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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Die Erkennung des Abnutzungsgrads der lasttragenden (Hub-) Kette bei Flurförderzeugen wie beispielsweise einem Gabelstapler ist ein wesentlicher Bestandteil von Wartungsaktivitäten und der Austausch ist sehr aufwendig. Da die Kette ein sicherheitsrelevantes Bauteil ist, wird diese als Vorsichtsmaßnahme häufig zu früh getauscht, was unnötige Kosten verursacht. Die Gefahr eines zu späten Kettenwechsels birgt die Gefahr, dass die Kette unter Last reißt und die Ladung ungebremst zu Boden fällt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Überwachen eines Zustands einer Hubkette eines Hubarbeitswerkzeugs, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Vorteilhafterweise lässt sich der Zustand einer Hubkette anhand einer akustische Messung und einer entsprechenden Auswertung ermitteln. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu einer Kettenprüfung durchgeführt werden, die durch Überprüfung von für den Menschen sichtbaren Auffälligkeiten und für den Menschen hörbaren Geräuschen der bewegten Mechanik bei Anheben und Absenken der Gabel erfolgt.
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Ein Verfahren zum Überwachen eines Zustands einer Hubkette eines Hubarbeitswerkzeugs umfasst die folgenden Schritte:
- Einlesen eines Bewegungssignals, das eine Bewegung der Hubkette anzeigt;
- Einlesen eines Geräuschsignals, das ein akustisches Geräusch der Hubkette repräsentiert, ansprechend auf das Bewegungssignal; und
- Bestimmen eines den Zustand der Hubkette anzeigenden Zustandsignals unter Verwendung des Geräuschsignals und einer Bestimmungsvorschrift, um den Zustand der Hubkette zu überwachen.
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Das Verfahren eignet sich als akustische Diagnose von Hubkettenverschleiß von Hubarbeitswerkzeugen. Somit kann das Zustandssignal der Hubkette einen Verschleißzustand der Hubkette anzeigen. Beispielsweise kann das Zustandsignal anzeigen, dass die Hubkette intakt ist oder das ein Austausch der Hubkette erforderlich ist. Das Bewegungssignal kann anzeigen, ob sich die Hubkette bewegt oder nicht bewegt. Zusätzlich oder alternativ kann das Bewegungssignal eine Bewegungsrichtung der Hubkette anzeigen. Das Bewegungssignal kann beispielsweise über eine Schnittstelle zu einer Sensorik zum Erfassen der Bewegung der Hubkette oder zu einer Steuereinrichtung zum Steuern der Bewegung eingelesen werden. Das Geräuschsignal kann über eine Schnittstelle zu einem Mikrofon eingelesen werden. Beispielsweise kann das Geräuschsignal eingelesen werden, wenn das Bewegungssignal eine zur Auswertung geeignete Bewegung der Hubkette anzeigt. Die Bestimmung des Zustandsignals kann unter Verwendung einer geeigneten Bestimmungsvorschrift durchgeführt werden. Dabei kann auf bekannte Verfahren zur Signalauswertung zurückgegriffen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein erstes Geräuschsignal eingelesen werden, wenn das Bewegungssignal eine erste Bewegungsrichtung der Hubkette anzeigt, und es kann ein zweites Geräuschsignal eingelesen werden, wenn das Bewegungssignal eine zweite Bewegungsrichtung der Hubkette anzeigt. Das Zustandsignal kann entsprechend unter Verwendung des ersten Geräuschsignals und des zweiten Geräuschsignals bestimmt werden. Indem beide Bewegungsrichtungen der Hubkette akustisch ausgewertet werden, kann der Zustand der Hubkette sehr genau bestimmt werden.
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Beispielsweise kann die erste Bewegungsrichtung der Hubkette eine Aufwärtsbewegung einer durch die Hubkette hebbaren Hubeinrichtung und die zweite Bewegungsrichtung der Hubkette eine Abwärtsbewegung der Hubeinrichtung repräsentieren. Das Zustandsignal kann unter Verwendung eines dem ersten Geräuschsignal zugeordneten ersten Schwellenwert und eines dem zweiten Geräuschsignal zugeordneten zweiten Schwellenwert bestimmt werden. Dabei können sich der erste und der zweite Schwellenwert voneinander unterscheiden. Eine Hubeinrichtung kann beispielsweise eine durch die Hubkette heb- und senkbare Gabel darstellen. Die Schwellenwerte können zum Auswerten der Geräuschsignale oder aus den Geräuschsignalen ermittelter Signale verwendet werden. Durch die unterschiedlichen Schwellenwerte kann berücksichtigt werden, dass sich Geräuschkulissen bei der Aufwärtsbewegung und der Abwärtsbewegung typischerweise voneinander unterscheiden.
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Der Schritt des Bestimmens kann nicht ausgeführt werden, wenn das Bewegungssignal ein Anlaufen der Hubkette anzeigt. Unter einem Anlaufen der Hubkette kann eine teilweise Bewegung der Hubkette verstanden werden, bei dem sich nur ein Teil der Hubkette bewegt. Dies ist vorteilhaft, wenn typische Verschleißerscheinungen der Hubkette erst Auftreten, wenn sich die Hubkette vollständig bewegt.
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Im Schritt des Einlesens kann ein weiteres Geräuschsignal eingelesen werden, wenn das Bewegungssignal einen Stillstand der Hubkette anzeigt. Im Schritt des Bestimmens kann das Zustandsignal unter Verwendung des Geräuschsignals und des weiteren Geräuschsignals bestimmt werden. Beispielsweise kann das weitere Geräuschsignal verwendet werden, um nicht durch die Bewegung der Hubkette hervorgerufene Hintergrundgeräusche aus dem Geräuschsignal auszufiltern.
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Der Schritt des Bestimmens kann einen Schritt des Übertragens des Geräuschsignals in den Frequenzbereich umfassen. Dadurch kann ein Frequenzsignal erhalten werden. Dies erleichtert eine Auswertung für einen Verschleißzustand charakteristischer Frequenzen. In einem Schritt des Filterns kann das Frequenzsignals gefiltert werden, um ein gefiltertes Frequenzsignal zu erhalten. Dadurch können nicht relevante Frequenzbereiche ausgefiltert werden. In einem Schritt des Mittelns kann das gefilterte Frequenzsignals gemittelt werden, um ein gemitteltes Frequenzsignal zu erhalten. Dadurch kann beispielsweise der Einfluss von Störsignalen reduziert werden. In einem Schritt des Ermittelns kann die Kurtosis über das gemittelte Frequenzsignal ermittelt werden. Somit kann das Zustandsignal unter Verwendung der Kurtosis bestimmt werden. Die Kurtosis, auch als Wölbung bezeichnet, kann unter Verwendung einer bekannten Ermittlungsvorschrift ermittelt werden.
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Der Schritt des Übertragens des Geräuschsignals in den Frequenzbereich kann ein Gewichten des Geräuschsignals umfassen. Dadurch können beispielsweise relevante Signalkomponenten des Geräuschsignals verstärkt werden.
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Der Schritt des Filterns des Frequenzsignals kann unter Verwendung eines Bandpassfilters durchgeführt werden. Der Bandpassfilter kann so gewählt sein, dass für eine Kettenanalyse nicht relevante Frequenzbereiche ausgefiltert werden. Der Bandpassfilter kann dabei vorbestimmt sein oder angelernt werden.
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Der Schritt des Mittelns des gefilterten Frequenzsignals kann eine quadratische Mittelwertbildung umfassen. Dadurch lässt sich der von dem Geräuschsignal abgebildete Schalldruck berücksichtigen.
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Der Schritt des Bestimmens kann einen Schritt des Vergleichens der Kurtosis mit einem Schwellenwert umfassen. Entsprechend kann das Zustandsignal unter Verwendung eines Ergebnis des Vergleichs bestimmt werden. Die Kurtosis ermöglicht somit eine sehr einfache Signalauswertung.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Schritt des Bestimmens einen Schritt des Ermittelns eines Signalmusters unter Verwendung des Geräuschsignals und einen Schritt des Vergleichens des Signalmusters mit einem Vergleichsmuster umfassen. Das Zustandsignal kann unter Verwendung eines Ergebnis des Vergleichens des Signalmusters mit dem Vergleichsmuster bestimmt werden. Das Signalmuster kann einen charakteristischen Verlauf des Geräuschsignals repräsentieren. Beispielsweise kann das Signalmuster aus dem Geräuschsignal unter Verwendung einer geeigneten Bestimmungsvorschrift bestimmt werden. Das Vergleichsmuster kann eine für eine verschlissenen Hubkette charakteristische Geräuschkulisse darstellen. Das Vergleichsmuster kann vorbestimmt sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Vergleichsmusters unter Verwendung des Geräuschsignals angelernt werden. Auf diese Weise kann das Vergleichsmuster fortlaufend verbessert werden.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung zum Überwachen eines Zustands einer Hubkette eines Hubarbeitswerkzeugs, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung als ein mobiles Gerät ausgeführt sein. Vorteilhafterweise lässt sich das genannte Verfahren auf diese Weise unter Verwendung eines Smartphones oder einem ähnlichen Gerät ausführen. In diesem Fall kann zumindest das Geräuschsignal unter Verwendung eines Mikrofons des mobilen Geräts erfasst werden.
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Ein entsprechendes Hubarbeitswerkzeug weist gemäß einer Ausführungsform eine Hubkette und eine genannte Vorrichtung zum Überwachen des Zustands der Hubkette auf. Somit kann die genannte Vorrichtung zusätzlich oder alternativ in das Hubarbeitswerkzeug integriert sein. Das Hubarbeitswerkzeug kann beispielsweise als ein Flurförderfahrzeug oder als eine Hebevorrichtung mit Hubkette ausgeführt sein. Vorteilhafterweise lässt sich die Vorrichtung sowohl in der Erstausrüstung als auch in der Nachrüstung des Hubarbeitswerkzeugs realisieren.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 ein Hubkettenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Veranschaulichung einer Überwachung des Zustands einer Hubkette gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Überwachen des Zustands einer Hubkette gemäß einem Ausführungsbeispiel
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen des Zustands einer Hubkette gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 ein Ablaufdiagramm von Teilschritten zum Bestimmen eines Zustandsignals gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 ein Ablaufdiagramm von Teilschritten zum Bestimmen eines Zustandsignals gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 7 bis 10 relevante Frequenzbereiche zur Überwachung des Zustands einer Hubkette.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Hubarbeitswerkzeug 100 mit einer Hubkette 102, auch als Kette bezeichnet, und einer Vorrichtung 104 zum Überwachen des Zustands der Hubkette 102, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Beispielhaft ist das Hubarbeitswerkzeug 100 als ein Flurförderfahrzeug, hier als ein Gabelstapler ausgeführt. Alternativ kann das Hubarbeitswerkzeug 100 als eine Hebevorrichtung ausgeführt sein.
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Das Hubarbeitswerkzeug 100 umfasst eine mit der Hubkette 102 gekoppelte Hubeinrichtung 106 zum Heben von Lasten. Zum Anheben der Hubeinrichtung 106 wird die Hubkette102 über einen Antrieb 108 des Hubarbeitswerkzeugs 100 in einer ersten Bewegungsrichtung bewegt. Zum Absenken der Hubeinrichtung 106 wird die Hubkette102 durch die Schwerkraft oder über den Antrieb 108 des Hubarbeitswerkzeugs 100 in eine zu der ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzte zweite Bewegungsrichtung bewegt. Beispielhaft ist die Hubkette102 aus einer Mehrzahl von Kettengliedern zusammengesetzt. Durch den Betrieb der Hubkette 102 kann es zu Verschleiß kommen, wodurch sich der Zustand der Hubkette 102 verschlechtert.
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Die Vorrichtung 104 wird verwendet, um den Zustand der Hubkette 102 automatisiert zu bestimmen. Die Vorrichtung 104 kann in das Hubarbeitswerkzeug 100 integriert sein und beispielsweise an ein Kommunikationsnetz des Hubarbeitswerkzeugs 100 angeschlossen sein. Alternativ kann die Vorrichtung 104 als eine autonome Komponente an dem Hubarbeitswerkzeug 100 angeordnet sein oder auch als mobiles Gerät ausgeführt sein. Die Vorrichtung 104 ist ausgebildet, um den Zustand der Hubkette 102 anhand einer akustische Messung und einer entsprechenden Auswertung zu ermitteln. Zur akustischen Messung kann die Vorrichtung 104 eine geeignete Messeinrichtung, beispielsweise ein Mikrofon, umfassen, oder eine Schnittstelle zu einer entsprechenden Messeinrichtung aufweisen.
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Über die Nutzungsdauer der Hubkette 102 tritt eine gewisse „Längung“ der Kette ein, die wiederum in veränderte Laufgeräusche mündet, wenn die Hubkette 102 beispielsweise über eine (Umlenk-) Rolle 110 gleitet. Dabei ist beispielsweise ein Klappern oder Klickern zu hören. Der hier beschriebene Ansatz ermöglicht es, anhand dieser Geräusche zu erkennen, ob die Hubkette 102 getauscht werden sollte oder nicht, um dann optional eine entsprechende Empfehlung abzugeben. Vorteilhafterweise kann dadurch die Planbarkeit eines eventuellen Austauschs der Hubkette 102 erhöht oder der Verschleiß reduziert werden. Der beschriebene Ansatz kann zusätzlich oder alternativ zu einer dauerhaften oder intervallmäßigen sensorischen Überwachung erfolgen, die Aufschluss darüber gibt, ob ein Mast, über den die Hubkette 102 geführt ist und die Hubkette 102 gegebenenfalls überbelastet werden. Ebenso kann der beschriebene Ansatz zusätzlich oder alternativ zu einer Kettenprüfung erfolgen, die eine Überprüfung der für den Menschen sichtbaren Auffälligkeiten und eine hörbare Überprüfung der bewegten Mechanik bei Anheben und Absenken der Hubeinrichtung 106 umfasst.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Antrieb 108 für die Hubkette 102 als ein Hubzylinder ausgeführt, der über einen Neigezylinder und ein Gelenk neigbar an einem Rahmen des Hubarbeitswerkzeugs 100 befestigt ist. Die Hubeinrichtung 106 ist beispielsweise als ein Hubwagen mit Gabelträger und Gabelzinken ausgeführt. Die Hubeinrichtung 106 ist an einem Hubrahmen 112 verfahrbar angeordnet. Die die Hubkette 102 umfassende Anordnung wird auch als Hubgerüst bezeichnet.
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Der Vorteil einer zusätzlichen oder alternativen akustischen Prüfung der Hubkette 102 auf Verschleiß kann zum einen die Bewertung des Verschleißes der Hubkette 102 erleichtern und zum anderen einen zu frühen Tausch und damit verbundene Kosten verhindern. Zum anderen kann eine kurze akustische Überprüfung im Betrieb helfen, einen vorzeitigen Verschleiß der Hubkette 102 zu detektieren. Die Ergebnisse können wiederum dafür genutzt werden zu erkennen, ob die Hubkette 102 gegebenenfalls notorisch überbelastet wird. In einem solchen Fall kann eine Anpassung des Betriebs des Flurförderzeugs herbeigeführt werden.
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Der hier beschriebene Ansatz basiert dabei auf der Bestimmung des Kettenverschleißes anhand akustischer Messungen und Auswertungen. Die Beurteilung erfolgt beispielsweise anhand des Vergleichs verschiedener Messbilder, z.B. Geräuschbild neue Hubkette 102 versus alte Hubkette 102.
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Der Vorteil liegt zum einen darin, dass die Messung mit vorhandenen und kostenfreien Mitteln durchgeführt werden kann wie z.B. einem Smartphone und dem integrierten Mikrophon sowie einer geeigneten App, beispielsweise zur Geräuschmessung und Geräuschauswertung. Dadurch kann ein akustischer Messaufbau mit Mikrophon zur Schallmessung sehr einfach gehalten werden. Auch kann eine Kalibrierung eines solchen Messaufbaus entfallen oder automatisiert durchgeführt werden.
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Vorteilhafterweise kann die Bestimmung des Kettenverschleißes durch einen Bediener, hier den Fahrer des Hubarbeitswerkzeugs 100, selbst durchgeführt werden. Ein Servicetechniker ist für die Aufnahme allein nicht notwendig. Die Messung beziehungsweise später die Beurteilung wird optional automatisiert an den Flottenmanager gesendet und in den Wartungsplan integriert. Dies kann sich wiederum positiv auf die Planbarkeit von Serviceeinsatz und Ersatzteilversorgung auswirken.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden für das Hubarbeitswerkzeug 100 für einen Messvorgang insgesamt neun Messungen vorgenommen, jeweils ungefähr 20 Sekunden lang. Dabei werden für das Hubarbeitswerkzeug 100 je drei Messzyklen gefahren, wobei jeder der Messzyklen aus drei Teilzyklen besteht. In einem ersten Teilzyklus TCx_MC1 erfolgt eine Aufnahme der Umgebungsgeräusche ohne Aktivität des Hubarbeitswerkzeug 100 außer „Motor an“. In einem zweiten Teilzyklus TCx_MC2 wird die Gabel der Hubeinrichtung 106 angehoben, angetrieben durch die Hydraulik des Antriebs 108. In einem dritten Teilzyklus TCx_MC3 wird die Gabel gesenkt durch Schwerkraft.
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2 zeigt eine Veranschaulichung einer Überwachung des Zustands einer Hubkette eines Hubarbeitswerkzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dazu ist ein geeignetes Verfahren und ein entsprechendes Messsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Dabei kann es sich um das anhand von 1 beschriebene Hubarbeitswerkzeug handeln. Die Überwachung wird unter Verwendung einer Vorrichtung 104 zum Überwachen des Zustands der Hubkette durchgeführt. Beispielhaft ist die Vorrichtung 104 als mobiles Gerät, beispielsweise als Smartphone oder Tablet, ausgeführt.
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Eine Geräuschmessung 210 erfolgt beispielsweise dadurch, dass von dem Hubarbeitswerkzeug 100 ausgehende Schallwellen 212 unter Verwendung eines Mikrofons der als mobiles Gerät ausgeführten Vorrichtung 104 erfasst werden. Unter Verwendung von Einrichtungen der Vorrichtung 104 wird ein Algorithmus 214 zur Auswertung der Geräuschmessung 210 ausgeführt. Beispielhaft umfasst der Algorithmus einen Block 216 zur Identifizierung von Frequenzbanddaten sowie Filterdaten des Geräusches der Hubkette aus einer Mischung von Geräuschen aus anderen Quellen, sowie einen Block 218 zur Bestimmung einer geeigneten Kennzahl als Indikator für einen Verschleiß der Hubkette. Basierend auf der Kennzahl wird eine Ausgabe 220 erstellt, die beispielsweise unter Verwendung eines Bildschirms der Vorrichtung 104 dargestellt wird. Beispielhaft umfasst die Ausgabe 220 eine Information darüber, ob die Hubkette in Ordnung „OK“ oder nicht in Ordnung „Not OK“ ist. Optional umfasst die Ausgabe ferner eine Handlungsanweisung zum weiteren Betrieb der Hubkette.
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Beispielhaft kann eine geeignete Messtechnik zum Durchführen der Überwachung des Zustands der Hubkette entweder ein im Smartphone vorhandenes Mikrophon nutzen oder ein externes mit einem Kabel verbundenes Mikrofon. Eine App zur Aufnahme der Geräusche ist typischerweise bereits verfügbar.
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Eine entsprechende Messung erfolgt vorteilhafterweise in einer Umgebung mit wenig Hintergrundgeräuschen. Sofern erforderlich, können entsprechende Hintergrundgeräusche jedoch auch unter Verwendung einer geeigneten Filtereinrichtung herausgefiltert werden, um die Messung nicht zu verfälschen. Beispielsweise erfolgt die Messung der durch die Bewegung der Hubkette hervorgerufenen Geräusche mittels einem zu dem Hubarbeitswerkzeug 100 externen Mikrophon an dem mobilen Gerät in ca. 1 m Entfernung zu der Hubkette. Eine entsprechende akustische Aufnahme wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer auf dem mobilen Gerät ausgeführten geeigneten App aufgenommen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 104 zum Überwachen des Zustands einer Hubkette gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung handeln.
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Die Vorrichtung 104 kann als ein separates Gerät ausgeführt sein oder verteilt angeordnete Einrichtungen umfassen, die über geeignete Schnittstellen drahtlos oder drahtgebunden miteinander verbunden sind.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 104 eine Bestimmungseinrichtung 330, die ausgebildet ist, um einen Zustand der Hubkette unter Verwendung eines Bewegungssignals 332 und eines Geräuschsignals 334 zu bestimmen. Die Bestimmungseinrichtung 330 ist ausgebildet, um ein Zustandsignal 336 bereitzustellen, das den Zustand der Hubkette anzeigt. Das Zustandsignal 336 zeigt beispielsweise an, ob die Hubkette in Ordnung ist oder Verschleißerscheinungen aufweist, die einen Austausch der Hubkette erfordern. Optional umfasst das Zustandsignal 336 eine Handlungsanweisung zum weiteren Betrieb der Hubkette oder das Zustandsignal 336 kann verwendet werden, um eine entsprechende Handlungsanweisung oder Anzeige zu generieren.
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Das Bewegungssignal 332 zeigt eine Bewegung der Hubkette an. Das Bewegungssignal 332 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel über eine Schnittstelle zu einer Sensorik 340 zum Erfassen der Bewegung der Hubkette eingelesen. Die Sensorik 340 ist beispielsweise ausgebildet, um die Bewegung optisch oder beispielsweise über einen mit einem Antrieb oder einer Umlenkrolle für die Hubkette gekoppelten Messfühler zu erfassen.
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Während der Bewegung der Hubkette repräsentiert das Geräuschsignal 334 ein von der Hubkette ausgehendes akustisches Geräusch. Die Bestimmungseinrichtung 330 ist ausgebildet, um das Geräuschsignal 334 dann einzulesen und auszuwerten, wenn das Bewegungssignal 332 die Bewegung der Hubkette anzeigt. Wenn das Bewegungssignal 332 keine Bewegung der Hubkette anzeigt ist die Bestimmungseinrichtung 330 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, das Geräuschsignal 334 nicht einzulesen und/oder auszuwerten. Die Bestimmungseinrichtung 330 ist ausgebildet, um das Geräuschsignal 334 über eine Schnittstelle zu einer Messeinrichtung 334, beispielsweise einem Mikrofon, einzulesen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Sensorik 340 ausgebildet, um zusätzlich zu der Bewegung auch eine Bewegungsrichtung der Hubkette zu erfassen und über das Bewegungssignal 332 anzuzeigen. In diesem Fall zeigt das Bewegungssignal 332 beispielsweise eine erste Bewegungsrichtung der Hubkette an, wenn die mit der Hubkette gekoppelte Hubeinrichtung angehoben wird und eine zweite Bewegungsrichtung der Hubkette an, wenn die Hubeinrichtung abgesenkt wird. Optional zeigt das Bewegungssignal 332 auch den Stillstand der Hubkette an. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Bewegungssignal 332 geeignet, um zwischen einem Anlaufen der Hubkette und einer vollständigen Bewegung der Hubkette zu unterscheiden.
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Gemäß einem Ausführungsbespiel repräsentiert das Geräuschsignal 334 ein erstes Geräuschsignal, das eingelesen wird, wenn das Bewegungssignal 332 die erste Bewegungsrichtung der Hubkette anzeigt. Ein entsprechendes zweites Geräuschsignal 344 wird eingelesen, wenn das Bewegungssignal 332 die zweite Bewegungsrichtung der Hubkette anzeigt. Optional wird ein weiteres Geräuschsignal 346 eingelesen, wenn das Bewegungssignal 332 einen Stillstand der Hubkette anzeigt.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen des Zustands einer Hubkette gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kann beispielsweise unter Verwendung einer der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtungen ausgeführt werden.
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In einem Schritt 401 wird ein Bewegungssignal eingelesen, das eine Bewegung der Hubkette anzeigt. In einem Schritt 403 wird ein Geräuschsignal eingelesen, das ein akustisches Geräusch der Hubkette repräsentiert. Der Schritt 403 wird dabei ansprechend auf das Bewegungssignal durchgeführt. In einem Schritt 405 wird unter Verwendung des Geräuschsignals ein Zustandsignal bestimmt, das den Zustand der Hubkette anzeigt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 403 ein erstes Geräuschsignal eingelesen, wenn das Bewegungssignal eine erste Bewegungsrichtung der Hubkette anzeigt. Entsprechend wird im Schritt 403 ein zweites Geräuschsignal eingelesen, wenn das Bewegungssignal eine zweite Bewegungsrichtung der Hubkette anzeigt. Das erste Geräuschsignal und das zweite Geräuschsignal können somit zeitlich aufeinanderfolgend eingelesen und im Schritt 405 zum Bestimmen des Zustandsignals verwendet werden. Beispielsweise wird das Zustandsignal im Schritt 405 unter Durchführung eines Vergleichs des ersten Geräuschsignals oder eines aus dem ersten Geräuschsignal ermittelten Signals oder Werts mit einem ersten Schwellenwert und eines Vergleichs des zweiten Geräuschsignals oder eines aus dem zweiten Geräuschsignal ermittelten Signals oder Werts mit einem zweiten Schwellenwert bestimmt. Dabei ist der erste Schwellenwert beispielsweise an eine Geräuschkulisse angepasst, die bei einer Aufwärtsbewegung der durch die Hubkette hebbaren Hubeinrichtung auftritt. Entsprechend ist der zweite Schwellenwert beispielsweise an eine Geräuschkulisse angepasst, die bei einer Abwärtsbewegung der Hubeinrichtung auftritt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 405 aus dem ersten Geräuschsignal eine erste Verschleiß-Kennzahl ermittelt und mit dem ersten Schwellenwert verglichen, um ein erstes Ergebnis zu erhalten, das beispielsweise als erster Hinweis auf eine verschlissene oder eine nicht verschlissene Hubkette dient. Entsprechend wird aus dem zweiten Geräuschsignal eine zweite Verschleiß-Kennzahl ermittelt und mit dem zweiten Schwellenwert verglichen, um ein zweites Ergebnis zu erhalten, das beispielsweise als zweiter Hinweis auf eine verschlissene oder eine nicht verschlissene Hubkette dient. Das Zustandsignal wird beispielsweise so bestimmt, dass es eine verschlissene Kette anzeigt, wenn sowohl der erste als auch der zweite Hinweis auf eine verschlissene Kette hindeuten. Wenn dagegen keiner der Hinweise auf eine verschlissene Kette hindeutet, wird das Zustandsignal so bestimmt, dass es eine intakte Kette anzeigt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt 405 nicht ausgeführt, wenn das Bewegungssignal ein Anlaufen der Hubkette anzeigt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 403 ein weiteres Geräuschsignal eingelesen, wenn das Bewegungssignal einen Stillstand der Hubkette anzeigt. Im Schritt 405 wird das Zustandsignal unter Verwendung des Geräuschsignals, also beispielsweise des ersten und/oder des zweiten Geräuschsignals, und des weiteren Geräuschsignals bestimmt. Beispielsweise wird das weitere Geräuschsignal im Schritt 405 zum Einstellen eines geeigneten Filters zum Herausfiltern von Störgeräuschen aus dem ersten und/oder zweiten Geräuschsignal verwendet. Der Filter kann anschließend angewendet werden, um das erste und/oder zweite Geräuschsignal zu filtern, um ein erstes und/oder zweites gefiltertes Geräuschsignal zu erhalten. Aus dem ersten und/oder zweiten gefilterten Geräuschsignal werden beispielsweise wie bereits beschrieben Verschleiß-Kennzahlen ermittelt.
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Je nachdem, ob ein Geräuschsignal oder mehrere unterschiedliche Geräuschsignale empfangen werden, können zumindest die Schritte 401, 403 wiederholt ausgeführt werden. Bei der Verwendung mehrerer unterschiedlicher Geräuschsignale können diese zwischengespeichert und gemeinsam in dem Schritt 405 verarbeitet werden, oder der Schritt 405 kann wiederholt ausgeführt werden.
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Zum Bestimmen des Zustandsignals kann der Schritt 405 eine Mehrzahl von Teilschritten umfassen, wie es nachfolgend beispielhaft anhand der 5 und 6 dargestellt ist.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm von Teilschritten zum Bestimmen eines Zustandsignals gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Teilschritte können von dem anhand von 4 beschriebenen Schritt 405 des Bestimmens umfasst sein.
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In einem Schritt 510 wird das empfangene Geräuschsignal in den Frequenzbereich übertragen, um ein Frequenzsignal zu erhalten. Optional wird das Geräuschsignal dabei gewichtet. In einem Schritt 512 wird das Frequenzsignal gefiltert, um ein gefiltertes Frequenzsignal zu erhalten. Dazu wird beispielsweise ein Bandpassfilter eingesetzt. In einem Schritt 514 wird das gefilterte Frequenzsignal gemittelt, um ein gemitteltes Frequenzsignal zu erhalten. Beispielsweise wird dazu eine quadratische Mittelwertbildung durchgeführt. In einem Schritt 516 wird die Kurtosis über das gemittelte Frequenzsignal ermittelt. In einem Schritt 518 wird das Zustandsignal unter Verwendung der Kurtosis ermittelt. Beispielsweise wird die Kurtosis dazu mit einem Schwellenwert verglichen, und das Zustandsignal wird unter Verwendung eines Ergebnis des Vergleichs bestimmt.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Schritts 405 detailliert beschrieben.
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Dabei stellt der Schritt 510 einen ersten Schritt dar, in dem von dem Geräuschsignal umfasste Mess-Rohdaten mit einem Gewichtsfaktor multipliziert und in den Zeitbereich übertragen werden.
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Der Schritt 512 stellt einen zweiten Schritt dar, in dem ein Bandpassfilter Verwendung findet. Der für die Kettenverschleiß-Diagnose relevante Frequenzbereich wurde vorab in Untersuchungen bestimmt, d.h. es wurde der Frequenzbereich bestimmt, in dem die markanten Kettenlaufgeräusche dominieren. Die Messdaten werden gemäß einem Ausführungsbeispiel mittels eines Butterworth Bandpass Filters 6. Ordnung gefiltert, um den relevanten Frequenzbereich in dem die markanten Kettenlaufgeräusche dominieren zu erhalten. Aus den Messdaten werden aus Voruntersuchungen bestimmbare Motorgeräusche, Antriebsgeräusche und andere systematische aber für die Kettengeräuschanalyse nicht relevante Geräusche herausgefiltert.
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Unter einem Butterworth-Filter wird ein kontinuierlicher Frequenzfilter verstanden, der so ausgelegt ist, dass der Frequenzgang unterhalb der Grenzfrequenz ωg möglichst lange horizontal verläuft. Erst kurz vor dieser Grenzfrequenz nimmt die Übertragungsfunktion ab und geht in die Durchlassdämpfung von n·20dB pro Frequenzdekade über, wobei n die Ordnung des Butterworth-Filters darstellt.
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Der Schritt 514 stellt einen dritten Schritt dar, in dem eine quadratische Mittelwertbildung durchgeführt wird. Dazu wird das quadratische Mittel (oder der quadratische Mittelwert QMW, englisch: root mean square RMS) aus den gefilterten Messdaten bestimmt. Das quadratische Mittel ist derjenige Mittelwert, der als Quadratwurzel des Quotienten aus der Summe der Quadrate der beachteten Zahlen und ihrer Anzahl berechnet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der quadratische Mittelwert somit derjenige Mittelwert, der als Quadratwurzel des Quotienten aus der Summe der Quadrate der Maximalwerte des Schalldruckes (SPL = Sound Pressure Level) über der Zeit berechnet wird. Der Schalldruckpegel, auch Schallpegel genannt, ist eine logarithmische Größe zur Beschreibung der Stärke eines Schallereignisses. Er gehört zu den Schallfeldgrößen. Der gemessene Schalldruck korrespondiert im relevanten Frequenzbereich mit dem Kettengeräusch.
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Der Schritt 516 stellt einen vierten Schritt dar, in dem eine Berechnung der Kurtosis erfolgt.
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Die Kurtosis über der Kurve wird als Leistungskennzahl bzw. Kennzahl (KPI = Key Performance Indikator) bestimmt und ist ein Indikator für den Kettenverschleiß. Die Kennzahl ist umso höher je welliger bzw. mehr Spitzen im Signalverlauf auftreten . Dabei korrelieren die Spitzen mit der Intensität des Kettengeräusches. Die Kurtosis, auch Wölbung genannt, ist eine Maßzahl für die Steilheit bzw. „Spitzigkeit“ einer (eingipfligen) Wahrscheinlichkeitsfunktion, statistischen Dichtefunktion oder Häufigkeitsverteilung. Die Wölbung ist das zentrale Moment 4. Ordnung. Verteilungen mit geringer Wölbung streuen relativ gleichmäßig; bei Verteilungen mit hoher Wölbung resultiert die Streuung mehr aus extremen, aber seltenen Ereignissen.
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Prinzipiell ist die Intensität des Kettengeräusches umso höher je verschlissener die Kette ist. Dies resultiert aus dem Spiel und unterschiedlichen plastischen Verformungen welches die Kettenglieder und Verbindungselemente infolge Verschleiß und Toleranzen haben. Übersteigt die Kurtosis einen (applizierbaren) kritischen Schwellenwert, so erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Warnung und/oder Anzeige und/der ein Eingriff in das System (z.B. Maschinen Stopp). Die Überschreitung des Schwellenwerts wird dabei beispielsweise durch das Zustandsignal angezeigt.
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Der Kettenverschleiß lässt sich besonders gut erkennen, wenn sich die Kette komplett bewegt. Dabei ist die Verschleißkennzahl (Kurtosis) für die Aufwärtsbewegung größer als die für die Abwärtsbewegung. Die Höhe der Gabeln wird gemäß einem Ausführungsbeispiel mittels Sensoren gemessen, d.h. es lässt sich bestimmen, ob die Gabeln aufwärts oder abwärts bewegt werden und in welcher Position sich die Kette befindet (z.B. Bewegung aus Ruheposition usw.). Davon abhängig erfolgen die akustischen Messungen. D.h. nur dann werden die akustischen Messungen und die Analyse gestartet. Wird die Kettenbewegung z.B. im Messfenster vorzeitig gestoppt, so wird die Messung nicht bzgl. Kettenverschleiß analysiert.
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Für die Aufwärtsbewegung und Abwärtsbewegung können separate Schwellenwerte für die Verschleißerkennung appliziert werden. Vorteilhaft hat sich gezeigt, dass die Verschleißkennzahl (Kurtosis) für die Aufwärtsbewegung größer als die für die Abwärtsbewegung ist, wodurch eine recht zuverlässige Kettenverschleiß- Aussage gerade in der kritischen Aufwärtsbewegung der Gabeln erfolgen kann. Bei den Messungen hat sich gezeigt, dass die Kette für den Menschen besonders gut beim Gabel herunterlassen hörbar ist. Mithilfe des Algorithmus kann wie gezeigt eine Abgrenzung des Geräusches der Kette von den Umgebungsgeräuschen noch gezielter erfolgen, insbesondere beim Gabel anheben.
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Weiterführend können für die Analyse störende Nebengeräusche (z.B. Motorgeräusche, Anschlaggeräusche, Hydraulikgeräusche usw.) aufgrund der Maschinensteuerungen und typischen Signalmuster erkannt und herausgefiltert werden.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm von Teilschritten zum Bestimmen eines Zustandsignals gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Teilschritte können von dem anhand von 4 beschriebenen Schritt 405 des Bestimmens umfasst sein.
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In einem Schritt 620 wird ein Signalmuster unter Verwendung des Geräuschsignals bestimmt, beispielsweise gemäß einer vorbestimmten Bestimmungsvorschrift. In einem Schritt 622 wird das Signalmuster mit einem Vergleichsmuster verglichen. In einem Schritt 624 wird das Zustandsignal unter Verwendung eines Ergebnis des Vergleichens des Signalmusters mit dem Vergleichsmuster bestimmt. Optional wird das Geräuschsignal in einem Schritt 626 verwendet, um das Vergleichsmuster anzulernen. Wird das Verfahren wiederholt durchgeführt kann das Vergleichsmuster auf diese Weise fortlaufend angepasst werden.
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Da es sich bei den Kettenlaufgeräuschen und je nach Kettenverschleiß um sehr markante Geräusche und damit Signalmuster handelt, werden gemäß einem Ausführungsbeispiel Verfahren der Mustererkennung und/oder des maschinellen Lernens, z.B. Neuronale Netze (Modelle) eingesetzt. Dazu werden z.B. akustische Signalmuster von nicht verschlissenen und von verschlissenen Ketten mit der jeweils zugehörigen Maschine und/oder dem jeweils zugehörigen Maschinentyp in den beschriebenen Auf- und Abwärtsbewegungen bzw. relevanten Betriebszuständen und/oder Bewegungsphasen aufgenommen und die Modelle trainiert. Das Training beinhaltet auch die „störenden“ Nebengeräusche. Das trainierte Modell wird auf der bereits beschriebenen Vorrichtung, beispielsweise in Form eines Steuergeräts zur Kettenverschleißerkennung, implementiert und zur Laufzeit mit den aktuellen akustischen Messungen versorgt. Die Ausgabe kann z.B. sein „Kette verschlissen“ oder „Kette in Ordnung“ zusammen mit einer bestimmten (Erkennungs-) Wahrscheinlichkeit. Denkbar ist auch das Lernen eines bestimmten Verschleißgrades, wozu dann Geräusche entsprechend verschlissener Ketten mit bekanntem Verschleißgrad gelernt werden müssen. Der Verschleißgrad kann sich an technisch messbaren Parametern wie Kettenlängung, Bewegungsspiel, Veränderungen von Laschen, Bolzen, Hülsen, Rollen usw. orientieren. Dabei kann es sich auch um einzelne Glieder und/oder Bauteile der Kette handeln, da das schwächste Glied zum Kettenriss führen kann.
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Anhand der 7 bis 10 wird die Kurtosis als Verschleiß-Kennzahl (KPI) für einen Messzyklus an einem Hubarbeitswerkzeug in Form eines Elektro-Gabelstaplers mit einer verschlissenen Kette gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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7 zeigt dabei einen relevanter Frequenzbereich 700, in dem das Kettengeräusch dominiert, insbesondere wenn die Kette gerade beginnt sich komplett zu bewegen. Der Gabelträger / die Gabeln werden nach oben bewegt (Fork Lifting). Die Kurtosis beträgt 4,38.
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8 zeigt einen relevanten Frequenzbereich 800, in dem das Kettengeräusch dominiert, insbesondere wenn die Kette gerade beginnt sich komplett zu bewegen. Der Gabelträger/ die Gabeln werden nach unten bewegt (Fork Lowering). Die Kurtosis beträgt 3,26.
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9 zeigt zum Vergleich einen Frequenzbereich 900, in dem das Kettengeräusch nicht dominiert wenn die Kette gerade beginnt sich aus der Ruheposition zu bewegen. Der Gabelträger /die Gabeln werden nach oben bewegt (Fork Lifting). Die Kurtosis beträgt 0,24.
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10 zeigt zum Vergleich einen Frequenzbereich 1000, in dem das Kettengeräusch nicht dominiert wenn die Kette gerade beginnt sich aus der Ruheposition zu bewegen. Der Gabelträger /die Gabeln werden nach unten bewegt (Fork Lowering). Die Kurtosis beträgt -0,65.
