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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Verdrehspiels in einem Getriebe und eine Getriebeanordnung. Ferner wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, das zur Durchführung des genannten Verfahrens bestimmt ist.
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Aus der
DE 10 2019 100 941 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines durch einen Elektromotor mit einer Motorsteuerung angetriebenen Getriebes bekannt. Dabei werden Lastwechsel mit Nulldurchgang des Motordrehmoments im Getriebe überwacht. Zur Überwachung der Lastwechsel wird dazu wenigstens ein Betriebsparameter des Elektromotors oder der Motorsteuerung gemessen und ausgewertet. Mit diesem Verfahren soll auch ein Getriebespiel überwacht und insbesondere die Überschreitung eines vorgegebenen Getriebespiels als kritischer Betriebszustand erkannt und signalisiert werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung eines Verdrehspiels in einem Getriebe und eine Getriebeanordnung zu schaffen, die sich für einen breiten Anwendungsbereich eignen und mit geringem Aufwand zu realisieren sind. Ferner sollen eine entsprechende Getriebeanordnung und ein Computerprogramm angegeben werden.
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Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1, durch eine Getriebeanordnung gemäß Anspruch 6 und durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Verdrehspiels zwischen zwei miteinander kämmenden Verzahnungen eines Getriebes vorgeschlagen. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein Lastwechsel in dem Getriebe eingeleitet und mittels eines akustischen Sensors ein Lastwechselstoß erfasst. Danach wird der Zeitraum zwischen der Einleitung des Lastwechsels und dem Lastwechselstoß ermittelt.
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Anhand des ermittelten Zeitraums wird dann die Größe des Verdrehspiels ermittelt. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, die Verdrehspielentwicklung in dem Getriebe über den Verlauf der Betriebszeit zu überwachen. Die Überwachung des Verdrehspiels kann prozentual als Verdrehspielzunahme oder absolut in Verdrehspielwerten erfolgen.
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Ein gewisses Verdrehspiel ist bei gepaarten Zahnrädern notwendig, um etwaige Wärmedehnungen auszugleichen, Schmiermittel einbringen zu können und mögliche Toleranzen durch Einbauungenauigkeiten auszugleichen. Das Verdrehspiel entspricht dem Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Flanken eines Zahnpaares zweier miteinander kämmender Verzahnungen. Daher wird das Verdrehspiel auch Zahnflankenspiel oder Flankenspiel genannt. Das Verdrehspiel kann sich auf den Teilkreis oder das Bogenstück beziehen, um das sich ein Zahnrad um das feststehende andere Zahnrad verdrehen lässt. Das Verdrehspiel kann auch als Normalflankenspiel angegeben werden, wobei der Abstand der Zahnflanken der beiden Zahnräder des Zahnradpaars auf der Eingriffslinie verwendet wird.
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Bei spielkritischen Getriebeanwendungen, z.B. bei Robotern, bildet die Überwachung des Verdrehspiels in den Verzahnungen des Getriebes eine Voraussetzung, um die Positionierungsgenauigkeit eines Roboters oder Roboterarms gewährleisten zu können. Das Verfahren kann auch bei Industriegetrieben für die Automatisierungstechnik angewendet werden. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren zur Ermittlung des Verdrehspiels kann anhand der Geräusche während eines Lastwechsels eine Überwachung und Bewertung des Verdrehspiels durchgeführt werden. Dies ist mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand möglich, weil dazu keine Sensoren oder andere Bauteile in dem Getriebe oder unmittelbar an den Verzahnungen angeordnet werden müssen. Die vorgeschlagene Ermittlung des Verdrehspiels kann vorteilhaft von außen erfolgen, indem der akustische Sensor beispielsweise an einem Getriebegehäuse angeordnet und datenübertragend mit einer Steuerungseinrichtung verbunden wird, von der die Verfahrensschritte durchgeführt und gesteuert werden.
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Der akustische Sensor kann ein Schallwandler sein, insbesondere ein Mikrofon, welches akustische Signale als Schallwechseldrücke in elektrische Signale umwandelt.
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Ein Lastwechsel kann beispielsweise mittels eines elektrischen Antriebsmotors bewirkt werden, mit dem das Getriebe antriebswirksam verbunden ist. Der Antriebsmotor kann seine Drehrichtung umkehren, sodass in dem Getriebe ein Lastwechsel stattfindet. Die Umkehr der Drehrichtung kann die Einleitung des Lastwechsels markieren. Nach der Umkehr der Drehrichtung des Antriebsmotors gelangen die Zahnflanken der beiden Verzahnungen aufgrund des Getriebespiels mit einer gewissen Verzögerung miteinander in Kontakt und verursachen so den Lastwechselstoß. Aus dem Zeitraum zwischen der Einleitung des Lastwechsels und dem Lastwechselstoß, lassen sich Rückschlüsse auf das Verdrehspiel ziehen.
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Es können also zwei Zeitpunkte bestimmt werden, zwischen denen sich der zu ermittelnde Zeitraum erstreckt, nämlich der Zeitpunkt beim Einleiten des Lastwechsels und der Zeitpunkt, zu dem der Lastwechselstoß von dem akustischen Sensor erfasst wird. Der Zeitpunkt der Einleitung des Lastwechsels kann vorzugsweise mithilfe einer Drehzahlinformation oder mit einer Drehrichtungsinformation bestimmt werden. Die dazu erforderlichen Drehzahlinformationen oder Drehrichtungsinformationen lassen sich beispielsweise mittels eines Drehgebers ermitteln. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der elektrische Antriebsmotor - wie häufig üblich - ohnehin mit einem solchen Drehgeber ausgestattet ist.
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Die genannten Verfahrensschritte der Einleitung des Lastwechsels und des Ermitteins des Zeitraums werden bevorzugt bei festgelegten, konstanten Randbedingungen durchgeführt. Als konstante Randbedingung können beispielsweise folgende Randbedingungen festgelegt werden: eine Temperatur des Getriebes oder von dessen Umgebung, ein auf das Getriebe wirkendes Lastmoment, die Position und die Entfernung des akustischen Sensors in Bezug auf die betrachteten Verzahnungen, die Leistungsabgabe eines den Lastwechsel bewirkenden Antriebsmotors. Auf diese Weise lassen sich reproduzierbare und verlässliche Ergebnisse für das Verdrehspiel ermitteln und es ergibt sich eine Proportionalität zwischen dem ermittelten Zeitraum und dem Verdrehspiel. So kann beispielsweise am Ende eines Montageprozesses oder bei einer Inbetriebnahme des Getriebes eine Kalibrierung bezüglich des Verdrehspiels erfolgen, bei der nach einer festgelegten Messprozess und bei den konstanten Randbedingungen das Verdrehspiel gemessen und ein gewünschtes Verdrehspiel eingestellt wird.
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Gemäß einer Ausführung des Verfahrens können die genannten Verfahrensschritte wiederholt durchgeführt werden. Die dabei über einen gewissen Überwachungszeitraum ermittelten Werte des Verdrehspiels ergeben einen Verlauf der Größe des Verdrehspiels über eine Betriebszeit des Getriebes. Dieser Verlauf der Größe des Verdrehspiels kann nun überwacht werden, und bei einem Überschreiten eines Grenzwertes kann eine Information ausgegeben werden. Insbesondere kann ein Alarm und/oder eine Mitteilung ausgegeben werden. Die genannte Mitteilung kann eine erforderliche Wartungsmaßnahme enthalten und/oder einen Wartungszeitpunkt vorschlagen. Somit kann das Verfahren die typische Funktion eines Zustandsüberwachungssystems, engl. Condition Monitoring System erfüllen.
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Bei einer weiteren Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass mittels eines einzigen akustischen Sensors das Verdrehspiel mehrerer Verzahnungspaarungen ermittelt wird. Dazu können die Verzahnungspaarungen nacheinander jeweils einem definierten Lastwechsel ausgesetzt werden. Das heißt, dass jeder Lastwechsel jeweils genau einer Verzahnungspaarung zugeordnet werden kann, beispielsweise indem zu einem definierten Zeitpunkt ein Lastwechsel an nur einer Verzahnungspaarung eingeleitet wird und dieser Zeitpunkt der Zuordnung der genannten Verzahnungspaarung dient. So können beispielsweise das Verdrehspiel einzelner Achsgetriebe eines Handhabungsroboters ermittelt werden.
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Die Erfindung umfasst auch eine Getriebeanordnung mit zumindest zwei miteinander kämmenden Verzahnungen und mit einer Steuerungseinrichtung, wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche zu steuern. Die Steuerungseinrichtung kann zumindest einen Prozessor, zumindest einen Datenspeicher, Software in Form zumindest eines Computerprogramms und zumindest eine Schnittstelle zur Kommunikation umfassen. So kann die Steuerungseinrichtung eine Schnittstelle zur Verbindung mit dem akustischen Sensor umfassen. Ferner kann eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einem externen Rechner vorgesehen sein. Die Schnittstellen können für eine kabellose Kommunikation eingerichtet sein. Ein mit der Steuerungseinrichtung verbundener externer Rechner kann beispielsweise zur Zustandsüberwachung mehrerer Getriebeanordnungen eingerichtet sein. Die Steuerungseinrichtung kann unmittelbar an oder in dem Getriebe oder in räumlicher Entfernung angeordnet sein. Als Steuerungseinrichtung kann eine ohnehin vorgesehene Getriebesteuerung dienen, die neben dem vorgeschlagenen Verfahren weitere Abläufe des Getriebes steuert.
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Schließlich umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Computerprogramm zur Ermittlung eines Verdrehspiels zwischen zwei miteinander kämmenden Verzahnungen eines Getriebes. Ein solches Computerprogramm umfasst Befehle, die bewirken, dass ein Computer das oben beschriebene Verfahren ausführt, wenn das Computerprogramm auf dem Computer läuft.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figur noch näher erläutert.
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Dabei zeigt die 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das in der 1 gezeigte Verfahren umfasst die Verfahrensschritte V1 bis V4. In einem Verfahrensschritt V1 wird zunächst ein Lastwechsel in dem Getriebe eingeleitet. Dies geschieht beispielsweise durch die Umkehr der Drehrichtung eines elektrischen Antriebsmotors. Der Zeitpunkt der Einleitung des Lastwechsels wird dabei festgehalten bzw. gespeichert. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt V2 mittels eines akustischen Sensors ein Lastwechselstoß erfasst, der durch das Aufeinandertreffen der Zahnflanken in der betrachteten Verzahnungspaarung ausgelöst wird. Danach wird in dem Verfahrensschritt V3 der Zeitraum zwischen der Einleitung des Lastwechsels und dem Lastwechselstoß ermittelt. Es werden dazu also zwei Zeitpunkte bestimmt, nämlich der Zeitpunkt beim Einleiten des Lastwechsels und der Zeitpunkt, zu dem der Lastwechselstoß von dem akustischen Sensor erfasst wird. Der zeitliche Abstand zwischen diesen beiden Zeitpunkten entspricht dem genannten Zeitraum. Schließlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt V4 mithilfe des ermittelten Zeitraums die Größe des Verdrehspiels zwischen den beiden miteinander kämmenden Verzahnungen ermittelt. Dabei wird eine Proportionalität zwischen dem ermittelten Zeitraum und dem Verdrehspiel angenommen.
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Bezugszeichenliste
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- V1
- Verfahrensschritt
- V2
- Verfahrensschritt
- V3
- Verfahrensschritt
- V4
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019100941 A1 [0002]
