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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Überwachen der Nutzung einer Maschinenkomponente gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Überwachen der Nutzung einer Maschinenkomponente gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
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Es ist bekannt, Maschinenkomponenten, wie beispielsweise Lageranordnungen, in verschiedenen Maschinen oder industriellen Anlagen zu verwenden. Um den Zustand solcher Maschinenkomponenten zu überwachen und Schäden oder Ausfälle der gesamten Anlage zu vermeiden, ist es bekannt, die Maschinenkomponenten über Sensoren zu überwachen.
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In bisherigen Systemen ist es üblich, dass die jeweiligen Maschinenkomponenten sowie die entsprechende Überwachung der Komponenten durch den Betreiber der Anlage gekauft und in die Anlage eingebaut werden. Unabhängig von der tatsächlichen Nutzung der jeweiligen Maschinenkomponente wird daher die Komponente vollständig gekauft. Zusätzlich werden eine entsprechende Überwachung bzw. Überwachungseinheit gekauft und eingebaut, unabhängig von dem tatsächlich erforderlichen Umfang der Überwachung, der beispielsweise auch im Laufe der Zeit variieren kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Überwachung einer Maschinenkomponente basierend auf einer tatsächlichen Nutzung der Maschinenkomponente zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zum Überwachen der Nutzung einer Maschinenkomponente gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Überwachen der Nutzung einer Maschinenkomponente gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
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Die Vorrichtung zum Überwachen der Nutzung einer Maschinenkomponente, beispielsweise einer Lageranordnung in einer industriellen Anlage oder ähnlichem, weist einen Sensor zum Messen von Betriebsparametern der Maschinenkomponente auf. Der Sensor kann dabei insbesondere direkt in oder an einer Maschinenkomponente angeordnet sein.
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Die Vorrichtung weist des Weiteren eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die gemessenen Betriebsparameter zu empfangen und die Nutzung der Maschinenkomponente basierend auf den gemessenen Betriebsparametern zu überwachen. Bei den Betriebsparametern kann es sich beispielsweise um die Anzahl der Betriebsstunden, die Anzahl der Umdrehungen, einen Winkel, eine Rotationsrichtung, eine Temperatur, eine Beschleunigung, eine chemische Zusammensetzung (z.B. eines Schmiermittels), einen Widerstand, einen Strom, eine Spannung, einen Zustand des Schmiermittels, etc. handeln. Durch alle diese Betriebsparameter ist es möglich, eine Nutzung sowie den Betriebszustand der Maschinenkomponente zu bestimmen.
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Bei dem Sensor, der in der Maschinenkomponente oder an einer Maschinenkomponente vorhanden ist, kann es sich beispielsweise um einen Schwingungssensor, einen Temperatursensor, einen Stromsensor oder ähnliches handeln. Ein solcher Sensor kann zum Beispiel in einer Dichtung eines Lagers oder in einer anderen Lagerkomponenten integriert sein und ist damit fest mit dem Lager verbunden, um die Nutzung des Lagers zu erfassen. Die durch den Sensor erfassten Betriebsparameter können über ein Kabel, ein optisches System (wie beispielsweise eine LED, Fotodiode oder Glasfaser), ein induktives Feld (wie beispielsweise NFC oder RFID) oder kabellose Systeme (wie beispielsweise WLAN etc.) an die Steuereinheit übertragen werden.
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Sobald die Steuereinheit die Nutzung der Maschinenkomponente bestimmt hat, wird die Nutzung der Maschinenkomponente an eine Serviceeinheit der Vorrichtung weitergeleitet. Die Serviceeinheit kann dann basierend auf der Nutzung der Maschinenkomponente weitere Dienste bereitstellen. Auf diese Weise ist es möglich, die weiteren Dienste von der tatsächlichen Nutzung abhängig zu machen und nur basierend auf einer tatsächlichen Nutzung der Maschinenkomponente bereitzustellen. Wird die Anlage oder das Gerät, in der die Maschinenkomponente eingebaut ist, gerade nicht genutzt, werden daher, wenn gewünscht, auch keine weiteren Dienste bereitgestellt.
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Durch die hier beschriebene Vorrichtung ist es somit möglich, eine Maschinenkomponente nicht zu kaufen, sondern lediglich zu „mieten“. Die Nutzung des Produkts, d. h. der Maschinenkomponente sowie der unter Umständen bereitgestellten weiteren Dienste, kann somit im gewünschten Umfang abgerechnet werden. Dies ermöglicht ein sogenanntes „pay per use“-Modell von Maschinenkomponenten.
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Bei der Nutzung der Maschinenkomponente kann es sich insbesondere um eine aktuelle Betriebsdauer der Maschinenkomponente handeln. Das bedeutet, dass durch die Vorrichtung bestimmt werden kann, wie lange die Maschinenkomponente tatsächlich in Betrieb ist. Basierend darauf kann dann die Serviceeinheit weitere Dienste bereitstellen. Beispielsweise kann die Serviceeinheit bestimmen, ob die aktuelle Betriebsdauer kleiner oder gleich einer vordefinierten Betriebsdauer ist, und wenn ja, die weiteren Dienste bereitstellen. Im Gegenzug kann die Serviceeinheit auch bestimmen, ob die aktuelle Betriebsdauer größer als die vordefinierte Betriebsdauer ist und dann die weiteren Dienste wieder abschalten.
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Die vordefinierte Betriebsdauer kann dabei insbesondere einem Zeitraum entsprechen, den der Betreiber der Anlage, in der die Maschinenkomponente eingebaut ist, als Nutzungsdauer gekauft hat. Die vordefinierte Betriebsdauer kann dabei als Eingabe durch einen Benutzer empfangen werden. Sollte die vordefinierte Betriebsdauer, beispielsweise die Anzahl der Betriebsstunden der Maschinenkomponente, die ursprünglich vereinbart waren, abgelaufen sein, ist es auch möglich, durch eine Benutzereingabe diese Betriebsdauer zu verlängern. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Betreiber der Anlage von dem Hersteller der Maschinenkomponente Zugangsdaten erhält, die den Betreiber in die Lage versetzen, die weiteren Dienste über den ursprünglich vereinbarten Zeitraum hinaus zu nutzen.
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Des Weiteren ist es möglich, dass die Serviceeinheit die weiteren Dienste kaskadierend basierend auf einer Freigabeinformation bereitstellt. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Betreiber der Anlage durch den Hersteller der Maschinenkomponente Zugangsdaten erhält, um je nach Bedarf sowohl die Betriebsdauer verlängern als auch weitere Dienste hinzu buchen oder wieder kündigen zu können. Diese Zugangsdaten werden der Serviceeinheit als Freigabeinformation übermittelt, um so einen „pay per use“-Betrieb zu ermöglichen.
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Bei den weiteren Diensten kann es sich beispielsweise um einen Zugriff auf die Betriebsparameter, eine Schadensüberwachung, eine Wartung und/oder eine Leistungsüberwachung handeln. Beispielsweise kann der Betreiber der Anlage entscheiden, welchen Umfang an weiteren Diensten er gerne möchte und diese werden dann entsprechend durch die Serviceeinheit kanalisiert und durch den „pay per use“-Vertragspartner bereitgestellt.
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Die weiteren Dienste können beispielsweise in unterschiedlichen Leveln angeboten werden. Ein Beispiel eines solchen kaskadierenden Dienstes wird im Folgenden beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass auch andere Einstufungen möglich sind.
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In diesem Beispiel wird in Level 1 eine Gesamtschwingungs- bzw. Schadensdetektion angeboten. Der Hersteller der Maschinenkomponente kann hierbei eine sogenannte Ampelwarnung ausgeben (grün-gelb-rot), je nach Ergebnis der Schwingungs- bzw. Schadensdetektion. Dies gibt an, ob die Maschinenkomponente Schaden nimmt, oder nicht, oder ob ein Austausch erforderlich wird.
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In Level 2 kann eine weitergehende Frequenzanalyse mit einer ausführlicheren Schadensdetektion zur Vorhersage von Wartungen durchgeführt werden, um die Gebrauchsdauer der Anlage zu verlängern. Zusätzlich zur Detektion kann hierbei auch direkt eine Wartung durch den „pay per use“-Vertragspartner angeboten werden.
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In Level 3 wird nicht nur die Überwachung und Analyse durchgeführt, sondern diese Informationen werden auch an den Anlagenbetreiber ausgegeben, wobei insbesondere Leistungsindikatoren, d. h. Hinweise über die aktuelle Leistung der Maschinenkomponente, an den Betreiber der Anlage ausgegeben werden können.
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Die Kommunikation zwischen dem Sensor, der Steuereinheit und/oder der Serviceeinheit kann verschlüsselt werden. Insbesondere kann als Verschlüsselung eine asymmetrische Verschlüsselung mit „private keys“ und „public keys“ verwendet werden. Durch die Bereitstellung der entsprechenden privaten und öffentlichen Schlüssel kann auch eine Anpassung der Bereitstellung der weiteren Dienste oder der vordefinierten Betriebsdauer ermöglicht werden.
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Die Serviceeinheit kann beispielsweise eine verschlüsselte Nachricht mit Konfigurationsdaten an die Steuereinheit senden, wobei initial vereinbarte Schlüssel verwendet werden. Die Steuereinheit kann diese Nachricht entschlüsseln und die darin enthaltenen Instruktionen zum Erzeugen eines neuen Schlüsselpaars mit einem Ablaufdatum (beispielsweise eine Anzahl von Betriebsstunden) verarbeiten. Die Steuereinheit kann somit die vordefinierte Betriebsdauer aus der empfangenen Nachricht extrahieren. Die Steuereinheit kann das neue Schlüsselpaar zu einer verschlüsselten Kommunikation mit der Serviceeinheit verwenden. Nach dem Ablaufdatum werden die Schlüssel ungültig und die Steuereinheit kann keine weitere Kommunikation mit der Serviceeinheit durchführen.
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Die initial verwendeten Schlüsselpaare bleiben gültig, sodass im Nachhinein die Steuereinheit eine verschlüsselte Nachricht von der Serviceeinheit empfangen kann, um die vordefinierte Betriebsdauer zu verlängern und neue Schlüsselpaare zu empfangen. In dieser Ausführungsform ist es somit vorgesehen, dass die Serviceeinheit und die Steuereinheit anfänglich unter einem vorab vereinbarten Schlüsselpaar kommunizieren, über welches die vordefinierte Betriebsdauer sowie der Umfang der bereitgestellten weiteren Dienste angepasst werden kann. Der Betreiber der Anlage kann beispielsweise eine Verlängerung der Betriebsdauer oder eine Anpassung des Umfangs der bereitgestellten weiteren Dienste bei dem Hersteller der Anlage bzw. der Maschinenkomponente anfordern, worauf die Serviceeinheit einen neuen Schlüssel an die Steuereinheit übermittelt. Unter Verwendung des neuen Schlüssels können dann die entsprechend angepassten weiteren Dienste verwendet werden. Die neu übermittelten Schlüssel beinhalten wieder ein Ablaufdatum bzw. eine vordefinierte Betriebsdauer, sodass nach Ablauf dieser neuen vordefinierten Betriebsdauer die Schlüssel wiederum ungültig werden und die Steuereinheit nicht mehr mit der Serviceeinheit im Umfang der weiteren Dienste kommunizieren kann.
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Die Serviceeinheit kann remote zu der Steuereinheit angeordnet sein, z.B. in einer Cloud, oder integral mit der Steuereinheit gebildet sein. In jedem Fall kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit mit der Serviceeinheit kommuniziert, um die ermittelte Nutzung der Maschinenkomponente sowie die Bereitstellung der weiteren Dienste zwischen den beiden Einheiten austauschen zu können.
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Ist die Serviceeinheit integral mit der Steuereinheit vorgesehen, kann eine Anpassung der vordefinierten Betriebsdauer bzw. die Bereitstellung der weiteren Dienste statt durch eine Kommunikation mit der Serviceeinheit über eine lokal vorhandene Datei oder Nachricht erfolgen. Hierzu kann beispielsweise ein USB-Stick eine entsprechende Nachricht oder Datei enthalten, und der USB-Stick kann in die Serviceeinheit eingeführt werden, um die Nachricht von dem USB-Stick auf die Serviceeinheit zu übertragen. Diese Nachricht kann dann wiederum verwendet werden, um die Anpassung der Bereitstellung der weiteren Dienste bzw. die Anpassung der vordefinierten Betriebsdauer vorzunehmen. Auch in diesem Fall kann in der Nachricht ein Ablaufdatum vorhanden sein, welches der vordefinierten Betriebsdauer entspricht, wobei nach Ablauf dieser vordefinierten Betriebsdauer die Bereitstellung der weiteren Dienste wiederum abgeschaltet wird. Eine Verlängerung der vordefinierten Betriebsdauer kann wie oben beschrieben durchgeführt werden, lokal oder über die Kommunikation mit der Serviceeinheit.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Überwachen der Nutzung einer Maschinenkomponente vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Messen von Betriebsparametern der Maschinenkomponente, Empfangen der gemessenen Betriebsparameter, Überwachen der Nutzung der Maschinenkomponente basierend auf den gemessenen Betriebsparametern und Bereitstellen von weiteren Diensten basierend auf der Nutzung.
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Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
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Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches einen Programmcode aufweist, der dazu ausgebildet ist, auf einem Computer die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens zu veranlassen.
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Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigt:
- 1: ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zum überwachen der Nutzung einer Maschinenkomponente.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Überwachen der Nutzung einer Maschinenkomponente 2. Bei der Maschinenkomponente 2 kann es sich beispielsweise um ein Lager oder ähnliches in einer industriellen Anlage oder einem sonstigen Gerät handeln.
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In der Maschinenkomponente 2 ist ein Sensor 4 angeordnet. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Sensor handeln, der in einer Dichtung eines Lagers fest eingebaut ist, um die Nutzung des Lagers zu erfassen. Wird die Maschinenkomponente 2, beispielsweise das Lager, verwendet, kann der Sensor 4 verschiedene Betriebsparameter erfassen, wie beispielsweise die Anzahl der Umdrehungen die Betriebsstunden, Schwingungen, Temperatur, Beschleunigung etc.
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Je nach Art des Sensors 4 (wobei auch mehrere Sensoren 4 verwendet werden können) können die entsprechenden Sensordaten erfasst und als Rohsensordaten 6 an eine optionale Sensorverarbeitungseinheit 8 weitergeleitet werden. Die Sensorverarbeitungseinheit 8 kann dazu verwendet werden, die Rohsensordaten in verarbeitete Sensordaten 10 umzuwandeln, beispielsweise um genauere Informationen über die Betriebsparameter der Maschinenkomponente 2 weiterzugeben. Die verarbeiteten Sensordaten 10 werden an eine Steuereinheit 12 weitergeleitet. Alternativ kann die Sensorverarbeitungseinheit 8 auch direkt in der Steuereinheit 12 integriert sein.
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Die Steuereinheit 12 ist dazu eingerichtet, basierend auf den Sensordaten eine Nutzung der Maschinenkomponente 2 zu bestimmen. Bei der Nutzung kann es sich insbesondere um eine aktuelle Betriebsdauer, zum Beispiel die Anzahl der Betriebsstunden, handeln. Diese ermittelte Nutzung 14 der Maschinenkomponente 2 wird dann durch die Steuereinheit 12 an eine Serviceeinheit 16 weitergeleitet.
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Die Serviceeinheit 16 kann entweder integral mit der Steuereinheit 12 angeordnet sein oder kann, wie hier gezeigt ist, remote zu der Steuereinheit 12 angeordnet sein, beispielsweise in einer Cloud. In diesem Fall kann die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 12 und der Serviceeinheit 16 bevorzugt über Funk erfolgen.
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Die Serviceeinheit 16 kann basierend auf der übertragenen Nutzung 14 weitere Dienste bereitstellen. Diese weiteren Dienste 18 können entweder direkt durch die Serviceeinheit bereitgestellt werden, beispielsweise als Anforderung einer Wartung, oder sie können an die Steuereinheit 12 ausgegeben werden, beispielsweise als Zugriff auf weitere Informationen etc. In diesem Fall kann die Steuereinheit 12 die weiteren Dienste 18 intern verwenden oder als Ausgabe an einen Betreiber der Anlage ausgeben. Die Serviceeinheit 16 kann zur Bereitstellung der weiteren Dienste 18 die Nutzung 14 der Maschinenkomponente 2 sowie die Sensordaten 10 verwenden, und zusätzliche Funktionen, wie beispielsweise eine Schadensdetektion, in der Serviceeinheit 16 durchführen. Diese Verarbeitung kann dann als weitere Dienste 18, in diesem Fall als zusätzliche Informationen, an die Steuereinheit weitergegeben werden.
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Die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 12 und der Serviceeinheit 16 kann verschlüsselt erfolgen. Insbesondere ist es hierbei möglich, dass nach Ablauf einer vordefinierten Betriebsdauer, d. h. wenn die Maschinenkomponente 2 länger als vorab freigegeben, genutzt wurde, die zur verschlüsselten Kommunikation verwendeten Schlüssel ungültig werden und keine weitere Kommunikation hinsichtlich der weiteren Dienste mehr möglich ist. Wird durch den Betreiber eine Verlängerung der vordefinierten Betriebsdauer beantragt, bzw. bestellt, kann die Serviceeinheit 16 einen neuen Schlüssel an die Steuereinheit 12 übermitteln, um wieder Zugriff auf die weiteren Dienste zu ermöglichen.
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Durch die hier vorgeschlagene Vorrichtung ist es auf einfache Weise möglich, je nach Bedarf und Umfang der Nutzung einer Maschinenkomponente weitere Funktionen bzw. Dienste für diese Maschinenkomponente zur Verfügung zu stellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Maschinenkomponente
- 4
- Sensor
- 6
- Rohsensordaten
- 8
- Sensorverarbeitungseinheit
- 10
- verarbeitete Sensordaten
- 12
- Steuereinheit
- 14
- Nutzung
- 16
- Serviceeinheit
- 18
- weitere Dienste
