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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von Betriebsdaten. Betriebsdaten können insbesondere zur datenbasierten Entscheidungsfindung genutzt werden. Ferner können die Betriebsdaten dazu dienen, einen Lastfaktor für eine Antriebsstrangkomponente zu ermitteln. Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
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In der Vergangenheit wurden Wartungsmaßnahmen für Antriebsstrangkomponenten oft nur in Abhängigkeit einer Anzahl an gefahrenen Betriebsstunden geplant. Die Nutzung von erfassten Betriebsdaten kann es jedoch auch ermöglichen, Wartungsmaßnahmen abhängig von einer tatsächlichen Belastung des Systems zu planen und durchzuführen. Dazu werden Betriebsdaten werden häufig in Form von Lastkollektiven erfasst.
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Die Erfassung von Betriebsdaten in Form von Lastkollektiven kann auch als Zählverfahren bezeichnet werden und kann als statistische Auswertemethode genutzt werden. Zählverfahren werden beispielsweise dazu verwendet, um einen Beanspruchungs-Zeit-Verlauf, beispielsweise anhand von Messdaten aus einem Fahrversuch, in ein Lastkollektiv zu überführen.
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Bei der Erfassung von Betriebsdaten als Lastkollektive werden typischerweise Zeitanteile in bestimmten Klassen gezählt. Die Zeitanteile werden auch Verweildauern benannt. Ein Lastkollektiv sagt also aus, wie lange eine Komponente in unterschiedlichen Lastbereichen betrieben wurde. Beispielsweise beinhaltet ein Drehzahlkollektiv die Information, welche Zeitanteile eine Komponente in welchen Drehzahlbereichen betrieben wurde. Die Klassen werden dabei als Drehzahlbereiche definiert. Ein anderes Beispiel sind Temperaturkollektive, welche die Information enthalten, welche Zeitanteile eine Komponente oder Anlage in welchen Temperaturbereichen betrieben wurde. Die Klassen werden dabei als Temperaturbereiche definiert. Lastkollektive können als Grundlage dienen für Berechnungen, Auslegungen und Entscheidungen im Hinblick auf die Konstruktion, die Herstellung, den Betrieb und die Wartung von Antriebsstrangkom ponenten.
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Aus der
DE 11 2017 008 126 T5 ist eine Servicemenü-Ausgabeeinheit bekannt, bei der zum Ermitteln und Ausgeben von erforderlichen Wartungsmaßnahmen eine Klassifizierung von Betriebsmodi vorgenommen wird, die wiederum auf der Basis von erfassten Betriebsdaten erfolgt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Nutzung von Betriebsdaten zu schaffen, das eine verbesserte datenbasierte Entscheidungsfindung ermöglicht, beispielsweise mithilfe eines aus den Betriebsdaten ermittelten Lastfaktors.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Nutzung von Daten mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Verfahren zur Nutzung von Betriebsdaten einer Antriebsstrangkomponente vorgeschlagen. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte. Zunächst werden Betriebsdaten bereitgestellt. Die Bereitstellung kann durch ein Erfassen von Messwerten erfolgen, welche als Betriebsdaten im vorgeschlagenen Verfahren verwendet werden können. Die Messwerte können beispielsweise während eines laufenden Betriebs der Antriebsstrangkomponente erfasst werden. Auf diese Weise kann eine Klassifikation für die Betriebsdaten auch nach einer gewissen Betriebsdauer neu ermittelt und an tatsächliche Betriebsbedingungen angepasst werden. Die Bereitstellung der Betriebsdaten kann auch durch die Verwendung von gespeicherten, bekannten Betriebsdaten von vergleichbaren Anwendungen erfolgen, wodurch ein Referenzwert bereits vor einer ersten Betriebsphase ermittelt werden kann wie im Folgenden beschrieben.
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Aus den bereitgestellten Betriebsdaten wird dann ein Referenzwert ermittelt. Der Referenzwert kann auf unterschiedliche Art ermittelt werden. Er kann berechnet oder bestimmt werden. Der Referenzwert kann beispielsweise als Variable in einem Computerprogrammprodukt hinterlegt sein, wobei für die Variable jeweils vor oder bei der Inbetriebnahme der Antriebsstrangkomponente ein Referenzwert festgelegt und eingegeben wird. Beispielsweise kann ein Maximalwert aus einer Messreihe oder aus einem Datenkollektiv der Betriebsdaten als Referenzwert verwendet und anstelle der Variablen eingegeben werden. Gemäß einer anderen Ausführung kann der Referenzwert ein Nennwert eines Parameters der Antriebsstrangkomponente sein. Der Nennwert der jeweiligen Anwendung kann z.B. für die Erfassung eines Drehzahlkollektivs die Nenndrehzahl eines Antriebsmotors sein. Es könnte aber auch ein anderer Parameter und somit anderer Nennwert relevant sein, sofern ein Datenkollektiv zur Erfassung eines anderen Parameters genutzt wird. Durch die Verwendung einer Variablen als Referenzwert kann der Referenzwert sehr einfach an die jeweilige Anwendung angepasst werden.
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In weiteren Verfahrensschritten werden eine geeignete Anzahl an Klassen und den Klassen zugeordnete Klassengrenzen festgelegt. Es wird also eine Anzahl an Klassen definiert, die das Datenkollektiv abdecken soll. Dies kann in Abhängigkeit des ermittelten Referenzwerts erfolgen. Je mehr Klassen berücksichtigt werden, umso genauer wird das Datenkollektiv.
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Mit der Festlegung von Klassengrenzen werden gleichzeitig auch Klassenbreiten festgelegt. Dabei kann die Klassenbreite jeder einzelnen Klasse prozentual abhängig von dem ermittelten Referenzwert festgelegt werden. Die Klassen müssen nicht gleichmäßig verteilt werden, das heißt, dass die Klassen eines Datenkollektivs verschiedene Klassenbreiten aufweisen können. Es kann vorteilhaft sein, die Klassenbreiten ungleichmäßig zu definieren, wenn vorbekannt ist, in welchen Bereichen die betrachtete Antriebsstrangkomponente am meisten betrieben wird oder welche Bereiche besonders kritisch im Hinblick auf eine noch zu erwartende Lebensdauer sind. Ungleichmäßige Klassenbreiten haben den Vorteil, dass man die Klassen in Bereichen, die beispielsweise für eine Lebensdauerberechnung einen höheren Einfluss haben feiner abstufen kann. Das wiederum bringt den Vorteil, dass man damit eine deutlich genauere Aussage über die tatsächliche Belastung machen kann. Bereiche mit Lasten, die weniger Einfluss auf die Lebensdauer haben, könnten dann zusammengefasst oder die Klassengrenzen können in diesen Bereichen breiter gefasst werden.
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Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die Erfassung von Datenkollektiven in Abhängigkeit von einem Nennwert oder Maximalwert der jeweiligen Anwendung sowie die Einteilung der einzelnen Klassen im Datenkollektiv prozentual abhängig vom jeweiligen Nennwert bzw. Maximalwert der jeweiligen Anwendung. Die einzelnen Klassen eines Datenkollektivs werden bei einer Ausführung also in Abhängigkeit eines erwarteten Maximalwerts definiert.
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann ein Datenkollektiv so erfasst werden, dass die Anzahl der definierten Klassen voll ausgenutzt wird. Damit ist die Genauigkeit des Datenkollektivs unabhängig vom auftretenden Maximalwert. Daneben können über die prozentual abhängig vom Maximalwert definierten Klassengrenzen die Klassen in bestimmten Bereichen enger, in anderen Bereichen breiter definiert werden. Dies erlaubt eine genauere Aussage für Bereiche, die zur Auswertung der Betriebsdaten der Anwendung maßgeblicher sind als andere Bereiche. Das kann bei Anwendungen, bei denen die Lasten proportional zur Drehzahl auftreten, über eine Drehzahlerfassung gut abgedeckt werden. Hier würden dann Bereiche geringerer Drehzahl eher grober zusammengefasst, Bereiche höherer Drehzahlen eher in mehrere Klassen aufgeteilt, da die Bereiche höherer Drehzahl auch höheren Lasten entsprechen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens kann zur Ermittlung des geeigneten Referenzwertes ein zu erwartender Maximalwert verwendet wird und zusätzlich einen Toleranzwert dazu gerechnet wird, um somit sicher alle im Betrieb auftretenden Werte abzudecken.
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In einer anderen Ausführungsform können die einzelnen Klassengrenzen nicht mit vorgegebenen prozentualen Werten abhängig von einer Nenndrehzahl festgelegt werden, sondern in Abhängigkeit von einer davor festgelegten Anzahl der Klassen und mit jeweils gleicher Klassenbreite. Das heißt, dass jede Klasse einen gleich gro-ßen Drehzahlbereich abdeckt, beispielsweise ist die Klassenbreite gleich einem Maximalwert der Drehzahl geteilt durch die Anzahl der Klassen.
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Unter dem Begriff Klassifizierung wird der Vorgang der Erstellung einzelner Klassen, insbesondere der Festlegung von Klassengrenzen, verstanden. Bei der Klassierung werden Betriebsdaten den festgelegten Klassen zugeordnet. Mit anderen Worten werden bei der Klassifizierung die Klassengrenzen erst erstellt und die Klassen somit festgelegt, während die Betriebsdaten bei der späteren Klassierung in die festgelegten Klassen eingeordnet werden. Alle Werte einer Klasse liegen innerhalb der oberen und unteren Klassengrenze, wobei die Differenz der oberen und unteren Klassengrenze die Klassenbreite ist.
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Bei den Betriebsdaten kann es sich insbesondere um gemessene physikalische Grö-ßen bzw. Parameter wie Drehzahl, Druck und/oder Temperatur handeln. Diese können als Absolutwerte oder als klassierte Daten erfasst und verarbeitet werden. Klassierte Daten beinhalten hierbei typischerweise Zeitanteile in bestimmten Betriebsbereichen. Hierbei definieren die Klassengrenzen die Betriebsbereiche. Ein Datensatz von Betriebsdaten kann auch als Kollektivdaten bezeichnet werden. Werden beispielsweise Drehzahlen als Betriebsdaten verwendet, so wird von einem Drehzahlkollektiv gesprochen. Aus den Kollektivdaten lässt sich ein Lastkollektiv ableiten. Bei vielen Antriebsstrangkomponente ist die auf die Komponenten wirkende Last bzw. Belastung direkt abhängig von der Drehzahl einer Welle der jeweiligen Antriebsstrangkomponente. Daher bieten bekannte Drehzahlkollektive in vielen Fällen eine gute Grundlage für datenbasierte Entscheidung.
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Die genannte Antriebsstrangkomponente kann beispielsweise ein Elektromotor, ein Verbrennungsmotor oder ein Getriebe sein. Die Antriebsstrangkomponente kann Teil eines Antriebsstrangs einer stationären Anlage oder eines Fahrzeugs sein.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass mithilfe dieses Verfahrens die einzelnen Klassen für jede einzelne neue Antriebsstrangkomponente individuell so erstellt werden können, dass eine höchstmögliche Genauigkeit bei der Auswertung der in den Klassen klassierten Werte vorliegt. Es können genauere Aussagen getroffen werden für Bereiche, die zur Auswertung der Daten der jeweiligen Anwendung maßgeblicher sind als andere Bereiche. Dadurch wird eine verbesserte datenbasierte Entscheidungsfindung im Hinblick auf eine möglichst hohe Reproduzierbarkeit und Verlässlichkeit der daraus abgeleiteten Ergebnisse ermöglicht.
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Es kann also als zusätzlicher Verfahrensschritt vorgesehen sein, dass im Betrieb der Maschine oder der Antriebsstrangkomponente aktuelle Betriebsdaten erfasst und in die festgelegten Klassen klassiert werden. Auf der Grundlage der im laufenden Betrieb der Antriebsstrangkomponente erfassten und klassierten Betriebsdaten kann eine noch zu erwartende Lebensdauer und/oder ein Wartungsintervall den tatsächlichen Betriebsbedingungen angepasst werden.
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Besonders vorteilhaft kann das Verfahren angewendet werden auf Betriebsdaten als Drehzahlkollektiv erfasst werden. Wie eingangs erläutert umfasst ein Drehzahlkollektiv die Information, welche Zeitanteile eine Komponente in welchen Drehzahlbereichen betrieben wurde. Für bestimmte Anwendungen können Drehzahlkollektive Ergebnisse liefern, die zumindest annähernd die tatsächliche Belastung der betrachteten Antriebsstrangkomponente beschreiben.
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Eine solche Anwendung findet sich im Marinebereich bei einem Antriebsstrang mit einem Festpropeller zum Antrieb eines Schiffes. Dabei ist eine Erfassung der Drehzahl als Grundlage für die Ermittlung des Lastkollektivs ausreichend, um eine Aussage über die Belastung der Antriebsstrangkomponenten zu erhalten. Die Last kann indirekt über eine Propellerkurve ermittelt werden, da die Last in diesem Fall direkt abhängig von der Drehzahl des Propellers ist. Die Propellerdaten müssen dafür bekannt sein. Das heißt, es muss bekannt sein, wieviel Leistung der Propeller bei welcher Drehzahl aufnimmt. Da der Propeller auf den Antriebsmotor abgestimmt wird, kann angenommen werden, dass der Propeller bei Nenndrehzahl auch die Nennleistung aufnimmt. Daher reicht es aus, ein Drehzahlkollektiv zu erfassen und anschließend über die zugehörige Formel für die theoretische Propellerkurve ein Leistungskollektiv zu ermitteln.
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Mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann auf der Basis der klassierten Betriebsdaten beispielsweise ein Lastfaktor für die Antriebsstrangkomponente ermittelt werden. Unter einem Lastfaktor wird ein Wert verstanden, der eine Aussage beispielsweise über mechanische oder thermische Belastungen von Bauteilen gibt.
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Ein solcher Lastfaktor kann verwendet werden zur Auslegung von einzelnen Komponenten der Antriebsstrangkomponente. Ferner können in Abhängigkeit des ermittelten Lastfaktors auch eine zu erwartende Lebensdauer oder Wartungsintervalle bestimmt werden. Auf diese Weise ermittelte Wartungsintervalle basieren somit auf einer tatsächlichen Belastung der zu wartenden Komponenten. Wartungsintervalle können damit an die reale Belastung angepasst werden. In vielen Fällen können Wartungsintervalle damit verlängert der Wartungsaufwand verringert werden.
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Das vorgeschlagene Verfahren ist zumindest teilweise computerimplementiert. Daher umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt. Ein solches Computerprodukt umfasst wiederum Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, dessen Verfahrensschritte in der anliegenden Figur dargestellt sind, näher erläutert. Dabei sind die Verfahrensschritte in der 1 schematisch dargestellt.
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Dabei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 2 eine Darstellung von Diagrammen zu verschiedenen Datenkollektiven.
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Bei dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel soll eine Klassifizierung zur Betriebsdatenerfassung vor einer Inbetriebnahme eines Getriebes nach dessen Montage vorgenommen werden. Das Getriebe bildet dabei eine Antriebsstrangkomponente eines durch einen Antriebsmotor antreibbaren Antriebsstrangs eines Schiffes. Als relevanter Parameter für die Klassierung und spätere Auswertung von Betriebsdaten sollen hier Drehzahlen dienen. Die Klassifizierung kann insbesondere am Ende einer Montagelinie erfolgen. Den festgelegten Klassen sollen dann während des Betriebs des Getriebes erfasste Betriebsdaten, also in diesem Fall gemessene Drehzahlwerte zugewiesen werden. Mit anderen Worten werden die gemessenen Drehzahlwerte dabei klassiert. Mithilfe der klassierten Betriebsdaten soll später ein Lastfaktor errechnet werden. Der Lastfaktor kann wiederum für eine Lebensdauerberechnung und/oder zur Planung von bedarfsgerechten Wartungsmaßnahmen des Getriebes und/oder anderer Antriebsstrangkomponenten verwendet werden.
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In einem ersten Verfahrensschritt V1 werden Betriebsdaten bereitgestellt. Bei dem vorliegenden Beispiel werden Betriebsdaten von bekannten, vergleichbaren Anwendungen herangezogen. In der Regel ist die geplante Anwendung des Antriebsstrangs und technische Daten eines zugeordneten Antriebsmotors vor der Inbetriebnahme bekannt, beispielsweise durch entsprechende Angaben des Bestellers in einer Bestellung. Mithilfe dieser Informationen können Betriebsdaten wie Nenndrehzahlen oder Maximalwerte einer Drehzahl am Antriebsstrang ermittelt werden.
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In dem folgenden Verfahrensschritt V2 wird aus den bereitgestellten Betriebsdaten ein Referenzwert ermittelt. Als Referenzwert wird vorliegend die Maximaldrehzahl am Getriebeeingang ermittelt, die abhängig von der maximalen Drehzahl des Antriebsmotors ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann bei fehlenden Betriebsdaten von vergleichbaren Anwendungen eine Standardannahme (englisch Default) als Referenzwert festgelegt werden. Dazu kann beispielsweise ein maximal zulässiger Drehzahlwert einer zugeordneten Getriebebaureihe als Referenzwert verwendet werden.
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Im Verfahrensschritt V3 wird dann eine geeignete Anzahl an Klassen in Abhängigkeit des Referenzwerts festgelegt, bevor im Verfahrensschritt V4 die Klassengrenzen festgelegt werden, ebenfalls in Abhängigkeit von dem ermittelten Referenzwert.
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Zur Nutzung der Betriebsdaten können während der Inbetriebnahme und/oder im laufenden Normalbetrieb Betriebsdaten erfasst und in die festgelegten Klassen klassiert werden. Dies entspricht dem optionalen Verfahrensschritt V5. Bei der Klassierung der gemessenen Drehzahlen wird vorzugsweise die Verweildauer in bestimmten Drehzahlbereichen erfasst. Auf diese Weise kann bei der Auswertung der klassierten Betriebsdaten berücksichtigt werden, in welchen Zeiträumen das Getriebe oder der Antriebsstrang mit welchen Drehzahlen betrieben wurde.
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Die vorgeschlagene Klassifizierung und Klassierung der Drehzahlwerte im Betrieb lässt genaue Rückschlüsse auf die tatsächliche Belastung der betrachteten Antriebsstrangkomponente zu. Daraus lassen sich geeignete Wartungsintervalle und eine Restlebensdauer mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit ermitteln.
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Die 2 zeigt drei Datenkollektive 1, 2, 3, welche jeweils als Diagramm dargestellt sind. In allen drei Diagrammen ist jeweils auf der Horizontalachse ein Drehzahlbereich aufgezeichnet, der von einer Drehzahl Null bis über eine Maximaldrehzahl von 100 Prozent hinaus reicht. Die Maximaldrehzahl entspricht also jeweils 100 % auf der Horizontalachse der drei Diagramme. Auf der Vertikalachse ist jeweils eine Verweildauer in Stunden aufgezeichnet.
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Die drei Datenkollektive 1, 2, 3 unterscheiden sich durch die Klasseneinteilung. Unter Klasseneinteilung wird in diesem Ausführungsbeispiel verstanden, welcher Drehzahlbereich jeweils einer Klasse zugeordnet ist. Es kann auch von Klassenbreite gesprochen werden. Die erfassten Drehzahlwerte wurden in den drei Diagrammen in verschiedenen fein gegliederten Klassen klassiert. Je kleiner der jeweilige Drehzahlbereich ist, der einer Klasse zugeordnet ist, desto feingliedriger ist Klasseneinteilung.
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Bei dem Datenkollektiv 1 besteht die feinste Gliederung der Klassen, sodass sich in dem Diagramm ein nahezu stetiger Verlauf ergibt, der einem realen Verlauf am nächsten kommt. Allerdings verursacht eine solche feingliedrige Klasseneinteilung mit einer hohen Anzahl an Klassen in der weiteren Verarbeitung ein hohes Datenvolumen, wodurch ein hoher Speicherplatzbedarf, lange Verarbeitungszeiten und hohe Datentransferraten erforderlich werden. Aus diesem Grund wird für viele Anwendungen eine geringere Anzahl an Klassen ausreichen, um mit einem geringeren Datenaufkommen ausreichend aussagekräftige Ergebnisse zu erreichen.
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Dazu weisen die Datenkollektive 2 und 3 jeweils eine grobgliedrigere Klasseneinteilung mit einer geringeren Anzahl an Klassen auf. Dabei ist das Datenkollektiv 2 in vier Klassen mit gleichen Klassenbreiten eingeteilt.
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Das Datenkollektiv 3 weist dagegen sechs Klassen mit unterschiedlichen Klassenbreiten auf. Hier wurden Bereiche identifiziert, welche für eine Lebensdauerberechnung besonders hohe Relevanz haben. Diese Bereiche, vorliegend die unteren 20 Prozent und die oberen 20 Prozent der Maximaldrehzahl, wurden in feinere Klassen aufgeteilt. Das heißt in diesen relevanteren Bereichen wurden die Klassenbreiten verringert. Auf diese Weise können kritische bzw. relevantere Bereiche genauer betrachtet und ausgewertet werden als die unkritischen Bereiche. Es kann dadurch eine genauere Aussage über eine zu erwartende Lebensdauer gemacht werden, bei einem verhältnismäßig geringen Datenaufkommen und Speicherbedarf.
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Bezugszeichen
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- 1
- Datenkollektiv
- 2
- Datenkollektiv
- 3
- Datenkollektiv
- V1
- Verfahrensschritt
- V2
- Verfahrensschritt
- V3
- Verfahrensschritt
- V4
- Verfahrensschritt
- V5
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112017008126 T5 [0005]
