DE102019210795A1

DE102019210795A1 - Stress wave transmission and method for stress wave transmission

Info

Publication number: DE102019210795A1
Application number: DE102019210795.8A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Pescheck; Alfred Kienzle; Oliver Loechte
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-07-22
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2021-01-28

Abstract

Vorgeschlagen werden ein Spannungswellengetriebe, das mit zumindest einem Schwingungsaufnehmer (BS) ausgestattet ist, dessen Signale zur Ermittlung von Belastungsdaten verwendet werden und/oder zu Aussagen über den Getriebezustand und/oder zur Erkennung kritischer Betriebszustände weiterverarbeitet werden. Ferner wird ein zugehöriges Verfahren und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt vorgeschlagen.A stress wave transmission is proposed that is equipped with at least one vibration sensor (BS), the signals of which are used to determine load data and / or are further processed to provide information about the state of the transmission and / or to identify critical operating states. An associated method and a corresponding computer program product are also proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannungswellengetriebe und ein Verfahren für Spannungswellengetriebe.The present invention relates to a tension wave transmission and a method for tension wave transmission.

Ein Spannungswellengetriebe ist eine bekannte Getriebeart, welche vorzugsweise im Bereich der Robotik eingesetzt wird. Vorteilhaft an diesen Getrieben ist, dass sie wenig bis keine Zunahme im Spiel während ihrer Lebensdauer aufweisen und dass mit ihnen ein sehr großes Übersetzungsverhältnis realisierbar ist. Außerdem ist die Positioniergenauigkeit sehr hoch, was für viele Anwendungen im Bereich der Robotik unerlässlich ist. Auch deshalb wird diese Art von Getriebe nicht nur in der Robotik, sondern auch bei anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen die genannten Vorteile benötigt werden. Allerdings weisen auch Spannungswellengetriebe Verschleißerscheinungen auf, welche zu einer reduzierten Lebensdauer führen können. Deshalb sind bereits Verfahren bekannt, um die aktuelle Belastung des Getriebes und daraus dessen Restlebensdauer zu bestimmen.A stress wave transmission is a known type of transmission, which is preferably used in the field of robotics. The advantage of these gears is that they have little to no increase in play during their service life and that a very large gear ratio can be achieved with them. In addition, the positioning accuracy is very high, which is essential for many applications in the field of robotics. This is another reason why this type of gearbox is used not only in robotics, but also in other applications where the advantages mentioned are required. However, stress wave gears also show signs of wear, which can lead to a reduced service life. For this reason, methods are already known to determine the current load on the transmission and, from this, its remaining service life.

Beispielsweise wird der momentane Belastungszustand des Getriebes über Dehnungsmesstreifen DMS, wie in den Dokumenten DE10321210B4 oder DE102004041394B4 offenbart, oder magnetoristriktive Messmethodik ermittelt. Eine andere Art der Messung wird in der US20180246489A1 offenbart. Allerdings sind die Messmethoden immer noch verbesserungswürdig.For example, the current load state of the gearbox is determined using strain gauges DMS, as in the documents DE10321210B4 or DE102004041394B4 disclosed, or determined magnetoristrictive measurement methodology. Another type of measurement is used in the US20180246489A1 disclosed. However, the measurement methods are still in need of improvement.

Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Spannungswellengetriebe und ein Verfahren für Spannungswellengetriebe bereitzustellen, durch welche eine verbesserte Bestimmung des Belastungszustands und damit der Lebensdauer des Spannungswellengetriebes bzw. Teilen davon möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.It is therefore an object of this invention to provide an improved stress wave transmission and a method for stress wave transmission, by means of which an improved determination of the load condition and thus the service life of the stress wave transmission or parts thereof is possible. According to the invention, this object is achieved by the features of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous configurations.

Vorgeschlagen wird ein Spannungswellengetriebe, das mit zumindest einem Schwingungsaufnehmer ausgestattet ist, dessen Signale zur Ermittlung von Belastungsdaten verwendet werden und/oder zu Aussagen über den Getriebezustand und/oder zur Erkennung kritischer Betriebszustände weiterverarbeitet werden. Der Schwingungsaufnehmer kann bevorzugt als Körperschallsensor ausgeführt sein.A stress wave transmission is proposed which is equipped with at least one vibration sensor, the signals of which are used to determine load data and / or are further processed to provide information about the state of the transmission and / or to identify critical operating states. The vibration sensor can preferably be designed as a structure-borne sound sensor.

In einer Ausführung weist das Spannungswellengetriebe ein Antriebsbauteil, ein elastisch verformbares Übertragungsbauteil mit einer Außenverzahnung und ein Getriebebauteil mit einer Innenverzahnung auf. Das genannte Getriebebauteil kann insbesondere als so genannte Circular Spline ausgeführt sein. Das Getriebebauteil und die Innenverzahnung sind zumindest annähernd starr. Die Außenverzahnung wird durch das Antriebsbauteil so verformt, dass sie in einem Verzahnungsbereich partiell mit der Innenverzahnung in Eingriff bringbar ist. Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung weisen eine ungleiche Anzahl an Zähnen auf. Das Übertragungsbauteil und das Getriebebauteil sind durch eine Rotationsbewegung des Antriebsbauteils relativ zueinander verdrehbar. Das Antriebsbauteil wird häufig auch Wellengenerator genannt. Der Schwingungsaufnehmer ist an einer nicht drehenden Komponente des Spannungswellengetriebes, insbesondere an dem genannten Getriebebauteil, angeordnet.In one embodiment, the stress wave transmission has a drive component, an elastically deformable transmission component with external toothing and a transmission component with internal toothing. Said transmission component can in particular be designed as a so-called circular spline. The gear component and the internal toothing are at least approximately rigid. The external toothing is deformed by the drive component in such a way that it can be brought into partial engagement with the internal toothing in a toothed area. The internal toothing and the external toothing have an unequal number of teeth. The transmission component and the transmission component can be rotated relative to one another by a rotational movement of the drive component. The drive component is often also called a shaft generator. The vibration transducer is arranged on a non-rotating component of the stress wave transmission, in particular on the aforementioned transmission component.

In einer Ausführung ist der Schwingungsaufnehmer dazu eingerichtet, ein aktuelles Schwingungsverhalten zumindest eines Teils des Spannungswellengetriebes während des Betriebs zu messen. Dabei verfügt entweder der Schwingungsaufnehmer über eine Auswerteeinrichtung, auf welcher ein Computerprogrammprodukt zur Ermittlung von Belastungsdaten und/oder zur Weiterverarbeitung von Aussagen über den Getriebezustand und/oder zur Erkennung kritischer Betriebszustände basierend auf den Signalen des Schwingungsaufnehmers implementiert ist. Alternativ ist eine mit dem Schwingungsaufnehmer derart in Kommunikationsverbindung stehende Auswerteeinrichtung vorgesehen, dass der Schwingungsaufnehmer gemessene Daten dorthin zur Auswertung übertragen kann, wobei auf der Auswerteeinrichtung ein Computerprogrammprodukt zur Ermittlung von Belastungsdaten und/oder zur Weiterverarbeitung von Aussagen über den Getriebezustand und/oder zur Erkennung kritischer Betriebszustände basierend auf den Signalen des Schwingungsaufnehmers implementiert ist. Unter kritischen Betriebszuständen werden zum jeweiligen Zeitpunkt vorherrschende Betriebsbedingungen verstanden, unter denen das Spannungswellengetriebe kurzzeitig ohne Schaden betrieben werden kann. Herrschen kritische Betriebszustände jedoch länger an, dann kann dies die Restlebensdauer des Spannungswellengetriebes verkürzen oder sogar zu einem Schaden an dem Getriebe führen.In one embodiment, the vibration sensor is set up to measure a current vibration behavior of at least a part of the stress wave transmission during operation. Either the vibration sensor has an evaluation device on which a computer program product is implemented for determining load data and / or for further processing statements about the transmission state and / or for recognizing critical operating states based on the signals from the vibration sensor. Alternatively, an evaluation device that is in communication with the vibration sensor is provided so that the vibration sensor can transfer measured data there for evaluation, with a computer program product on the evaluation device for determining load data and / or for further processing statements about the transmission state and / or for detecting critical ones Operating states based on the signals of the vibration sensor is implemented. Critical operating states are understood to mean operating conditions prevailing at the respective point in time under which the stress wave transmission can be operated briefly without damage. However, if critical operating states persist for a longer period of time, this can shorten the remaining service life of the stress wave transmission or even lead to damage to the transmission.

Die Ermittlung von Belastungsdaten des Spannungswellengetriebes, aber auch eine Prognose einer Restlebensdauer ist wichtig, um frühzeitig Maßnahmen ergreifen zu können, um beispielweise einen Produktionsausfall verhindern zu können oder die Lebensdauer des Spannungswellengetriebes durch gezielte Maßnahmen zu verlängern. Hierfür werden unterschiedliche Verfahren vorgeschlagen.The determination of load data of the stress wave transmission, but also a prognosis of the remaining service life, is important in order to be able to take measures at an early stage, for example to prevent a loss of production or to extend the life of the stress wave transmission through targeted measures. Different methods are proposed for this.

Es wird ein Verfahren für ein Spannungswellengetriebe zur Ermittlung der momentanen Belastungsdaten des Spannungswellengetriebes, umfassend die Drehzahl und das Drehmoment, vorgeschlagen, wobei dazu das Signal des Schwingungsaufnehmers einer Ordnungsanalyse unterzogen wird und dabei das ermittelte Ordnungsspektrum mit in Vorversuchen ermittelten Ordnungsspektren verglichen wird.A method for a stress wave transmission to determine the current load data of the stress wave transmission, including the speed and the torque, proposed, the signal from the vibration sensor being subjected to an order analysis for this purpose and the order spectrum determined being compared with order spectra determined in preliminary tests.

In einer Ausführung werden aus den ermittelten Belastungsdaten auf Basis eines mathematischen Schädigungsmodells für jeweils einen gewählten Betrachtungszeitraum Schädigungsanteile ermittelt und aufsummiert, wobei eine so ermittelte Schadenssumme jederzeit die aktuell verbrauchte Lebensdauer repräsentiert. Die aktuell verbrauchte Lebensdauer kann beispielsweise in Form eines prozentualen Lebensdauerverbrauchs angegeben werden. Unter einem Schädigungsanteil wird ein belastungsabhängiger, anteiliger Lebensdauerverbrauch verstanden. Das Schädigungsmodell umfasst empirisch ermittelte Parameter und ist in ähnlicher Form zur Berechnung von Wälzlagerlebensdauern bekannt. Vorzugsweise werden die Schädigungsanteile kontinuierlich ermittelt und aufsummiert. Stattdessen können die Schädigungsanteile einzelner Zeiträume auf der Basis der vorhergehenden und nachfolgenden Belastungsdaten auch durch Interpolation ermittelt werden.In one embodiment, damage proportions are determined from the determined load data on the basis of a mathematical damage model for a selected observation period in each case, and a damage sum determined in this way represents the currently used service life at all times. The currently consumed service life can be specified, for example, in the form of a percentage service life consumption. A portion of damage is understood to mean a load-dependent, proportional service life consumption. The damage model includes empirically determined parameters and is known in a similar form for calculating rolling bearing service lives. The proportions of damage are preferably determined continuously and added up. Instead, the damage proportions of individual time periods can also be determined by interpolation on the basis of the previous and subsequent exposure data.

In einer Ausführung können zu einzelnen Komponenten des Spannungswellengetriebes zugehörige Schwingungen mit für die aus den Belastungsdaten vorgegebenen Werten verglichen werden. Wenn dabei eine Differenz außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs ermittelt wird, wird ein Schaden an der Komponente angenommen. Vorteilhaft erfolgt aus einem Vergleich der jeweiligen Ergebniswerte durch Vergleich mit Referenzwerten eine Erkennung eines fehlerhaften Getriebezustands, wobei der fehlerhafte Getriebezustand insbesondere eine Verschmutzung einzelner Komponenten des Spannungswellengetriebes, eine Überlast, Bauteilfehler, Verschleiß und Schmiermittelmangel oder eine unzureichende Schmiermittelverteilung umfassen kann. Die genannten Referenzwerte können beispielsweise zuvor festgelegten, zulässigen Vorgabewerten entsprechen.In one embodiment, vibrations associated with individual components of the stress wave transmission can be compared with the values specified from the load data. If a difference is determined outside a predetermined tolerance range, damage to the component is assumed. A faulty transmission state is advantageously identified by comparing the respective result values by comparison with reference values, whereby the faulty transmission state can include, in particular, contamination of individual components of the stress wave transmission, overload, component faults, wear and tear and lack of lubricant or insufficient lubricant distribution. The reference values mentioned can correspond, for example, to previously established, permissible default values.

Um einen Vergleich mit einem Referenzwert vornehmen zu können, wird das Spannungswellengetriebe unter vorgegebenen Belastungszuständen in einem Vorverfahren entsprechend betrieben. Vorgegebene Belastungszustände sind dabei unterschiedliche Betriebs- und Belastungsbedingungen, insbesondere unterschiedliche Drehmomente und Drehzahlen, welche z.B. im Labor an das Spannungswellengetriebe angelegt und für das Spannungswellengetriebe abgespeichert werden. Basierend auf dem Analyseergebnis, genauer dem belastungstypischen Schwingungsverhalten, kann jedem Betriebspunkt ein Drehmoment und eine Drehzahl zugeordnet werden. Auch können für bestimmte Bauteile spezifische Schwingungscharakteristiken ermittelt werden. So kann beim späteren Vergleich der Schwingungsverhalten nicht nur ein Schädigungsanteil des Spannungswellengetriebes als Ganzes ermittelt werden, sondern auch ein Schädigungsanteil eines bestimmten Bauteils, d.h. einer Komponente des Spannungswellengetriebes. Zur Bestimmung des Schädigungsanteils wird der Schallpegel gemessen und mit entsprechenden Referenzwerten verglichen.In order to be able to make a comparison with a reference value, the stress wave transmission is operated accordingly in a preliminary process under predetermined load conditions. Predefined load states are different operating and load conditions, in particular different torques and speeds, which are applied to the stress wave gear, for example, in the laboratory and stored for the stress wave gear. Based on the analysis result, more precisely the typical load vibration behavior, a torque and a speed can be assigned to each operating point. Specific vibration characteristics can also be determined for certain components. In the later comparison of the vibration behavior, not only a portion of the damage to the stress wave transmission can be determined as a whole, but also a portion of the damage to a certain component, i.e. a component of the stress wave transmission. To determine the proportion of damage, the sound level is measured and compared with corresponding reference values.

Die Wahl der angelegten Belastungszustände im Vorverfahren, also der angelegten Drehmomente bzw. Drehzahlen, erfolgt dabei derart, dass sie möglichst den später in der konkreten Anwendung auftretenden Belastungen entsprechen.The selection of the applied load states in the preliminary process, that is to say the applied torques or speeds, is made in such a way that they correspond as closely as possible to the loads occurring later in the specific application.

Ein Schaden an Bauteilen bzw. Komponenten kann eine Änderung der für genau dieses Bauteil charakteristischen Schwingung einer gewissen Ordnung und/oder Frequenz, verursachen. Somit kann durch eine Frequenz- und/oder Ordnungsanalyse auf einen Schaden an einer bestimmten Komponente geschlossen werden. Wenn keine Differenz vorhanden ist bzw. ein vorgegebener Grenzwert nicht erreicht oder überschritten wurde, wird angenommen, dass kein Schaden vorliegt.Damage to parts or components can cause a change in the oscillation of a certain order and / or frequency that is characteristic for precisely this part. A frequency and / or order analysis can therefore be used to infer damage to a specific component. If there is no difference or a specified limit value has not been reached or exceeded, it is assumed that there is no damage.

Es wird außerdem ein Verfahren für ein Spannungswellengetriebe zur Ermittlung eines Lebensdauerverbrauchs vorgeschlagen. Dabei wird ein Vergleich mit einem, beispielsweise in einem Vorversuch ermittelten, vorgegebenen Körperschallverlauf über die Lebensdauer des Spannungswellengetriebes mit nachfolgenden Schritten ausgeführt. In einem ersten Schritt wird während des Betriebs des Spannungswellengetriebes ein aktuelles Schwingungsverhalten über einen Auswertezeitraum gemessen und einer Analyse derart unterzogen, dass ein Steigungswert einer Geraden durch das gemessene Schwingungsverhalten während des Auswertezeitraums ermittelt wird. In einem zweiten Schritt wird ein Abszissenpunkt des Körperschallverlaufs ermittelt, bei dem die Tangentensteigung der Verlaufskurve mit dem ermittelten Steigungswert der Geraden übereinstimmt. In einem dritten Schritt wird abhängig von dem ermittelten Abszissenpunkt der prozentuale Lebensdauerverbrauch des Spannungswellengetriebes bestimmt.In addition, a method for a stress wave transmission for determining a service life consumption is proposed. In this case, a comparison is carried out with a predetermined structure-borne noise curve determined, for example, in a preliminary test, over the service life of the stress wave transmission with the following steps. In a first step, a current vibration behavior is measured over an evaluation period during operation of the stress wave transmission and subjected to an analysis such that a slope value of a straight line is determined by the vibration behavior measured during the evaluation period. In a second step, an abscissa point of the structure-borne noise curve is determined, at which the tangent gradient of the curve corresponds to the determined gradient value of the straight line. In a third step, the percentage lifetime consumption of the stress wave transmission is determined as a function of the abscissa point determined.

Durch Ermitteln des aktuellen Schwingungsverhaltens, genauer der Schallpegelwerte des Spannungswellengetriebes und entsprechendes Verarbeiten, z.B. mittels einer Regressionsanalyse und Best Fit oder der kleinsten quadratischen Abweichung zu den erfassten Messpunkten, kann ein Vergleich mit dem vorgegebenen Körperschallverlauf erfolgen. Der vorgegebenen Körperschallverlauf in Form einer Verlaufskurve entspricht einem charakteristischen Schwingungsverhalten über die Lebensdauer des Spannungswellengetriebes. Somit kann bestimmt werden, wie viel Prozent seiner Lebensdauer das Spannungswellengetriebe bereits hinter sich hat bzw. noch vor sich hat.By determining the current vibration behavior, more precisely the sound level values of the stress wave transmission and processing accordingly, e.g. by means of a regression analysis and best fit or the smallest square deviation from the recorded measurement points, a comparison with the specified structure-borne noise curve can be made. The specified structure-borne sound course in the form of a course curve corresponds to a characteristic vibration behavior over the Life span of the stress wave gear. In this way it can be determined what percentage of its service life the stress wave transmission has already passed or still has ahead of it.

Die Ermittlung des charakteristischen Schwingungsverhaltens, welches dem vorgegebenen Körperschallverlauf entspricht, erfolgt vorteilhaft durch eine Körperschallanalyse, wobei der Körperschall durch den Schwingungsaufnehmer erfasst wird. Wie bereits erwähnt kann aus dem vorgegebenen Körperschallverlauf, jedem Betriebspunkt ein Drehmoment und eine Drehzahl zugeordnet werden, welche jeweils charakteristisch für das Spannungswellengetriebe sind. Durch einen späteren Vergleich mit einem während des Betriebs aktuell ermittelten Belastungszustand, also z.B. aktueller Drehzahl und/oder aktuelles Drehmoment, kann ein Schädigungsanteil ermittelt werden, welche sich durch eine Differenz zwischen Soll, also charakteristischem Schwingungsverhalten, und Ist, also gemessenem Schwingungsverhalten, zeigt.The determination of the characteristic vibration behavior, which corresponds to the specified structure-borne noise curve, is advantageously carried out by means of a structure-borne noise analysis, the structure-borne noise being recorded by the vibration sensor. As already mentioned, a torque and a speed can be assigned to each operating point from the specified structure-borne noise curve, which are each characteristic of the stress wave transmission. A later comparison with a load condition currently determined during operation, e.g. current speed and / or current torque, can be used to determine a damage component that is shown by a difference between the target, i.e. characteristic vibration behavior, and the actual, i.e. measured vibration behavior.

Es kann vorgesehen sein, dass für eine Anzahl an baugleichen Spannungswellengetrieben an einem einzelnen davon ein charakteristisches Schwingungsverhalten ermittelt wird. Dieses Standard-Schwingungsverhalten kann dann für alle weiteren baugleichen Spannungswellengetriebe als vorgegebener Körperschallverlauf verwendet werden. Hier können beispielsweise minimale vorgegebene Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Werten der Schwingungen erlaubt sein, die nicht als Schädigungsanteil eingestuft werden, wenn z.B. mit Fertigungstoleranzen zu rechnen ist. Somit kann eine Vorgabe eines charakteristischen Schwingungsverhaltens für eine große Anzahl an Spannungswellengetrieben vorgegeben werden, ohne das Schwingungsverhalten jedes einzelnen Spannungswellengetriebes separat zu bestimmen.It can be provided that a characteristic oscillation behavior is determined for a number of structurally identical stress wave drives on a single one of them. This standard vibration behavior can then be used as a specified structure-borne noise curve for all other structurally identical voltage wave gear units. Here, for example, minimal predefined deviations between target and actual values of the vibrations can be permitted, which are not classified as a damage component if, for example, manufacturing tolerances are to be expected. Thus, a specification of a characteristic oscillation behavior can be specified for a large number of stress wave gears without having to determine the oscillation behavior of each individual stress wave gearing separately.

Die Ermittlung des charakteristischen Schwingungsverhaltens erfolgt vorteilhaft vor der ersten Inbetriebnahme des Spannungswellengetriebes in einer dafür vorgesehenen Testumgebung. Es kann aber auch in einem späteren Stadium eine Ermittlung des charakteristischen Schwingungsverhaltens erfolgen, z.B. nach einer Generalüberholung oder einem Teileaustausch, da sich hier das charakteristische Schwingungsverhalten ändern kann.The determination of the characteristic vibration behavior is advantageously carried out before the stress wave transmission is first started up in a test environment provided for this purpose. However, the characteristic vibration behavior can also be determined at a later stage, e.g. after a general overhaul or replacement of parts, since the characteristic vibration behavior can change here.

Der nach dem oben beschriebenen Verfahren bestimmte prozentuale Lebensdauerverbrauch kann mit der bisherigen Betriebsdauer des Getriebes ins Verhältnis gesetzt werden, um so die verbleibende Restlebensdauer zu prognostizieren.The percentage service life consumption determined according to the method described above can be set in relation to the previous operating period of the transmission in order to predict the remaining service life.

Es wird außerdem ein Verfahren für ein Spannungswellengetriebe vorgeschlagen, wobei aus dem Körperschallsignal eine Frequenzanalyse erfolgt und mit für das Spannungswellengetriebe vorab ermittelten Eigenfrequenzen verglichen wird, um einen kritischen Betriebszustand zu erkennen. Dabei wird im Falle eines Erkennens, dass zumindest ein Teil des Körperschallsignals im Bereich der Eigenfrequenzen des Spannungswellengetriebes liegt, ein kritischer Betriebszustand erkannt. Die jeweilige Größe der Bereiche der Eigenfrequenzen kann der Fachmann durch Versuche oder durch Erfahrungswerte bestimmen. Der Betrieb des Spannungswellengetriebes innerhalb seiner Eigenfrequenzen kann zu einem Schaden des Spannungswellengetriebes führen und sollte vermieden werden.A method for a stress wave transmission is also proposed, a frequency analysis being carried out from the structure-borne noise signal and comparison with natural frequencies determined in advance for the stress wave transmission in order to identify a critical operating state. If it is recognized that at least a part of the structure-borne noise signal is in the range of the natural frequencies of the stress wave transmission, a critical operating state is recognized. The person skilled in the art can determine the respective size of the ranges of the natural frequencies through experiments or empirical values. Operation of the stress wave gear within its natural frequencies can damage the stress wave gear and should be avoided.

Wenn in einem der beschriebenen Verfahren entweder

• die prognostizierte Restlebensdauer des Getriebes einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder unterschritten hat, oder
• der prozentuale Verbrauch der Lebensdauer des Getriebes einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschritten hat, oder
• eine Abweichung zu einem vorgegebenen Toleranzbereich ermittelt wird, oder
• ein kritischer Betriebszustand oder ein Schaden erkannt wurde,

dann wird vorzugsweise die Ausführung einer Maßnahme ergriffen.If in any of the procedures described either

• the predicted remaining service life of the gear unit has reached or fallen below a specified limit value, or
• the percentage consumption of the service life of the gear unit has reached or exceeded a specified limit value, or
• a deviation from a specified tolerance range is determined, or
• a critical operating condition or damage has been recognized,

an action is then preferably taken.

Durch Einleiten einer Maßnahme, wenn erkannt wurde, dass sich das Spannungswellengetriebe, nachfolgend auch als Getriebe bezeichnet, einem Punkt nähert, an dem seine Leistung schlechter wird oder eine Verschlechterung demnächst erwartet wird, oder sich das Getriebe seinem Lebensdauerende nähert, kann einem Ausfall des Getriebes durch Ersetzen oder Warten von Komponenten vorgebeugt werden. Alternativ kann das Getriebe ausgetauscht werden, um einen Produktionsausfall zu verhindern.By initiating a measure when it has been recognized that the stress wave transmission, hereinafter also referred to as transmission, is approaching a point at which its performance deteriorates or deterioration is expected in the near future, or the transmission is nearing the end of its service life, the transmission can fail can be prevented by replacing or maintaining components. Alternatively, the gearbox can be exchanged to prevent production downtime.

In einer Ausführung ist die Maßnahme eine Visualisierung einer vorgegebenen Information, mindestens umfassend eine Darstellung eines kritischen Betriebszustands, einer prognostizierten Restlebensdauer, eines Getriebezustands oder eines konkreten Schadens. Die Anzeige kann allgemein den Getriebezustand anzeigen, aber auch speziell den Zustand eines Bauteils. Vorteilhaft erfolgt die Visualisierung mittels einer Anzeige an einer dem Spannungswellengetriebe zugeordneten Anzeigeeinheit. Zusätzlich oder alternativ kann das Ergebnis aus der Auswerteeinheit an eine externe Anzeigeeinheit übermittelt und dort angezeigt werden. Die Anzeigeeinheit kann stationär sein, z.B. eine Anlagenüberwachung. Sie kann aber auch mobil sein, z.B. ein mobiles Endgerät.In one embodiment, the measure is a visualization of specified information, at least including a representation of a critical operating state, a predicted remaining service life, a transmission state or a specific damage. The display can show the transmission status in general, but also specifically the status of a component. The visualization is advantageously carried out by means of a display on a display unit assigned to the voltage wave transmission. Additionally or alternatively, the result from the evaluation unit can be transmitted to an external display unit and displayed there. The display unit can be stationary, e.g. a system monitor. But it can also be mobile, e.g. a mobile device.

Die Darstellung eines kritischen Betriebszustands kann beispielsweise eine Überlast anzeigen, oder einen Betrieb bei einer Schwingungsfrequenz, die einer vorab ermittelten Eigenfrequenz des Spannungswellengetriebes oder einer seiner Komponenten entspricht. Es kann auch eine Funktionseinschränkung für den Betrieb, z.B. durch Überratschen oder Überspringen einer Zahnradposition durch Verschleiß oder Überlast angezeigt werden. Ein konkreter Schaden können z.B. Risse im Flex-Spline oder Laufbahnschäden im Flex-Spline sein. Diese können durch die Schwingungsanalyse ermittelt werden, da durch Risse etc. definierte Frequenzänderungen vorhanden sind, die im Vergleich mit dem charakteristischen Schwingungsverhalten deutlich unterschiedlich sind. Bei einem Erfassen einer Funktionsstörung wie einem Überratschen bzw. Überspringen eines Zahnrads, was z.B. durch abgenutzte Zahnräder erfolgen kann, kann diese Störung ebenfalls ermittelt werden. Insofern kann durch das Verfahren sowohl ein konkreter Schaden an einer Komponente als auch ein durch eine defekte Komponente vorhandener Funktionsschaden ermittelt und entsprechend angezeigt werden.The representation of a critical operating state can, for example, indicate an overload, or an operation at an oscillation frequency which corresponds to a previously determined natural frequency of the stress wave transmission or one of its components. A functional restriction for the operation can also be displayed, e.g. by ratcheting or skipping a gear position due to wear or overload. Specific damage can be, for example, cracks in the flex spline or career damage in the flex spline. These can be determined by the vibration analysis, as there are defined frequency changes due to cracks etc., which are clearly different in comparison with the characteristic vibration behavior. When a malfunction is detected, such as a ratcheting or skipping of a gearwheel, which can occur, for example, due to worn gears, this malfunction can also be determined. In this respect, the method can determine both specific damage to a component and functional damage that is present due to a defective component and can be displayed accordingly.

Die Anzeige kann dabei lediglich eine einfache Warnung z.B. in Form einer Warnleuchte am Getriebe oder der Anlage sein. Sie kann aber auch z.B. eine farbige oder leuchtende Markierung des geschädigten Bauteils z.B. in einer in einem Programm einer Anlagenüberwachung vorgesehenen Darstellung des Spannungswellengetriebes und dessen Komponenten bzw. Bauteile sein.The display can only be a simple warning, e.g. in the form of a warning light on the gearbox or the system. However, it can also be, for example, a colored or luminous marking of the damaged component, e.g. in a representation of the stress wave transmission and its components or parts provided in a system monitoring program.

Die Restlebensdauer bzw. verbleibende Restlebensdauer kann z.B. mittels einer Skala angezeigt werden, z.B. farbig oder lediglich in Form abnehmender Balkenlänge oder Balkenanzahl wie bei einer Tankanzeige. Sie kann aber auch eine Anzeige mit konkreten Werten bzw. Zahlen sein, welche z.B. die Tage bis zu einer nötigen Wartung bzw. einem nötigen Austausch eines Bauteils anzeigt.The remaining service life or remaining service life can be displayed e.g. by means of a scale, e.g. in color or simply in the form of decreasing bar length or number of bars as in a fuel gauge. However, it can also be a display with specific values or numbers, which e.g. shows the days until a necessary maintenance or a necessary replacement of a component.

Ferner wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches dazu eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt ist auf einer Auswerteeinrichtung ausführbar.Furthermore, a computer program product is proposed which is set up to carry out the described method. The computer program product can be executed on an evaluation device.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which shows details according to the invention, and from the claims. The individual features can each be implemented individually or collectively in any combination in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Spannungswellengetriebes gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
3a zeigt eine schematische Darstellung eines in einem Vorversuch ermittelten vorgegebenen Körperschallverlaufs.
3b zeigt ein Diagramm mit einer mittels Regression ermittelten Geraden zur Durchführung eines Verfahrensschritts gemäß der vorliegenden Erfindung.

Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

1 shows a schematic representation of a stress wave transmission according to an embodiment of the present invention.
2 shows a schematic representation of a process sequence according to an embodiment of the present invention.
3a shows a schematic representation of a predetermined structure-borne noise curve determined in a preliminary test.
3b shows a diagram with a straight line determined by means of regression for performing a method step according to the present invention.

In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following description of the figures, the same elements or functions are provided with the same reference symbols.

Die Erfindung lässt sich bei unterschiedlichen Typen von Spannungswellengetrieben anwenden, z.B. bei Getrieben in Hutbauform, aber auch bei Getrieben in Topfbauform. Ein Spannungswellengetriebe 1 wird auch als Harmonic Drive oder Wellengetriebe bezeichnet, wobei es sich immer um dieselbe Getriebeart handelt. Spannungswellengetriebe 1 werden in der Robotik eingesetzt, aber auch in anderen Bereichen, in denen ein Getriebe mit wenig Spielverlust über die Lebensdauer und einer großen Übersetzung benötigt wird.The invention can be used with different types of stress wave gears, for example with gears in hat design, but also with gears in cup design. A tension wave transmission 1 is also referred to as harmonic drive or shaft gear, which is always the same type of gear. Tension wave gear 1 are used in robotics, but also in other areas where a gear with little backlash loss over the service life and a large gear ratio is required.

Ziel der Erfindung ist es, den momentanen Belastungszustand des Spannungswellengetriebes 1 nicht über die bereits bekannten Dehnungsmesstreifen DMS oder magnetoristriktive Messmethodik zu ermitteln, sondern aus der Schwingungscharakteristik, die das Spannungswellengetriebe 1 in einem bestimmten Belastungsfall erfüllt. Ein solcher Belastungsfall wird durch an das Getriebe anliegende Drehmomente und/oder Drehzahlen hervorgerufen.The aim of the invention is to determine the current load state of the stress wave transmission 1 not to be determined via the already known strain gauges DMS or magnetoristrictive measurement methodology, but from the vibration characteristics of the stress wave transmission 1 fulfilled in a certain load case. Such a load case is caused by torques and / or speeds applied to the transmission.

Der grundsätzliche Aufbau eines Spannungswellengetriebes 1 ist bekannt und wird hier deshalb nicht im Detail beschrieben. Es werden lediglich die in 1 gezeigten Hauptbestandteile und deren Zusammenwirken kurz erläutert. Das Getriebebauteil bzw. Circular Spline CS ist ein stationäres, d.h. ein ortsfestes Getriebebauteil. Das Übertragungsbauteil bzw. Flex-Spline FS ist ein flexibles Getriebebauteil und bildet in der in 1 gezeigten Ausführung den Abtrieb. Das Hauptlager HL mit dem Radialwellendichtring RWDR befindet sich zwischen Flex-Spline FS und Circular Spline CS und kann als Wälzlager mit Lageraußenring und Lagerinnenring ausgeführt sein. Das mit FL bezeichnete flexible Lager dient als Antriebslager. Der in der Regel elliptisch geformte Wellengenerator WG dient als Antriebsbauteil und ist verbindbar mit einem elektrischen Antriebsmotor. Der Wellengenerator WG steht mit dem außenverzahnten Flex-Spline FS derart über ein Wälzlager in Eingriff, dass der Flex-Spline FS und die Außenverzahnung verformt wird. Die Außenverzahnung wird dabei durch das Antriebsbauteil so verformt, dass sie in einem Verzahnungsbereich partiell mit der Innenverzahnung in Eingriff steht. Genauer stehen die Verzahnungen der beiden Bauteile an zwei gegenüberliegenden Stellen des Umfangs miteinander in Eingriff. Zum Betrieb des Spannungswellengetriebes 1 wird das innerhalb des Circular Spline CS angeordnete flexible Flex-Spline FS über den Wellengenerator WG in Umfangsrichtung, also rotatorisch, bewegt, wobei aufgrund der unterschiedlichen Anzahl der Zähne eine entsprechende Übersetzung bzw. Untersetzung erfolgt.The basic structure of a voltage wave gear 1 is known and is therefore not described in detail here. Only the in 1 The main components shown and their interaction are briefly explained. The gear component or circular spline CS is a stationary, ie a stationary gear component. The transmission component or flex spline FS is a flexible transmission component and forms in the in 1 the output shown. The main camp HL with the radial shaft seal RWDR is located between the flex spline FS and Circular Spline CS and can be designed as a roller bearing with a bearing outer ring and bearing inner ring. That with FL designated flexible bearing serves as a drive bearing. The usually elliptically shaped Wave generator Flat share serves as a drive component and can be connected to an electric drive motor. The wave generator Flat share stands with the externally toothed flex spline FS in such a way via a roller bearing that the flex-spline FS and the external teeth are deformed. The external toothing is deformed by the drive component in such a way that it is partially in engagement with the internal toothing in a toothed area. More precisely, the teeth of the two components are in engagement with one another at two opposite points on the circumference. For operating the voltage wave gear 1 this becomes within the circular spline CS arranged flexible flex spline FS via the wave generator Flat share moved in the circumferential direction, that is to say rotatory, with a corresponding translation or reduction taking place due to the different number of teeth.

Der zur Messung des Schwingungsverhaltens des Spannungswellengetriebes 1 vorgesehene Schwingungsaufnehmer BS ist ein Körperschallsensor und kann als Beschleunigungsaufnehmer ausgeführt sein. Er ist vorteilhaft an einem Bereich des des Getriebebauteils, d.h. des Circular Splines CS angeordnet. Er kann auch an einer anderen Komponente bzw. Position im Getriebe angeordnet sein, welche vorzugsweise eine nichtdrehende Komponente ist. Vorteilhaft ist er an demselben Bereich angeordnet, an dem er im Vorverfahren V zur Ermittlung des charakteristischen Schwingungsverhaltens angeordnet wurde. Dies ist vor allem dann zu beachten, wenn Werte des charakteristischen Schwingungsverhaltens aus einer an einem Getriebe für eine Vielzahl an baugleichen Getrieben durchgeführten Messung verwendet werden.The one for measuring the vibration behavior of the stress wave gear 1 provided vibration transducers BS is a structure-borne sound sensor and can be designed as an accelerometer. It is advantageous in a region of the transmission component, ie the circular spline CS arranged. It can also be arranged at another component or position in the transmission, which is preferably a non-rotating component. It is advantageously arranged in the same area in which it was arranged in the preliminary process V for determining the characteristic vibration behavior. This is especially important when using values of the characteristic vibration behavior from a measurement carried out on a transmission for a large number of identical transmissions.

Das Spannungswellengetriebe 1 kann selbst über eine Auswerteeinrichtung 2 verfügen, welche die entsprechenden Berechnungen und Vergleiche durchführt. Die Auswerteeinrichtung 2 kann beispielsweise unmittelbar dem Schwingungsaufnehmer BS zugeordnet sein.The tension wave gear 1 can even use an evaluation device 2 which carries out the corresponding calculations and comparisons. The evaluation device 2 can for example directly to the vibration sensor BS be assigned.

Alternativ kann der Schwingungsaufnehmer BS dazu eingerichtet sein, die während des Betriebs ermittelten Messwerte an eine Auswerteeinrichtung 2 außerhalb des Schwingungsaufnehmers BS, vorteilhaft außerhalb des Spannungswellengetriebes 1 zu übermitteln. Die Übermittlung kann kabellos oder kabelgebunden erfolgen. Eine außerhalb des Spannungswellengetriebes 1 vorgesehene Auswerteeinrichtung 2 kann eine zentrale Auswerteeinheit innerhalb einer Anlagenüberwachung sein, welche noch weitere Aufgaben erfüllen kann, z.B. die Steuerung der gesamten Anlage, in der das zu überwachende Spannungswellengetriebe 1 verbaut ist.Alternatively, the vibration sensor BS be set up to send the measured values determined during operation to an evaluation device 2 outside of the vibration sensor BS , advantageously outside of the voltage wave gear 1 to submit. The transmission can be wireless or wired. One outside of the stress wave gear 1 provided evaluation device 2 can be a central evaluation unit within a system monitoring system, which can also perform other tasks, for example the control of the entire system in which the voltage wave transmission to be monitored 1 is installed.

Grundlage für die vorgeschlagenen Verfahren ist eine in einem Vorverfahren V ermittelte, initiale detaillierte Schwingungsanalyse des Spannungswellengetriebes 1, die unter vorgegebenen Betriebs- bzw. Belastungsbedingungen im Labor durchgeführt wird. Als Messwertgeber ist dabei z.B. ein Schwingungsaufnehmer BS vorgesehen, vorteilhaft in Form eines Körperschallsensors oder Beschleunigungssensors, wie in 1 gezeigt. Der Schwingungsaufnehmer kann beispielsweise als ein 3D-Schwingungsaufnehmer ausgeführt sein. Dieser wird vorteilhaft an einem nicht drehenden Teil des Getriebes, z.B. in oder an der Circular Spline CS des Spannungswellengetriebes 1, angeordnet. Jedem Betriebspunkt, also insbesondere jedem Drehmoment und/oder jeder Drehzahl, ist ein charakteristisches Schwingungsverhalten zugeordnet, welches vorteilhaft exemplarisch im Laborversuch mittels einer Frequenzanalyse bzw. Körperschallanalyse, oder in bestimmten Fällen auch mittels Simulation, ermittelt werden kann. Das charakteristischen Schwingungsverhalten des Spannungswellengetriebes 1 wird unter verschiedenen Belastungszuständen, also Beaufschlagung mit unterschiedlichen Drehmomenten und Drehzahlen, analysiert und ist damit für dieses Spannungswellengetriebe 1 bzw. für die gesamte Baureihe für jeden analysierten Betriebspunkt bekannt.The basis for the proposed method is an initial, detailed vibration analysis of the stress wave transmission determined in a preliminary method V 1 which is carried out in the laboratory under specified operating or load conditions. A vibration sensor, for example, is used as the measuring transducer BS provided, advantageously in the form of a structure-borne noise sensor or acceleration sensor, as in 1 shown. The vibration sensor can be designed, for example, as a 3D vibration sensor. This is advantageous on a non-rotating part of the gear, for example in or on the circular spline CS of the stress wave gear 1 , arranged. Each operating point, in particular each torque and / or each speed, is assigned a characteristic vibration behavior, which can advantageously be determined in a laboratory test using a frequency analysis or structure-borne sound analysis, or in certain cases also by means of simulation. The characteristic vibration behavior of the stress wave gear 1 is analyzed under different load conditions, i.e. application of different torques and speeds, and is therefore for this stress wave transmission 1 or known for the entire series for each analyzed operating point.

Für eine Ausführung des Verfahrens werden zumindest so viele Betriebspunkte betrachtet, dass das charakteristische Schwingungsverhalten über die gesamte Lebensdauer des Getriebes in einer Verlaufskurve als vorgegebener Körperschallverlauf abgebildet werden kann. Dabei kann jedem Betriebspunkt ein Drehmoment und eine Drehzahl zugeordnet werden. Der vorgegebenen Körperschallverlauf in Form der genannten Verlaufskurve entspricht somit dem charakteristischen Schwingungsverhalten über die Lebensdauer des Spannungswellengetriebes.For an implementation of the method, at least as many operating points are considered that the characteristic vibration behavior over the entire service life of the transmission can be mapped in a curve as a predetermined structure-borne noise curve. A torque and a speed can be assigned to each operating point. The specified structure-borne noise curve in the form of the curve mentioned thus corresponds to the characteristic vibration behavior over the life of the stress wave transmission.

In 3a ist ein solcher Körperschallverlauf über die Lebensdauer eines Spannungswellengetriebes 1 gezeigt. Dabei ist auf der Abszissenachse die Betriebsdauer in Prozent einer gesamten Lebensdauer des Spannungswellengetriebes 1 aufgetragen. Dabei entsprechen 100 Prozent der gesamten Lebensdauer des Spannungswellengetriebes 1, sodass das Lebensdauerende bei 100 Prozent liegt. Auf der Ordinatenachse ist ein Schallpegel aufgetragen, der beispielsweise als Schalldruckpegel in der Einheit Dezibel angegeben sein kann.In 3a is such a structure-borne noise curve over the service life of a stress wave transmission 1 shown. The operating time is on the abscissa axis as a percentage of a total service life of the stress wave transmission 1 applied. 100 percent corresponds to the entire service life of the stress wave gear 1 so that the end of service life is 100 percent. A sound level is plotted on the ordinate axis, which can be specified, for example, as a sound pressure level in the unit decibel.

Der dargestellte vorgegebene Körperschallverlauf bzw. das charakteristische Schwingungsverhalten zeigt dabei eine Einlaufphase, bei der sich der Schallpegel vom einem höheren Niveau innerhalb kurzer Zeit abschwächt, um dann für die Normal- bzw. Hauptbetriebsphase mit leicht ansteigender Tendenz auf niedrigem Niveau zu verharren. Zu einem späteren Zeitpunkt innerhalb der gesamten Lebensdauer des Spannungswellengetriebes, z.B. bei 80%, steigt der Schallpegel dann wieder mit größerem Gradienten an. Dieser charakteristische Verlauf ist bezüglich seiner absoluten Werte abhängig von den Betriebsbedingungen wie Belastung, Einbaubedingungen etc. Es wird aber angenommen und ist durch Versuche belegt, dass die Verläufe bezüglich der Form der Verlaufskurve immer sehr ähnlich sind.The specified structure-borne noise curve shown or the characteristic vibration behavior shows a running-in phase in which the sound level decreases from a higher level within a short time, and then remains at a low level for the normal or main operating phase with a slightly increasing tendency. At a later point in time within the entire life of the stress wave transmission, e.g. at 80%, the sound level then rises again with a larger gradient. In terms of its absolute values, this characteristic curve depends on the operating conditions such as load, installation conditions, etc. However, it is assumed and has been proven by tests that the curves are always very similar in terms of the shape of the curve.

Um den aktuellen Lebensdauerzustand des Spannungswellengetriebes 1 zu einem beliebigen Zeitraum innerhalb der gesamten Lebensdauer zu bestimmen, werden die Schallpegelwerte für einen bestimmten Auswertezeitraum t1-t2 ermittelt und einer Analyse, vorteilhaft einer Regressionsanalyse, unterzogen, wie in 3b gezeigt. Hier wird der Schallpegel über die Zeit t gezeigt. Durch eine lineare Regression wird die Steigung, d.h. ein Steigungswert, einer Geraden durch die Messpunkte innerhalb des Auswertezeitraums t1 bis t2 mittels einer vorgegebenen Methode wie Best Fit bzw. kleinste quadratische Abweichung zu den analysierten Messpunkten ermittelt.To the current service life of the voltage wave gear 1 The sound level values for a specific evaluation period are to be determined at any time within the entire service life t1-t2 determined and subjected to an analysis, advantageously a regression analysis, as in 3b shown. Here is the sound level over time t shown. A linear regression is used to determine the slope, ie a slope value, of a straight line through the measurement points within the evaluation period t1 to t2 using a predetermined method such as best fit or the smallest square deviation from the analyzed measurement points.

Der im laufenden Betrieb ermittelte Verlauf des Schallpegels wird mit der im Vorverfahren, z.B. im Labor, ermittelten Verlaufskurve, also dem in 3a gezeigten vorgegebenen Körperschallverlauf, verglichen. Dazu wird in der Verlaufskurve des vorgegebenen Körperschallverlaufs derjenige Punkt gesucht, bei dem die Tangentensteigung der Verlaufskurve mit dem ermittelten Steigungswert der Geraden übereinstimmt. Dieser ist in 3a als „Aktueller Produktlebensdauerpunkt“ bezeichnet. An diesem Punkt kann der zugehörige Abszissenwert als prozentualer Lebensdauerwert ausgelesen werden. Im vorliegend dargestellten Beispiel sind das 55 Prozent. Bei der Aufbereitung der Verlaufskurve für den vorgegebenen Körperschallverlauf wird idealerweise erreicht, dass die Verlaufskurve im relevanten Bereich keinen Wendepunkt enthält, sich also für jeden Steigungswert nur genau ein Kurvenpunkt finden lässt.The course of the sound level determined during operation is compared with the course curve determined in the preliminary procedure, e.g. in the laboratory, i.e. the curve in 3a shown predetermined structure-borne noise curve compared. For this purpose, the point at which the tangent slope of the profile curve corresponds to the ascertained slope value of the straight line is searched for in the profile curve of the specified structure-borne noise profile. This is in 3a referred to as "Current Product Life Point". At this point, the associated abscissa value can be read out as a percentage service life value. In the example shown here, that's 55 percent. When preparing the course curve for the specified structure-borne noise course, it is ideally achieved that the course curve does not contain a turning point in the relevant area, i.e. only exactly one curve point can be found for each slope value.

Aus dem ermittelten Abszissenpunkt kann die Belastung bzw. ein Schädigungsanteil für den jeweiligen Betriebspunkt abgeleitet werden. Der so ermittelte relative bzw. prozentuale Lebensdauerwert zeigt, wieviel der gesamten Lebensdauer bereits verbraucht ist. Wird dieser prozentuale Lebensdauerverbrauch in Relation zur bekannten absoluten Betriebsdauer des Getriebes, beispielsweise in Stunden, gesetzt, so kann dadurch die verbleibende Restlebensdauer, beispielsweise in Stunden, prognostiziert werden.The load or a portion of damage for the respective operating point can be derived from the determined abscissa point. The relative or percentage service life value determined in this way shows how much of the entire service life has already been used. If this percentage of service life consumption is set in relation to the known absolute service life of the transmission, for example in hours, then the remaining service life, for example in hours, can be forecast.

In dem beschriebenen Verfahren wird also in einem ersten Schritt S1 innerhalb eines Auswertezeitraums mit konstanten Betriebsbedingungen, also konstanter Drehzahl und konstantem Drehmoment, also ein Verlauf des aktuell gemessenen Körperschallsignal ermittelt. Daraus können in einem zweiten Schritt S2 mittels bekannten mathematischen Verfahren und einem Vergleich mit im Vorverfahren V ermittelten Referenzwerten Schädigungsanteile berechnet werden. Daraus lässt sich in einem dritten Schritt S3 die Restlebensdauer berechnen bzw. prognostizieren. Ferner lässt sich durch die Aufsummierung der Schädigungsanteile aus mehreren Betriebszuständen bzw. Auswertezeiträumen die Restlebensdauer der Bauteile des Spannungswellengetriebes 1 und damit des Spannungswellengetriebes 1 selbst bestimmen.In the described method, in a first step S1, a course of the currently measured structure-borne noise signal is determined within an evaluation period with constant operating conditions, that is to say constant speed and constant torque. From this, in a second step S2, damage proportions can be calculated using known mathematical methods and a comparison with reference values determined in the preliminary method V. From this, in a third step S3, the remaining service life can be calculated or forecast. Furthermore, by adding up the damage proportions from several operating states or evaluation periods, the remaining service life of the components of the stress wave transmission can be determined 1 and thus the stress wave transmission 1 determine yourself.

Zusätzlich zur Erfassung des momentanen Belastungszustands des Spannungswellengetriebes 1 kann mit den Sensordaten auch eine Schadenserkennung realisiert werden. Das heißt, dass beispielsweise Risse im Flex-Spline FS, Laufbahnschäden im Flex-Spline FS, Schäden an der Verzahnung und andere, sich in der Schwingungscharakteristik niederschlagende Schäden frühzeitig erkannt werden können. Somit können entsprechende Wartungsmaßnahmen oder ein Austausch von Komponenten frühzeitig geplant werden.In addition to recording the current load status of the stress wave transmission 1 the sensor data can also be used to detect damage. This means that, for example, cracks in the flex spline FS , Career damage in the flex spline FS , Damage to the toothing and other damage that is reflected in the vibration characteristics can be detected at an early stage. Corresponding maintenance measures or the replacement of components can thus be planned in good time.

Ferner kann eine Visualisierung der erkannten Schädigungsanteile, Schäden oder der Restlebensdauer erfolgen. Es kann eine Anzeigeeinheit 3 am Spannungswellengetriebe 1, genauer einem nach außen sichtbaren Bereich der Anlage, in welcher das Spannungswellengetriebe 1 verbaut ist, vorgesehen sein. Es kann aber auch eine Übermittlung des Ergebnisses zur Anzeige nach außerhalb des Spannungswellengetriebes 1 erfolgen oder ein bereits außerhalb des Spannungswellengetriebes 1 ermitteltes Ergebnis an einer separaten oder einer in der Auswerteeinrichtung 2 integrierten Anzeigeeinheit 3 visualisiert werden.Furthermore, the identified damage components, damage or the remaining service life can be visualized. It can be a display unit 3 on the tension wave gear 1 , more precisely an outwardly visible area of the system in which the stress wave transmission 1 is installed, be provided. However, the result can also be transmitted outside the voltage wave transmission for display 1 take place or an already outside of the voltage wave transmission 1 determined result on a separate or one in the evaluation device 2 integrated display unit 3 can be visualized.

Die Visualisierung kann durch eine Warnleuchte erfolgen, welche z.B. durch Blinken und/oder eine farbige Anzeige eine Notwendigkeit für eine Wartung anzeigt. Es kann aber auch z.B. in einer Anlagenüberwachung oder an der Anlage selbst eine detaillierte Anzeige einer konkreten Schädigung erfolgen, z.B. indem in einem Anlagenmodell der Circular Spline CS oder die Flex-Spline FS leuchtet, wenn es dort zu einer Überlast kommt. Oder die Gefahr wird konkret als Text angezeigt. Es können also kritische Betriebszustände durch entsprechende Anzeigen visualisiert werden. Ferner kann beispielsweise ein Lebensdauerverbrauch visualisiert werden, indem eine Art Skala oder Tankanzeige vorgesehen ist, welche die Restlebensdauer anzeigt. Auch kann eine Warnung in Form einer Textnachricht an eine entsprechende Stelle, z.B. ein mobiles Endgerät oder eine Anlagenüberwachung gesendet werden.The visualization can be done by a warning light, which for example by flashing and / or a colored display indicates a need for maintenance. However, a detailed display of specific damage can also take place, for example, in a system monitoring system or on the system itself, for example by using the circular spline in a system model CS or the flex spline FS lights up if there is an overload there. Or the danger is specifically displayed as text. Critical operating states can therefore be visualized using appropriate displays. Furthermore, for example, a service life consumption can be visualized in that a type of scale or fuel gauge is provided which shows the remaining service life. A warning can also be sent in the form of a text message to an appropriate point, for example a mobile device or a system monitoring system.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können nicht nur, wie in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erwähnt, Schäden am Flex-Spine FS erkannt werden. Es kann vielmehr ein Rückschluss auf weitere Komponenten wie die Verzahnung und das flexible Lager FL getroffen werden.With the proposed method can not only, as described in the Embodiment mentioned, damage to the flex spine FS be recognized. Rather, it can draw conclusions about other components such as the gearing and the flexible bearing FL to be hit.

Allgemein können kritische Betriebszustände erkannt bzw. vermieden werden, sowie Schädigungsanteile oder Belastungen auch von einzelnen Komponenten erkannt werden, wie eine Verschmutzung, eine Überlast, was auf Schäden an der Verzahnung schließen lässt, ein Bauteilfehler, ein (übermäßiger) Verschleiß, ein Mangel an Schmiermittel oder eine unzureichende Schmiermittelverteilung.In general, critical operating states can be identified or avoided, and damage or loads can also be identified from individual components, such as contamination, overload, which suggests damage to the toothing, a component fault, (excessive) wear, a lack of lubricant or insufficient lubricant distribution.

Die Erfindung ist für alle Arten von Spannungswellengetrieben verwendbar.The invention can be used for all types of stress wave gears.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: SpannungswellengetriebeTension wave gear
FSFS: Flex-Spline / ÜbertragungsbauteilFlex-Spline / transmission component
CSCS: Circular Spline / GetriebebauteilCircular spline / gear component
WGFlat share: Wellengenerator / AntriebsbauteilShaft generator / drive component
BSBS: SchwingungsaufnehmerVibration sensor
FLFL: Flexibles Lager/ AntriebslagerFlexible bearing / drive bearing
HLHL: HauptlagerMain camp
RWDRRWDR: RadialwellendichtringRadial shaft seal
22: AuswerteeinrichtungEvaluation device
33: AnzeigeeinheitDisplay unit
t1-t2t1-t2: AuswertezeitraumEvaluation period
tt: Zeittime

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 10321210 B4 [0003]
DE 102004041394 B4 [0003]
US 20180246489 A1 [0003]

Claims

Stress wave transmission (1), characterized in that it is equipped with at least one vibration sensor (BS), the signals of which are used to determine load data and / or are further processed to provide information about the state of the transmission and / or to identify critical operating states.

Tension wave gear (1) Claim 1 , wherein the stress wave transmission comprises a drive component (WG), an elastically deformable transmission component (FS) with an external toothing and a transmission component (CS) with an internal toothing, the external toothing being deformed by the drive component (WG) so that it is partially in a toothing area can be brought into engagement with the internal toothing, the internal toothing and the external toothing having an unequal number of teeth, and wherein the transmission component (FS) and the gear component (CS) can be rotated relative to one another by a rotational movement of the drive component (WG), characterized in that that the vibration sensor (BS) is arranged on a non-rotating component of the stress wave transmission (1), in particular on the transmission component (CS).

Tension wave gear (1) Claim 1 or 2 , characterized in that - the vibration sensor (BS) is set up to measure the vibration behavior of at least a part of the stress wave transmission (1) during operation, and - either the vibration sensor (BS) has an evaluation device on which a computer program product is used Determination of load data and / or for further processing of statements about the transmission status and / or for the detection of critical operating states based on the signals of the vibration sensor (BS) is implemented, or - an evaluation device (2) in communication with the vibration sensor (BS) is provided is that the vibration transducer (BS) can transfer measured data there for evaluation, with a computer program product on the evaluation device (2) for determining load data and / or for further processing statements about the gear state and / or for identifying critical operating states nde is implemented based on the signals from the vibration sensor (BS).

Method for a stress wave transmission (1), in particular for a stress wave transmission (1) according to one of the preceding claims, for determining the instantaneous load data of the stress wave transmission, including the speed and torque, the signal of the vibration sensor (BS) being subjected to an order analysis for this purpose and the order spectrum determined is compared with the order spectra determined in preliminary tests.

Procedure according to Claim 4 From the load data determined on the basis of a mathematical damage model, damage proportions are determined and added up for a selected observation period in each case, with a damage sum determined in this way representing the currently consumed service life, the currently consumed service life being shown in particular in the form of a percentage service life consumption.

Procedure according to Claim 4 or 5 , with vibrations associated with individual components of the stress wave transmission (1) being compared with the values specified from the load data, and if a difference outside a specified tolerance range is determined, damage to the component is assumed.

Procedure according to Claim 6 A faulty transmission state is detected from a comparison of the respective result values by comparison with reference values, the faulty transmission state in particular including contamination of individual components of the transmission, overload, component faults, wear and lack of lubricant, or inadequate lubricant distribution.

Method for a stress wave transmission (1), in particular for a stress wave transmission (1) according to one of the Claims 1 to 3 , to determine a service life consumption, whereby a comparison with a predetermined structure-borne noise curve over the service life of the stress wave transmission is carried out with the following steps: - In a first step (S1), a current vibration behavior is measured over an evaluation period during operation of the stress wave transmission (1) and Subject to analysis in such a way that a slope value of a straight line is determined by the measured vibration behavior during the evaluation period, and - in a second step (S2), an abscissa point of the specified structure-borne noise curve is determined, at which the tangent slope of the curve of the specified structure-borne noise curve with the determined slope value of Straight line coincides, and - in a third step (S3), a percentage service life consumption of the stress wave transmission is determined as a function of the ascertained abscissa point.

Procedure according to the Claim 5 or 8th , whereby the percentage of service life consumption is set in relation to the previous service life of the gearbox in order to predict the remaining service life.

Method for a stress wave transmission (1), in particular for a stress wave transmission (1) according to one of the Claims 1 to 3 , whereby a frequency analysis takes place from the structure-borne noise signal and is compared with natural frequencies previously determined for the transmission in order to identify a critical operating state.

Method according to one of the Claims 4 to 10 , whereby a measure is initiated if - the predicted remaining service life of the transmission has reached or fallen below a specified limit value, or - the percentage consumption of the service life of the transmission has reached or exceeded a specified limit value, or - a deviation from a specified tolerance range is determined, or - a critical operating state has been identified, or - a damage state has been identified.

Procedure according to Claim 11 wherein the measure is a visualization of predetermined information, at least including a representation of a critical operating state, a predicted remaining service life, a transmission state or a specific damage.

Procedure according to Claim 12 , whereby the visualization takes place by means of a display on a display unit assigned to the voltage wave transmission (1) and / or after transmission to an external display unit (3).

Computer program product which is set up to implement a method according to one of the Claims 4 to 13 to be carried out, and which can be carried out on an evaluation device (2).