitspunkt entsprechen, überschritten werden.
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Weiterhin kann das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfassen: Bereitstellen eines Überwachungssignals, das die Anzahl von Schwellenniveaus anzeigt, die durch die Betriebsmessdaten überschritten werden.
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Die Auswirkungen und weitere Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sind den Auswirkungen und Ausführungsformen des Motorantriebs gemäß der oben erwähnten Beschreibung äquivalent. Somit wird auf die obige Beschreibung des Motorantriebs verwiesen.
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Das Verfahren kann ferner den folgenden Schritt umfassen: Initiieren eines Wartungsprozesses auf der Grundlage des Überwachungssignals, falls das Überwachungssignal anzeigt, dass der Messwert mindestens eines der Schwellenniveaus überschreitet.
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In Abhängigkeit von dem Überwachungssignal kann eine angepasste Wartung für den Elektromotor vorgesehen werden. Die Wartung kann durch den Elektromotor, ein externes System und/oder einen Benutzer durchgeführt werden.
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Weitere Merkmale, Details und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen auf der Grundlage der Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen:
- 1a, b schematische Zeichnungen des Motorantriebs zum Überwachen von Betriebsmessdaten des Elektromotors;
- 2a-d schematische Diagramme, die die Beziehung zwischen den Anfangsmessdaten und den Schwellenniveaus zeigen;
- 3 ein schematisches Diagramm, das die Verwendung der Schwellenniveaus für die Betriebsmessdaten zeigt;
- 4 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Überwachen von Betriebsmessdaten des Elektromotors;
- 5 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
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1a zeigt dem Motorantrieb 10 zum Überwachen von Betriebsmessdaten des Elektromotors 12.
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Der Motorantrieb 10 kann einen Frequenzumrichter 22 umfassen, der eine von einer Eingangsstromversorgungsleitung 18 ankommende Frequenz in eine variable Ausgangsfrequenz für den Elektromotor 12 umwandelt. Die Ausgangsfrequenz wird über die Ausgangsleitung 16 dem Elektromotor 12 zugeführt. Der Elektromotor 12 weist eine Antriebswelle 20 auf, die mit verschiedenen Drehzahlen rotieren kann. Die verschiedenen Drehzahlen der Antriebswelle 20 definieren verschiedene Arbeitspunkte des Elektromotors 12. Die Antriebswelle 20 ist mit einer Last 21 verbunden, so dass der Elektromotor 12 die Last 21 antreibt. Die Last 21 kann eine Kundenanwendung sein. Die Last 21 kann beispielsweise eine Pumpe sein.
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Gemäß 1b umfasst der Frequenzumrichter 22 als Teil des Motorantriebs 10 eine Messeinheit 14, eine Eingangseinheit 24, eine Verarbeitungseinheit 26 und eine Ausgabeeinheit 28. In einem Beispiel kann das Überwachen des Zustands des Elektromotors auch auf der in 1a gezeigten Cloud basieren, wo Daten gespeichert, verarbeitet, analysiert und Entscheidungen gefällt werden. Der Motorantrieb 10 kann Messdaten über ein drahtloses Netzwerk oder über ein LAN-Netzwerk an die in 1a gezeigte Cloud 23 liefern.
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Die Messeinheit 14 ist ausgelegt zum Erfassen von Messdaten für mindestens einen Arbeitspunkt des Elektromotors. Die Messdaten können Anfangsmessdaten oder Betriebsmessdaten des Elektromotors sein. Anfangsmessdaten können erfasst werden, während der Elektromotor in der Referenzphase betrieben wird, um Referenzdaten über den Elektromotor zu erfassen. Wenn sich der Elektromotor nicht in der Referenzphase befindet, können Betriebsmessdaten erfasst werden.
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Die Messdaten können unterschiedliche Datenarten sein. Beispielsweise können die Messdaten eines oder eine Kombination von Vibrationsdaten, Lastdaten, Flussdaten, Drehmomentdaten, Stromdaten und/oder Daten von Statorwicklungen sein. Weiterhin können die Messdaten Sensordaten oder Schätzdaten sein.
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Die Verarbeitungseinheit 26 ist ausgelegt zum Bestimmen einer Grundlinie aus den Anfangsmessdaten für jeden Arbeitspunkt des Elektromotors. Weiterhin ist die Verarbeitungseinheit ausgelegt zum Erzeugen von mindestens einem Schwellenniveau für jede bestimmte Grundlinie. Das mindestens eine Schwellenniveau definiert ein Abweichungsniveau von der bestimmten Grundlinie. Die Verarbeitungseinheit 26 kann unabhängig von dem Ein- und Aus-Zustand des Elektromotors die Grundlinie bestimmen und die Schwelle erzeugen.
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Die Verarbeitungseinheit 26 ist ferner ausgelegt zum Bestimmen der Schwellenniveaus, die durch die Betriebsmessdaten überschritten werden, die dem Arbeitspunkt des Elektromotors entsprechen. Die Verarbeitungseinheit 26 vergleicht anfangs die Betriebsmessdaten mit einem niedrigsten Schwellenniveau des mindestens einen Schwellenniveaus. Falls die Verarbeitungseinheit 26 feststellt, dass die Betriebsmessdaten das niedrigste Schwellenniveau übersteigen, vergleicht die Verarbeitungseinheit 26 die Betriebsmessdaten mit dem nächstniedrigeren Schwellenniveau. Somit ist die Verarbeitungseinheit 26 ausgelegt zum Vergleichen der Betriebsmessdaten mit einem besonderen Schwellenniveau, wenn die Betriebsmessdaten alle Schwellenniveaus übersteigen, die niedriger als das besondere Schwellenniveau sind.
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Weiterhin ist die Verarbeitungseinheit 26 ausgelegt zum Bereitstellen eines Überwachungssignals. Das Überwachungssignal zeigt die Anzahl von Schwellenniveaus an, die durch die Betriebsmessdaten überschritten werden. Falls die Betriebsmessdaten das niedrigste Schwellenniveau überschreiten, kann das Überwachungssignal ein Warnsignal sein. Das Warnniveau des Warnsignals kann ansteigen, falls die Betriebsmessdaten weitere Schwellenniveaus überschreiten. Falls die Betriebsmessdaten alle Schwellenniveaus überschreiten, kann das Überwachungssignal ein Alarmsignal sein.
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Die Verarbeitungseinheit 26 ist ausgelegt zum Warten für eine vorbestimmte Zeitdauer, bevor das Überwachungssignal, das das Überschreiten eines besonderen Schwellenniveaus anzeigt, bereitgestellt wird. Falls die Betriebsmessdaten weiter das besondere Schwellenniveau nach dem vorbestimmten Zeitraum überschreiten, stellt die Verarbeitungseinheit 26 das Überwachungssignal für das besondere Schwellenniveau bereit. Falls die Betriebsmessdaten das besondere Schwellenniveau nach dem vorbestimmten Zeitraum nicht mehr überschreiten, kann die Verarbeitungseinheit 26 für eine Abkühlzeit warten, bevor davon abgesehen wird, das Überwachungssignal für das besondere Schwellenniveau zu liefern und den vorbestimmten Zeitraum zurückzusetzen. Falls die Betriebsmessdaten während der Abkühlzeit wieder das Schwellenniveau überschreiten, wartet die Verarbeitungseinheit 26 weiter für den vorbestimmten Zeitraum des vorherigen Überschreitens des Schwellenniveaus.
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Je höher das Schwellenniveau, umso kürzer ist der vorbestimmte Zeitraum, in dem die Verarbeitungseinheit 26 wartet, ob die Betriebsmessdaten über dem Schwellenniveau bleiben oder nicht.
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Die Ausgabeeinheit 28 ist ausgelegt zum Liefern des mindestens einen Schwellenniveaus. Das mindestens eine Schwellenniveau kann in einem (nicht gezeigten) Speicher des Frequenzumrichters oder in einem cloudbasierten Speicher gespeichert werden und später als Bedingung zum Überwachen der Betriebsmessdaten des Elektromotors verwendet werden.
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2a bis 2d zeigen verschiedene Diagramme, die verwendet werden zum Erläutern, wie die Verarbeitungseinheit die Schwellenniveaus aus den Anfangsmessdaten bestimmt.
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Gemäß 2a ist ein Diagramm gezeigt, das die Drehzahl 66 der Antriebswelle des Elektromotors gegenüber der Zeit 30 zeigt. Unterschiedliche Drehzahlprofile entsprechen unterschiedlichen Arbeitspunkten. In einer Anfangsphase umfasst die Kurve eine Rampe 94, in der die Drehzahl 66 auf einen ersten Arbeitspunkt 78 erhöht wird. Dann bleibt die Drehzahl 66 konstant. An diesem Startpunkt 86 wird das Abtasten der Anfangsmessdaten gestartet. Die Anfangsmessdaten können Fehlerdetektionsdaten sein.
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Die Erfassung der Anfangsmessdaten startet mit einer ersten Plateauphase 98. Nach der ersten Plateauphase 98 wird die Drehzahl 66 in einer Übergangsphase 106 langsam auf einen weiteren Arbeitspunkt hochgefahren. Eine zweite Plateauphase 100 startet, in welcher die Drehzahl 66 konstant bleibt. Am Ende der Plateauphase 100 wird eine weitere Übergangsphase 106 gestartet, in welcher die Drehzahl 66 langsam hochgefahren wird. Wenn die Drehzahl 66 einen dritten Arbeitspunkt erreicht, startet eine dritte Plateauphase 102. Nach einer weiteren Übergangsphase 106 beginnt eine vierte Plateauphase 104, die einem letzten Arbeitspunkt 84 entspricht. Am Ende der Plateauphase 104 wird eine Runterfahrphase 96 gestartet, in welcher die Drehzahl 66 runtergefahren wird.
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2b zeigt ein Diagramm mit denselben Elementen wie das Diagramm von 2a. Dieselben Bezugszahlen bezeichnen dieselben Elemente, so dass auf die Beschreibung von 2a verwiesen wird. Das Diagramm von 2b und das Diagramm von 2a unterscheiden sich in dem Startpunkt 86 des Abtastens der Anfangsmessdaten. In 2b liegt der Startpunkt 86 am Beginn einer Übergangsphase 106, wobei der Startpunkt 86 in 2a am Beginn einer Plateauphase liegt. Somit startet das Abtasten der Anfangsmessdaten in 2b mit einer Übergangsphase 106 und nicht mit einer Plateauphase 98 wie 2a.
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Das Diagramm in 2c zeigt eine Fehlersignatur 56 gegenüber der Zeit 30. Die Fehlersignatur 56 kann beispielsweise auf der Vibration als Anfangsmessdaten 118 basieren, die durch die Messeinheit gemessen werden. Die Kurve des Diagramms zeigt die Anfangsmessdaten 118. Die Übergangsphase 106 von 2a und 2b entspricht den Sektionen 116 in 2c. Plateauphasen 98, 100, 102 und 104 von 2a und 2b entsprechen jeweils den Sektionen 108, 110, 112 und 114 von 2c.
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Das Diagramm in 2d zeigt die Fehlersignatur 56 gegenüber der Drehzahl 66. Die Achse der Drehzahl 66 bezeichnet die Arbeitspunkte 78, 80, 82 und 84. Die Verarbeitungseinheit verwendet die Anfangsmessung 118 von 2c zum Bestimmen von Grundlinien 68 für jeden Arbeitspunkt 78, 80, 82 und 84. Beispielsweise entspricht die Grundlinie 58 dem Arbeitspunkt 78, entspricht die Grundlinie 60 dem Arbeitspunkt 80, entspricht die Grundlinie 62 dem Arbeitspunkt 82 und entspricht die Grundlinie 64 dem Arbeitspunkt 84.
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Die Grundlinie 58, 60, 62 und 64 kann einigen Fehler 132 umfassen, welcher eine Region anzeigt, in der sich die entsprechende Grundlinie 58, 56, 62 und 64 auch mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit befinden kann.
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Für jeden Arbeitspunkt 78, 80, 82 und 84 erzeugt die Verarbeitungseinheit mindestens ein Schwellenniveau 70. Gemäß 2d erzeugt die Verarbeitungseinheit drei Schwellenniveaus 70. Der Arbeitspunkt 78 umfasst die Schwellenniveaus 36, 38 und 40. Der Arbeitspunkt 80 umfasst die Schwellenniveaus 36', 38' und 40'. Der Arbeitspunkt 82 umfasst die Schwellenniveaus 36'', 38'' und 40''. Der Arbeitspunkt 84 umfasst die Schwellenniveaus 36''', 38''' und 40'''.
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Die Verarbeitungseinheit interpoliert ferner jedes Schwellenniveau zwischen den Arbeitspunkten. Beispielsweise sind die Schwellenniveaus 36, 36', 36'' und 36''' über die Linie 72 verbunden, um Schwellenniveaus für die Arbeitspunkte des Elektromotors zwischen den gekennzeichneten Arbeitspunkten 78, 80, 82, 84 bereitzustellen. Linie 74 verbindet die Schwellenniveaus 38, 38', 38'' und 38''' und die Linie 76 verbindet die Schwellenniveaus 40, 40', 40" und 40"'.
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3 zeigt zwei Diagramme. Das Diagramm auf der linken Seite zeigt die Fehlersignatur 56 gegenüber der Zeit 30, umfassend die Betriebsmessdaten 34. Das Diagramm auf der rechten Seite zeigt die Fehlersignatur 56 gegenüber einer Verzögerungszeit 48. Beide Diagramme umfassen die Schwellenniveaus 36, 38 und 40.
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Während eines Zeitraums 32 bleiben die Betriebsmessdaten 34 in dem linken Diagramm unter dem niedrigsten Schwellenniveau 36. Nach dem Zeitraum 32 überschreiten die Betriebsmessdaten 34 das Schwellenniveau 36. Die Verarbeitungseinheit detektiert den Zeitpunkt, an welchem die Betriebsmessdaten 34 das Schwellenniveau 36 überschreiten und initiiert die Übertragung eines Überwachungssignals, das ein Warnsignal 42 ist. Vor Senden des Warnsignals 42 wartet die Verarbeitungseinheit für einen vorbestimmten Zeitraum 50, der in dem rechten Diagramm gezeigt ist. Die Verarbeitungseinheit prüft, ob die Betriebsmessdaten 34 während des Zeitraums 50 über dem niedrigsten Schwellenniveau 36 bleiben. Falls die Betriebsmessdaten 34 weiter das niedrigste Schwellenniveau 36 übersteigen, sendet die Verarbeitungseinheit das Warnsignal 42. Falls die Betriebsmessdaten 34 unter das niedrigste Schwellenniveau 36 fallen, wartet die Verarbeitungseinheit für einen weiteren vorbestimmten Zeitraum bevor ein Zeitzähler für den vorbestimmten Zeitraum 50 zurückgesetzt wird. Falls die Betriebsmessdaten 34 nach dem weiteren vorbestimmten Zeitraum weiter unter dem Schwellenniveau 36 liegen, setzt die Verarbeitungseinheit den vorbestimmten Zeitraum 50 zurück. Falls nicht, macht die Verarbeitungseinheit mit dem Warten für den vorbestimmten Zeitraum 50 weiter und sendet das Überwachungssignal nach dem vorbestimmten Zeitraum 50.
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Falls die Betriebsmessdaten 34 nach Überschreiten des niedrigsten Schwellenniveaus 36 das weitere Schwellenniveau 38 überschreiten, wartet die Verarbeitungseinheit für einen weiteren vorbestimmten Zeitraum 52, der kürzer ist als der vorbestimmte Zeitraum 50, bevor ein weiteres Warnsignal 44 gesendet wird. Während des vorbestimmten Zeitraums 52 prüft die Verarbeitungseinheit, ob die Betriebsmessdaten 34 unter das Schwellenniveau 38 fallen oder nicht. Falls die Betriebsmessdaten 34 weiter über dem Schwellenniveau 38 liegen, wird die Verarbeitungseinheit das weitere Warnsignal 44 als ein Überwachungssignal senden. Falls die Betriebsmessdaten 34 unter das Schwellenniveau 38 fallen, wartet die Verarbeitungseinheit für einen weiteren vorbestimmten Zeitraum bevor ein Zähler für den vorbestimmten Zeitraum 52 zurückgesetzt wird. Falls die Betriebsmessdaten 34 nach dem weiteren vorbestimmten Zeitraum weiter unter dem Schwellenniveau 38 liegen, setzt die Verarbeitungseinheit den vorbestimmten Zeitraum 52 zurück. Falls nicht, macht die Verarbeitungseinheit mit dem Warten für den vorbestimmten Zeitraum 52 weiter und sendet das Überwachungssignal nach dem vorbestimmten Zeitraum 52. Das weitere Warnsignal 44 liefert ein höheres Warnniveau als das Warnsignal 42.
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Falls die Betriebsmessdaten 34 nach Überschreiten der Schwellenniveaus 36 und 38 das höchste Schwellenniveau 40 überschreiten, wartet die Verarbeitungseinheit für den letzten vorbestimmten Zeitraum 54, der kürzer ist als der vorbestimmte Zeitraum 52, bevor ein Alarmsignal 46 gesendet wird. Während des vorbestimmten Zeitraums 54 prüft die Verarbeitungseinheit, ob die Betriebsmessdaten 34 unter das Schwellenniveau 40 fallen oder nicht. Falls die Betriebsmessdaten 34 weiter über dem Schwellenniveau 40 liegen, wird die Verarbeitungseinheit das Alarmsignal 46 als ein Überwachungssignal senden. Falls die Betriebsmessdaten 34 unter das Schwellenniveau 40 fallen, wartet die Verarbeitungseinheit für einen weiteren vorbestimmten Zeitraum bevor ein Zähler für den vorbestimmten Zeitraum 54 zurückgesetzt wird. Falls die Betriebsmessdaten 34 nach dem weiteren vorbestimmten Zeitraum weiter unter dem Schwellenniveau 40 liegen, setzt die Verarbeitungseinheit den vorbestimmten Zeitraum 54 zurück. Falls nicht, macht die Verarbeitungseinheit mit dem Warten für den vorbestimmten Zeitraum 54 weiter und sendet das Überwachungssignal nach dem vorbestimmten Zeitraum 54. Das Alarmsignal 46 soll das System oder einen Benutzer alarmieren, dass der Elektromotor einen ernsten Fehler aufweist, der Schaden und bald ein Versagen verursachen kann.
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4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zum Überwachen von Betriebsmessdaten des Elektromotors mit mindestens einem Arbeitspunkt.
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In einem ersten Schritt 502 werden Anfangsmessdaten für mindestens einen der Arbeitspunkte des Elektromotors durch einen Motorantrieb erfasst zum Überwachen von Betriebsmessdaten des Elektromotors wie oben beschrieben. Eine Messeinheit des Motorantriebs kann die Anfangsmessdaten erfassen. Weiterhin können die Anfangsmessdaten eines oder eine Kombination aus der Gruppe von Vibrationsdaten, Lastdaten, Flussdaten, Drehmomentdaten, Stromdaten, Daten von Statorwicklungen, Temperatur, Feuchtigkeit, Lebensdauer und/oder Betriebsstundendaten usw. sein.
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In dem weiteren Schritt 504 wird ein Arbeitspunktsignal empfangen, das den Arbeitspunkt des Elektromotors anzeigt. Eine Eingabeeinheit des Motorantriebs kann das Arbeitspunktsignal empfangen. Weiterhin kann der Arbeitspunkt ein Drehzahlprofil des Elektromotors sein.
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In einem Schritt 506 wird eine Grundlinie aus den Anfangsmessdaten für jeden Arbeitspunkt bestimmt. Eine Verarbeitungseinheit des Motorantriebs kann diesen Schritt durchführen, wobei die Verarbeitungseinheit die Anfangsmessdaten von der Eingabeeinheit empfängt.
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In einem Schritt 508 kann mindestens ein Schwellenniveau für jede bestimmte Grundlinie erzeugt werden. Zusätzlich kann die Verarbeitungseinheit diesen Schritt durchführen. Weiterhin definiert das mindestens eine Schwellenniveau ein Abweichungsniveau von der bestimmten Grundlinie.
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In Schritt 510 wird das mindestens eine Schwellenniveau als Bedingungen zum Überwachen des Elektromotors bereitgestellt. Die Schwellenniveaus können verwendet werden zum Prüfen, ob die Betriebsmessdaten Fehler des Elektromotors anzeigen.
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In Schritt 512 können Betriebsmessdaten für einen Arbeitspunkt des Elektromotors empfangen werden. Die Messeinheit des Motorantriebs kann diesen Schritt durchführen.
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In Schritt 514 werden die Schwellenniveaus, die durch die Betriebsmessdaten, die dem Arbeitspunkt entsprechen, überschritten werden, bestimmt. Dies bedeutet, dass geprüft wird, ob die Betriebsmessdaten ein besonderes Schwellenniveau übersteigen. Die Verarbeitungseinheit kann diesen Schritt durchführen.
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In einem weiteren Schritt 516 wird ein Überwachungssignal bereitgestellt, das die Anzahl von Schwellenniveaus anzeigt, die durch die Betriebsmessdaten überschritten werden. Das Überwachungssignal kann ein Warnsignal oder ein Alarmsignal sein. Ein Warnsignal wird bereitgestellt, falls die Betriebsmessdaten ein Schwellenniveau übersteigen, das niedriger als das höchste Schwellenniveau ist. Falls die Betriebsmessdaten das höchste Schwellenniveau übersteigen, wird das Alarmsignal bereitgestellt. Die Verarbeitungseinheit kann diesen Schritt durchführen.
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In einem Schritt 518 kann ein auf dem Überwachungssignal basierender Wartungsprozess initiiert werden. Das Überwachungssignal zeigt an, dass der Betriebsmesswert mindestens eines der Schwellenniveaus übersteigt. Der Elektromotor und das externe System und/oder ein Benutzer können die Wartung durchführen. Die Verarbeitungseinheit kann auch den Schritt 518 durchführen.
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5 zeigt ein Flussdiagramm mit einer spezifischen Ausführungsform des Verfahrens 500. Dieselben Bezugszahlen kennzeichnen dieselben Elemente des Verfahrens 500.
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Das Flussdiagramm umfasst eine Grundlinienkomponente 126, eine Schwellenkomponente 128 und eine Überwachungskomponente 130.
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Die von der Messeinheit durchgeführten Verfahrensschritte sind als Schritte 502 und 512 gezeigt. Die Betriebsmessdaten 34 und die Anfangsmessdaten 118 sind als Pfeile angezeigt.
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In der Grundlinienkomponente 126 wird die Drehzahl 66 als Arbeitspunkt in Schritt 504 empfangen. Weiterhin werden die Anfangsmessdaten 118 empfangen, so dass weitere Schritte die Anfangsmessdaten 118 verwenden können. In Schritt 506 wird eine Grundlinie aus den Anfangsmessdaten für jeden Arbeitspunkt bestimmt. Weiterhin kann in einem optionalen Schritt 522 ein Drehzahlprofil erzeugt werden. Dieses Drehzahlprofil kann der Motorsteuerung des Elektromotors in einem weiteren optionalen Schritt 524 zugeführt werden, um die Daten der Drehzahl 66 als Arbeitspunkte für den Elektromotor zu erhalten.
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In der Schwellenkomponente 128 können nach der Berechnung der Schwellen in Schritt 508 die Schwellenniveaus und die Arbeitspunkte der Antriebseinheit in Schritt 520 als ein Schwellenarray in einem Speicher gespeichert werden.
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In der Überwachungskomponente 130 können die Schwellenarrays der Drehzahl 66 als Arbeitspunkte in Schritt 510 empfangen werden, um das mindestens eine Schwellenniveau als Bedingungen zum Überwachen der Betriebsmessdaten des Elektromotors bereitzustellen. Weiterhin können in Schritt 512 die Betriebsmessdaten 34 für den Arbeitspunkt des Elektromotors empfangen werden. Die Schwellenniveaus 36, 38 und 40 werden in Schritt 514 bereitgestellt und empfangen. Schritt 514 bestimmt, ob die Schwellen-Betriebsmessdaten Schwellenniveaus für den entsprechenden Arbeitspunkt übersteigen.
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Falls die Betriebsmessdaten eines der Schwellenniveaus 36, 38 und 40 übersteigen, wird in Schritt 516, ein Überwachungssignal bereitgestellt, das die Anzahl von Schwellenniveaus, die überstiegen werden, anzeigt. Das bereitgestellte Überwachungssignal kann in Schritt 518 eine Wartung auslösen.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorerwähnten Ausführungsformen beschränkt. Sie kann auf viele Weisen modifiziert werden.
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Alle Merkmale und Vorteile, die sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung ergeben, einschließlich konstruktiver Details, räumlicher Anordnungen und prozeduraler Schritte können für die Erfindung sowohl in sich als auch in verschiedenen Kombinationen essentiell sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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