EP1379926A2 - Method for optimising the design of motor drive sections - Google Patents

Method for optimising the design of motor drive sections

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Publication number
EP1379926A2
EP1379926A2 EP02714153A EP02714153A EP1379926A2 EP 1379926 A2 EP1379926 A2 EP 1379926A2 EP 02714153 A EP02714153 A EP 02714153A EP 02714153 A EP02714153 A EP 02714153A EP 1379926 A2 EP1379926 A2 EP 1379926A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
data
drive
real load
load data
real
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02714153A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Bayer
Manfred Wittenstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wittenstein SE
Original Assignee
Wittenstein SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wittenstein SE filed Critical Wittenstein SE
Publication of EP1379926A2 publication Critical patent/EP1379926A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41885—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by modeling, simulation of the manufacturing system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing the design of motor drive lines according to the preamble of claim 1.
  • motor drive sections such as the drive unit for a machine tool
  • the computer system calculates the parameters of the drive components, for example the motor power, the dimensioning of the bearings of the drive shaft, the transmission ratio of a gearbox connected to the motor, etc., on the basis of a predetermined data set and representing the load on the drive components.
  • Manufacturer of the drive line dimensioned the drive components, for example with regard to engine power or engine cooling. If the specified data record does not match the real load data, there is an increased maintenance effort for the drive line or even premature failure.
  • the invention is based on the problem of providing a method for optimizing the design of motorized drive lines, by means of which the disadvantages of the prior art are overcome.
  • the method according to the invention is intended to ensure an optimal design of the drive lines with regard to the actual loads during operation, thereby increasing the service life of the drive line and / or reducing the maintenance effort.
  • the debit data are transmitted electronically continuously or at regular, predeterminable and / or event-specific time intervals, for example in the form of digital data, which is encoded if necessary and therefore cannot be read by unauthorized persons.
  • the drive lines according to the invention include, in particular, drive lines for industrial plants, such as production machines, packaging machines, machine tools, etc.
  • Real load data are, for example, the torque acting on the output shaft or the drive shaft, the occurring bearing forces, the ambient temperature, the ambient air humidity, the fill level of the lubricant, the lubricant temperature, the tightness of the seal etc. their maximum and minimum values are also recorded using appropriate sensors.
  • the recording can be recorded over individual work cycles, days, weeks and months or even over the entire life of the drive line or the manufacturing device in which the drive line is integrated.
  • the motor drive section can also be designed by the method according to the invention in such a way that, for example, by evaluating the real load data, it can be determined whether certain drive components are loaded above or below average and whether corresponding loads can be given to other drive components or taken over by them can be.
  • a required travel path can be provided in different ways and in particular with the inclusion of different drive components. You find that a certain one
  • Drive component is so heavily loaded with a certain travel path that this particular drive component limits the total life of the drive path and thus the robot, this particular travel path can be provided by including other drive components that are less loaded.
  • This correction or optimization can take place with an installed drive line, possibly also during the operation of the drive line, and / or with the design of the next drive line for the same or a comparable application.
  • the real load data is preferably recorded directly on the drive line while the automatic determination of the data set used in the calculation of the parameters and / or the calculation of the parameters takes place at a remote location, for example in a server computer of the supplier of the drive components.
  • the method according to the invention and the possible monitoring of operation for example, also determine the service life or remaining service life, the maintenance intervals or the power reserve of the drive line or individual drive components and guarantee the customer.
  • findings on damage accumulation from other technical areas, such as materials science can be used, as described in HAIBACH E .: "Modified linear damage accumulation hypothesis to take into account the decrease in fatigue strength with progressive damage, Techn. Mitt. Nr. TM 50/70, Lab. for operational strength, Darmstadt 1970.
  • the remaining service life of a machine can be determined, for example, using mathematical functions, the complexity and / or parameters of which depend on the application.
  • the damage accumulation hypothesis assumes, among other things, that a "high disturbance variable” damages a machine many times (X times) or reduces its remaining service life compared to a comparatively "small disturbance variable”.
  • the computing system for designing the motor drive line and the drive line in operation are preferably located at different locations.
  • the drive line is located in a manufacturing facility of the operator, while the computing system is located at the location of a manufacturer of the drive line.
  • the real load data is transmitted electronically, preferably via a data network.
  • the data network can be a public data network, for example the internet, or a non-public data network, for example an intranet of a company
  • the data can in any case also be transmitted wirelessly in sections, for example within the place of use of the drive line via a wireless infrared connection to a central receiving point in the production hall, or from the roof of the production hall via a terrestrial or satellite-based mobile radio connection directly to the location of the drive line manufacturer , Existing national or international mobile phone networks can also be used for this.
  • the representative data record is preferably located at the location of the
  • Computer system automatically determined by linking an output data record already stored in the computer system with the real load data.
  • a predeterminable computer program can be used for the automatic determination.
  • the output data record that has already been stored can either be the data record specified by the operator of the drive section or a data record that has already been optimized, including previously determined real load data.
  • the previously valid stored output data record can either be overwritten by the newly calculated representative data record or can be saved with a time stamp to record the history and development of the respectively valid data records.
  • the link between the real load data and the output data record is preferably carried out using a weighting function.
  • the weighting function can, for example, be an empirically determined statistical function, according to which, for example, an outlier in the real load data due to a special load on the drive line or a machine damage is not unduly strong on that in the Delivery of future drive lines underlying the representative data record.
  • the weighting function can be a type of low-pass function, according to which changing real load data only fully penetrate the representative data record with a certain time delay.
  • the data set calculated using real exposure data is preferably individualized or identified in accordance with the origin of the real exposure data.
  • This data record can thus be assigned to an operator, a specific type of drive line, the type of use and / or the location of the drive line, etc.
  • a drive line for an operator A for the “packaging machine” type of use at a “Germany” location can, over time, use the method according to the invention to produce a completely different data set for the load on the drive components than a corresponding drive line for the same operator, the same type of use, but the location "Brazil".
  • a knowledge base is built up at the location of the computer system, which depicts very precisely the actual requirements for the drive line and its drive components depending on the boundary conditions “type of use”, “place of use”, etc.
  • the data stored in this knowledge base is more accurate than that
  • the real load data are temporarily stored on the drive line in operation and can be displayed and / or read out there if necessary, these data are also available to the operator if desired or, for example, to a service technician working on the drive line.
  • the transmission of the temporarily stored real load data to the computer system can either be controlled by the computer system, for example when designing a new drive line, or can be controlled by the drive line, for example at predefinable time intervals, after a predefinable number of load cycles, etc.
  • a typical field of application for the method according to the invention is the optimization of the design of drive lines with at least one motor and / or at least one gear, in many applications an electric motor is used.
  • Gearboxes are, for example, the torque that occurs on the shaft, the bearing forces that occur, a possibly occurring tilting moment, the rotational speed, the ambient temperature, the winding temperature, etc.
  • the operator of the drive system can electronically know the knowledge base built up at the location of the computer system regarding the actually occurring loads and the resulting required parameters of the drive components and / or the automatically determined data set
  • the computer system can make a suggestion for a more real data record stored in the computer system, independently of or dependent on an output data record specified by the operator, regarding the load on the drive components Operator accepted, modified or rejected.
  • the communication between the operator and the computer system is preferably carried out via a data network, for example via the Internet.
  • the data can be transmitted both wirelessly and by wire.
  • the locations of the computer system, the operator and / or the manufacturer of the drive lines can be spatially as far apart as long as appropriate communication is possible at times from an electronic data network.
  • Fig. 1 shows an overview of a possible configuration for
  • Fig. 3 shows a given by the operator of the drive line
  • FIG. 4 shows the associated frequency distribution of the duty cycle
  • FIG. 5 shows the associated frequency distribution of the pause duration
  • FIG. 6 shows the real profile of the torque
  • FIG. 7 shows the associated frequency distribution of the duty cycle
  • FIG. 8 shows the associated frequency distribution of the pause duration.
  • FIG. 1 shows an overview of a possible configuration for executing the method according to the invention for optimizing the design of motor drive sections 1 with a computing system 3 having storage means 2 for calculating parameters of drive components 4, 5 using a predefinable one and the load on the drive components 4 , 5 representing data set 6.
  • the real load data 7 are recorded on installed and in operation drive lines 1 by means of corresponding sensors 8, 9 and transmitted electronically to the computer system 3.
  • the data set 6 used in the calculation of the parameters is included with the recorded real load data 7 automatically determined (see Fig. 2).
  • the drive section 1 comprises a motor 4 and a transmission 5.
  • a speed sensor 9 detects the speed of the drive shaft 11 and stores these measured values over time in a storage module 12 located on the drive section 1.
  • a force sensor 8 arranged on the bearing 13 of the drive shaft 11 detects the bearing forces and / or the torque that occur over time and also stores them in the memory module 12. Via a mobile radio or cell phone antenna 14 and / or via
  • these real load data 7 are transmitted via a data network 16, for example the Internet, to the computer system 3, which may be very distant in space.
  • the first location 17 at which the drive section 1 is in operation is to be represented by a dashed outline.
  • the second location 18, at which the computing system 3 is located, is to be represented by a dashed outline.
  • the first location 17 can be, for example, a production site of an operator of the drive line 1.
  • the second location 18 can be, for example, the computer center of a manufacturer of the drive line 1.
  • a third location 19 is represented by a further dashed outline, which for example represents the construction center of the operator of the drive route 1.
  • the three locations 17, 18, 19 can optionally also be located on three different continents.
  • the second location 18 of the manufacturer of the drive line 1 can be located in Germany
  • the third location 19 of the construction center of the operator of the drive line 1 in the USA and the first location 17 of the use of the drive line 1 in Brazil.
  • all three locations 17, 18, 1 are temporarily electronically connected to one another via the data network 16.
  • the 10 data transmitted by the first location 17 are stored on the storage means 2, in particular the data record 6, which is automatically determined taking into account the real load data 7. After its calculation, this can also be transmitted back 20 to the first location 17, are displayed in particular on a screen 21 there.
  • the data record 6 can be transmitted to the third location 19 upon corresponding request 22, in particular can be displayed on a further screen 24 there. This is particularly advantageous if, at the third location 19, a designer of the operator of the drive line 1 designs a new drive line for a similar or identical location, type of use, etc. or has to design the associated drive components 4, 5.
  • the data record 6 and in particular the parameters for the drive components 4, 5 to be calculated using the data record 6 then correspond to the expected real load case.
  • FIG. 2 shows the diagram for determining the representative data record 6 by linking an output data record 25 already stored in the computer system 3 with the real load data 7.
  • the real load data 7 comprise a first data field 26, which identifies or individualizes the operator, the type of use, the place of use, etc. of the associated drive section 1 (“X”).
  • the second data field 27 of the real load data 7 comprises the real load data such as, for example, torque , Bearing force, temperature, etc. ("R”), in each case their temporal course and / or their minimum and maximum values.
  • the real load data 7 are weighted with a weighting function 28, for example depending on the length of the time period
  • the representative data record 6 can be stored on the storage means 2, can be displayed on a screen 30 of the computing system 3 and / or can be forwarded to the computing system 3 for calculating the parameters of the drive components 4, 5. These parameters can then in turn be forwarded, for example, to the further screen 24, which can also be set up remotely from the computing system 3.
  • the operator of the drive section 1 assumes that each duty cycle of, for example, 3 minutes is followed by a pause of 2 minutes.
  • the associated frequency distribution h D for the on-time t D therefore has a single peak at 3 minutes, as shown in FIG. 4.
  • the associated frequency distribution h P of the pause duration t P has a single peak with the pause duration of 2 minutes, as shown in FIG. 5.
  • Manufacturers of the drive section 1 dimension the drive components, in particular the motor 4, the transmission 5 and / or the sensors 8, 9 accordingly, for example with regard to insulating materials, bearing sizes, cooling measures, etc. Whether the predetermined torque curve M ⁇ (t) as in FIG. 3 also shown during operation of the drive section 1 has a decisive influence on the service life or ease of maintenance of the drive section 1.
  • the pauses between the on-times are 1 minute in two thirds of the cases and 3 minutes in the remaining third of the cases.
  • a corresponding frequency distribution h ⁇ for the pause duration t ⁇ is shown in FIG. 8.
  • the real actual torque curve M R over time t results, for example, in a different temperature profile for the
  • the motor cools down more during the longer breaks, and then heats up more during the three switch-on periods that run in succession. This leads to an increased thermal shock load on the winding insulation.
  • the manufacturer of the drive section 1 will endeavor to compensate for this by using correspondingly higher-quality insulating materials in order to continue to ensure a long service life of the drive section 1 and a high level of maintenance friendliness with long maintenance intervals.
  • sensors 8, 9 for force / torque and speed specified in the exemplary embodiment sensors for tilting moment, bearing force, speed, acceleration, temperature, leakage, tightness, lubricant contamination, abrasion, etc. can be provided additionally or alternatively, depending on the application.

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Abstract

The invention relates to a method for optimising the design of motor drive sections (1) with the aid of a computer (3) which is provided with storage means (2) and which is used to calculate the parameters of drive components (4,5) using a predefinable set of data (6) which represents the load to which the drive components are subjected. The invention is characterised in that the set of data (6) used to calculate said parameters is automatically determined, taking into account real load data (7) which is collected by corresponding sensors (8,9) on installed and operational drive sections (1) and which is electrically transferred (10) to the computer unit (3).

Description

Verfahren zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken Process for optimizing the design of motorized drive lines
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for optimizing the design of motor drive lines according to the preamble of claim 1.
Bei den bekannten Verfahren erfolgt die Auslegung von motorischen Antriebsstrecken, wie beispielsweise die Antriebseinheit für eine Werkzeugmaschine, mittels einer eine Speichereinheit aufweisenden elektronischen Rechenanlage. Die Rechenanlage berechnet auf der Grundlage eines vorgegebenen und die Belastung der Antriebskomponenten repräsentierenden Datensatzes die Parameter der Antriebskomponenten, beispielsweise die Motorleistung, die Dimensionierung der Lager der Antriebswelle, das Übersetzungsverhältnis eines an den Motor angeschlossenen Getriebes usw.In the known methods, motor drive sections, such as the drive unit for a machine tool, are designed by means of an electronic computer system having a storage unit. The computer system calculates the parameters of the drive components, for example the motor power, the dimensioning of the bearings of the drive shaft, the transmission ratio of a gearbox connected to the motor, etc., on the basis of a predetermined data set and representing the load on the drive components.
Das Leistungsvermögen und die Lebensdauer der entsprechend der Auslegung realisierten und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecke ist abhängig von der Übereinstimmung des in der Regel von dem Betreiber der Antriebsstrecke vorgegebenen Datensatzes für die Belastung der Antriebskomponenten mit den realen Belastungsdaten. Beispielsweise gibt der Betreiber vor, die Antriebsstrecke werde im Dreischichtbetrieb rund um die Uhr eingesetzt und die motorische Komponente werde in festen Taktzeiten ein- und ausgeschaltet. Dementsprechend werden vomThe performance and the lifespan of the drive section, which is implemented and in operation according to the design, depends on the conformity of the drive system, which is generally the responsibility of the operator Drive path specified data record for the load of the drive components with the real load data. For example, the operator specifies that the drive line is used around the clock in three-shift operation and the motor component is switched on and off at fixed cycle times. Accordingly, from
Hersteller der Antriebsstrecke die Antriebskomponenten dimensioniert, beispielsweise hinsichtlich Motorleistung oder Motorkühlung. Stimmt der vorgegebene Datensatz nicht mit den realen Belastungsdaten überein, kommt es zu einem erhöhten Wartungsaufwand für die Antriebsstrecke oder sogar zu einem vorzeitigen Ausfall.Manufacturer of the drive line dimensioned the drive components, for example with regard to engine power or engine cooling. If the specified data record does not match the real load data, there is an increased maintenance effort for the drive line or even premature failure.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken bereitzustellen, durch das die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere soll durch das erfindungsgemäße Verfahren eine optimale Auslegung der Antriebsstrecken hinsichtlich der tatsächlichen Belastungen im Betrieb gewährleistet sein und dadurch die Lebensdauer der Antriebsstrecke erhöht und/oder der Wartungsaufwand reduziert werden.The invention is based on the problem of providing a method for optimizing the design of motorized drive lines, by means of which the disadvantages of the prior art are overcome. In particular, the method according to the invention is intended to ensure an optimal design of the drive lines with regard to the actual loads during operation, thereby increasing the service life of the drive line and / or reducing the maintenance effort.
Das Problem ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Verfahren gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.The problem is solved by the method defined in claim 1. Particular embodiments of the invention are defined in the subclaims.
Dadurch, dass reale Belastungsdaten an installierten und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecken mittels entsprechender Sensoren aufgenommen und elektronisch an die Rechenanlage übermittelt werden, und dass der bei der Berechnung der Parameter verwendete Datensatz unter Einbeziehung der aufgenommenen realen Belastungsdaten automatisch bestimmt wird, ist gewährleistet, dass möglichst genau dem The fact that real load data on installed and operational drive lines is recorded by means of appropriate sensors and electronically transmitted to the computer system, and that the data set used in the calculation of the parameters is automatically determined, taking into account the recorded real load data, ensures that it is as accurate as possible the
realen Belastungsfall entsprechende Daten bei der Auslegung der Antriebsstrecke zugrunde gelegt sind. Die Belastungsdaten werden dabei fortlaufend oder in regelmäßingen, vorgebbaren und/oder ereignisbestimmten Zeitabständen elektronisch übermittelt, beispielsweise in Form digitaler Daten, die erforderlichenfalls kodiert werden und damit für Unbefugte nicht lesbar sind.corresponding data for real load cases are used in the design of the drive line. The debit data are transmitted electronically continuously or at regular, predeterminable and / or event-specific time intervals, for example in the form of digital data, which is encoded if necessary and therefore cannot be read by unauthorized persons.
Die erfindungsgemäßen Antriebsstrecken umfassen dabei insbesondere Antriebsstrecken für Industrieanlagen, wie Produktionsmaschinen, Verpackungsmaschinen, Werkzeugmaschinen usw., aber auchThe drive lines according to the invention include, in particular, drive lines for industrial plants, such as production machines, packaging machines, machine tools, etc.
Antriebsstrecken allgemeiner Art wie beispielsweise in Fahr-, Flug- und Schwimmfahrzeugen oder in Windkraftanlagen. Reale ßelastungsdaten sind beispielsweise das an der Abtriebswelle oder der Antriebswelle wirkende Drehmoment, die auftretenden Lagerkräfte, die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit der Umgebung, der Füllstand des Schmiermittels, die Schmiermitteltemperatur, die Dichtheit der Dichtung usw. Dabei wird vorzugsweise sowohl der zeitliche Verlauf dieser Größen als auch deren Maximal- und Minimalwerte mittels entsprechender Sensoren aufgenommen. Die Aufzeichnung kann über einzelne Arbeitszyklen, Tage, Wochen und Monate oder sogar über die gesamte Lebensdauer der Antriebsstrecke oder der Fertigungseinrichtung, in welche die Antriebsstrecke integriert ist, aufgezeichnet werden. Insbesondere ist es möglich, jedenfalls die von einigen oder von allen Sensoren gelieferten Signale in einer Art Antriebsstrecken- oder Betriebsdatenschreiber für eine vorgebbare Zeitdauer, beispielsweise 10 Minuten, fortlaufend abzuspeichern, um somit beispielsweise im Falle eines auftretenden Maschinenschadens oder eines Unfalls die Vorgänge der letzen Minuten vor dem Ereignis rekonstruieren zu können und dadurch gegebenenfalls die Ursache des Ereignisses ermitteln zu können. Die ermittelten Werte können General-purpose drive lines such as in driving, flying and swimming vehicles or in wind turbines. Real load data are, for example, the torque acting on the output shaft or the drive shaft, the occurring bearing forces, the ambient temperature, the ambient air humidity, the fill level of the lubricant, the lubricant temperature, the tightness of the seal etc. their maximum and minimum values are also recorded using appropriate sensors. The recording can be recorded over individual work cycles, days, weeks and months or even over the entire life of the drive line or the manufacturing device in which the drive line is integrated. In particular, it is possible in any case to continuously save the signals supplied by some or all of the sensors in a type of drive line or operating data recorder for a predefinable period of time, for example 10 minutes, so that, for example in the event of machine damage or an accident, the processes of the last minutes to be able to reconstruct before the event and thereby possibly determine the cause of the event. The determined values can
unmittelbar auf elektronischem Wege an die Rechenanlage übermittelt werden oder mittelbar oder unmittelbar an der im Betrieb befindlichen Antriebsstrecke zwischengespeichert, angezeigt und/oder ausgelesen werden.are transmitted directly to the computer system electronically or are buffered, displayed and / or read out indirectly or directly on the drive line in operation.
Die Auslegung der motorischen Antriebsstrecke durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dahingehend erfolgen, dass beispielsweise durch die Auswertung der realen Belastungsdaten ermittelt werden kann, ob bestimmte Antriebskomponenten über- oder unterdurchschnittlich belastet sind und ob entsprechende Belastungen an andere Antriebskomponenten abgegeben werden können bzw. von diesen übernommen werden können. Beispielsweise kann bei einem Mehrachsen- Roboter ein erforderlicher Verfahrweg auf unterschiedliche Weise und insbesondere unter Einbeziehung verschiedener Antriebskomponenten bereitgestellt werden. Stellt man fest, dass eine bestimmteThe motor drive section can also be designed by the method according to the invention in such a way that, for example, by evaluating the real load data, it can be determined whether certain drive components are loaded above or below average and whether corresponding loads can be given to other drive components or taken over by them can be. For example, in the case of a multi-axis robot, a required travel path can be provided in different ways and in particular with the inclusion of different drive components. You find that a certain one
Antriebskomponente bei einem bestimmten Verfahrweg so stark belastet ist, dass diese bestimmte Antriebskomponente die Gesamtlebensdauer der Antriebsstrecke und damit des Roboters begrenzt, kann dieser bestimmte Verfahrweg durch Einbeziehung anderer Antriebskomponenten, die geringer belastet sind, bereitgestellt werden. Diese Korrektur bzw. Optimierung kann bei einer installierten Antriebsstrecke erfolgen, gegebenenfalls auch während des Betriebes der Antriebsstrecke, und/oder bei der Auslegung der nächsten Antriebsstrecke für den gleichen oder einen vergleichbaren Anwendungsfall erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Erfassen der realen Belastungsdaten unmittelbar an der Antriebsstrecke während das automatische Bestimmen des bei der Berechnung der Parameter verwendeten Datensatzes und/oder die Berechnung der Parameter an einem entfernten Ort erfolgt, beispielsweise in einem Server-Rechner des Lieferanten der Antriebskomponenten. Drive component is so heavily loaded with a certain travel path that this particular drive component limits the total life of the drive path and thus the robot, this particular travel path can be provided by including other drive components that are less loaded. This correction or optimization can take place with an installed drive line, possibly also during the operation of the drive line, and / or with the design of the next drive line for the same or a comparable application. The real load data is preferably recorded directly on the drive line while the automatic determination of the data set used in the calculation of the parameters and / or the calculation of the parameters takes place at a remote location, for example in a server computer of the supplier of the drive components.
Außerdem kann durch das erfindungsgemäße Verfahren und das damit mögliche Betriebsüberwachen (monitoring) beispielsweise auch die Lebensdauer oder Restlebensdauer, die Wartungsintervalle oder die Leistungsreserve der Antriebsstrecke oder einzelner Antriebskomponenten ermittelt und dem Kunden garantiert werden. Hinsichtlich der Ermittlung der Lebensdauer bzw. Restlebensdauer können Erkenntnisse zur Schadensakkumulation aus anderen technischen Gebieten wie beispielsweise der Werkstoffkunde verwendet werden, wie sie in HAIBACH E.: „Modifizierte lineare Schadensakkumulations-Hypothese zur Berücksichtigung des Dauerfestigkeitsabfalls mit fortschreitender Schädigung, Techn. Mitt. Nr. TM 50/70, Lab. für Betriebsfestigkeit, Darmstadt 1970, beschrieben sind. Demgemäß läßt sich beispielsweise anhand mathematische Funktionen, deren Komplexität und/oder Parameter vom Anwendungsfall abhängig ist, die Restlebensdauer einer Maschine ermitteln. Die Schadensakkumulations-Hypothese geht dabei unter anderem davon aus, dass eine „hohe Störgröße" eine Maschine um ein Vielfaches (X-mal) mehr schädigt, bzw. deren Restlebensdauer reduziert, gegenüber einer vergleichsweise „geringen Störgröße".In addition, the method according to the invention and the possible monitoring of operation (monitoring), for example, also determine the service life or remaining service life, the maintenance intervals or the power reserve of the drive line or individual drive components and guarantee the customer. With regard to the determination of the service life or remaining service life, findings on damage accumulation from other technical areas, such as materials science, can be used, as described in HAIBACH E .: "Modified linear damage accumulation hypothesis to take into account the decrease in fatigue strength with progressive damage, Techn. Mitt. Nr. TM 50/70, Lab. for operational strength, Darmstadt 1970. Accordingly, the remaining service life of a machine can be determined, for example, using mathematical functions, the complexity and / or parameters of which depend on the application. The damage accumulation hypothesis assumes, among other things, that a "high disturbance variable" damages a machine many times (X times) or reduces its remaining service life compared to a comparatively "small disturbance variable".
Die Rechenanlage zur Auslegung der motorischen Antriebsstrecke und die in Betrieb befindliche Antriebsstrecke sind vorzugsweise an unterschiedlichen Orten lokalisiert. Beispielsweise steht die Antriebsstrecke in einer Fertigungseinrichtung des Betreibers, während die Rechenanlage am Ort eines Herstellers der Antriebsstrecke lokalisiert ist. Die elektronische Übermittlung der realen Belastungsdaten erfolgt elektronisch, vorzugsweise über ein Datennetz. Bei dem Datennetz kann es sich um ein öffentliches Datennetz handeln, beispielsweise das internet, oder um ein nichtöffentliches Datennetz, beispielsweise ein Intranetz eines Unternehmens The computing system for designing the motor drive line and the drive line in operation are preferably located at different locations. For example, the drive line is located in a manufacturing facility of the operator, while the computing system is located at the location of a manufacturer of the drive line. The real load data is transmitted electronically, preferably via a data network. The data network can be a public data network, for example the internet, or a non-public data network, for example an intranet of a company
oder eines Konzerns. Soweit erforderlich oder vorteilhaft können die Daten jedenfalls abschnittsweise auch drahtlos übermittelt werden, beispielsweise innerhalb des Einsatzortes der Antriebsstrecke über eine drahtlose Infrarotverbindung an eine zentrale Empfangsstelle in der Fertigungshalle, oder vom Dach der Fertigungshalle über eine terrestrisch oder satellitengestützte Mobilfunkverbindung direkt zum Ort des Herstellers der Antriebsstrecke. Hierfür können auch bestehende nationale oder internationale Mobiltelefonnetze eingesetzt werden.or a group. If necessary or advantageous, the data can in any case also be transmitted wirelessly in sections, for example within the place of use of the drive line via a wireless infrared connection to a central receiving point in the production hall, or from the roof of the production hall via a terrestrial or satellite-based mobile radio connection directly to the location of the drive line manufacturer , Existing national or international mobile phone networks can also be used for this.
Vorzugsweise wird der repräsentierende Datensatz am Ort derThe representative data record is preferably located at the location of the
Rechenanlage durch Verknüpfen eines in der Rechenanlage bereits abgespeicherten Ausgangsdatensatzes mit den realen Belastungsdaten automatisch bestimmt. Für die automatische Bestimmung kann beispielsweise ein vorgebbares Rechenprogramm verwendet werden. Der bereits abgespeicherte Ausgangsdatensatz kann entweder der vom Betreiber der Antriebsstrecke vorgegebene Datensatz sein oder ein unter Einbeziehung früherer ermittelter realer Belastungsdaten bereits optimierter Datensatz. Der bisher geltende abgespeicherte Ausgangsdatensatz kann entweder durch den neu berechneten repräsentierenden Datensatz überschrieben werden oder zur Aufzeichnung der Historie und Entwicklung der jeweils geltenden Datensätze mit einem Zeitstempel versehen abgespeichert werden.Computer system automatically determined by linking an output data record already stored in the computer system with the real load data. For example, a predeterminable computer program can be used for the automatic determination. The output data record that has already been stored can either be the data record specified by the operator of the drive section or a data record that has already been optimized, including previously determined real load data. The previously valid stored output data record can either be overwritten by the newly calculated representative data record or can be saved with a time stamp to record the history and development of the respectively valid data records.
Die Verknüpfung der realen Belastungsdaten mit dem Ausgangsdatensatz erfolgt vorzugsweise unter Verwendung einer Gewichtungsfunktion. Die Gewichtungsfunktion kann beispielsweise eine empirisch ermittelte Statistikfunktion sein, gemäß der beispielsweise ein Ausreißer in den realen Belastungsdaten infolge einer Sonderbelastung der Antriebsstrecke oder eines Maschinenschadens nicht ungebührlich stark auf den bei der Auslieferung zukünftiger Antriebsstrecken zugrunde liegenden repräsentierenden Datensatz durchschlägt. Beispielsweise kann die Gewichtungsfunktion eine Art Tiefpassfunktion sein, gemäß der sich verändernde reale Belastungsdaten nur mit einer gewissen Zeitverzögerung vollständig auf den repräsentierenden Datensatz durchschlagen.The link between the real load data and the output data record is preferably carried out using a weighting function. The weighting function can, for example, be an empirically determined statistical function, according to which, for example, an outlier in the real load data due to a special load on the drive line or a machine damage is not unduly strong on that in the Delivery of future drive lines underlying the representative data record. For example, the weighting function can be a type of low-pass function, according to which changing real load data only fully penetrate the representative data record with a certain time delay.
Der unter Verwendung von realen Belastungsdaten berechnete Datensatz wird vorzugsweise entsprechend der Herkunft der realen Belastungsdaten individualisiert bzw. gekennzeichnet. Dadurch ist dieser Datensatz einem Betreiber, einem bestimmten Typ der Antriebsstrecke, der Einsatzart und/oder dem Einsatzort der Antriebsstrecke usw. zuordenbar. Beispielsweise kann eine Antriebsstrecke für einen Betreiber A für die Einsatzart „Verpackungsmaschine" an einem Einsatzort „Deutschland" durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Laufe der Zeit einen ganz anderen Datensatz für die Belastung der Antriebskomponenten hervorbringen als eine entsprechende Antriebsstrecke für denselben Betreiber, dieselbe Einsatzart, aber den Einsatzort „Brasilien". Entsprechendes gilt natürlich für andere Einsatzarten und/oder andere Betreiber usw.The data set calculated using real exposure data is preferably individualized or identified in accordance with the origin of the real exposure data. This data record can thus be assigned to an operator, a specific type of drive line, the type of use and / or the location of the drive line, etc. For example, a drive line for an operator A for the “packaging machine” type of use at a “Germany” location can, over time, use the method according to the invention to produce a completely different data set for the load on the drive components than a corresponding drive line for the same operator, the same type of use, but the location "Brazil". Of course, the same applies to other types of use and / or other operators, etc.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird am Ort der Rechenanlage eine Wissensbasis aufgebaut, die sehr genau die tatsächlichen Anforderungen an die Antriebsstrecke und deren Antriebskomponenten in Abhängigkeit der Randbedingungen „Einsatzart", „Einsatzort" usw. abbildet. Die in dieser Wissensbasis gespeicherten Daten sind zutreffender als jeneBy means of the method according to the invention, a knowledge base is built up at the location of the computer system, which depicts very precisely the actual requirements for the drive line and its drive components depending on the boundary conditions “type of use”, “place of use”, etc. The data stored in this knowledge base is more accurate than that
Ausgangsdaten, die der Betreiber dieser Antriebsstrecken bzw. der zugehörigen Fertigungseinrichtung dem Hersteller der Antriebsstrecken vorgeben kann. Im Ergebnis führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Output data that the operator of these drive lines or the associated manufacturing facility can specify to the manufacturer of the drive lines. As a result, the method according to the invention leads to a
optimalen Auslegung der Antriebsstrecken entsprechend den in jeder Hinsicht individuellen Anforderungen des jeweiligen Betreibers.optimal design of the drive lines according to the individual requirements of the respective operator in every respect.
Dadurch, dass die realen Belastungsdaten an der im Betrieb befindlichen Antriebsstrecke zwischengespeichert werden und dort gegebenenfalls anzeigbar und/oder auslesbar sind, stehen diese Daten auf Wunsch auch dem Betreiber unmittelbar oder beispielsweise einem an der Antriebsstrecke arbeitenden Servicemonteur zur Verfügung. Die Übermittlung der zwischengespeicherten realen Belastungsdaten an die Rechenaniage kann entweder von der Rechenanlage gesteuert werden, beispielsweise anlässlich der Auslegung einer neuen Antriebsstrecke, oder von der Antriebsstrecke gesteuert werden, beispielsweise in vorgebbaren zeitlichen Abständen, nach einer vorgebbaren Anzahl von Belastungszyklen usw.Due to the fact that the real load data are temporarily stored on the drive line in operation and can be displayed and / or read out there if necessary, these data are also available to the operator if desired or, for example, to a service technician working on the drive line. The transmission of the temporarily stored real load data to the computer system can either be controlled by the computer system, for example when designing a new drive line, or can be controlled by the drive line, for example at predefinable time intervals, after a predefinable number of load cycles, etc.
Ein typisches Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Verfahren ist das Optimieren der Auslegung von Antriebsstrecken mit mindestens einem Motor und/oder mindestens einem Getriebe, in vielen Anwendungsfällen wird dabei ein Elektromotor eingesetzt werden. Wesentliche, den Verschleiß bestimmende Parameter für einen Elektromotor bzw. einA typical field of application for the method according to the invention is the optimization of the design of drive lines with at least one motor and / or at least one gear, in many applications an electric motor is used. Essential, wear-determining parameters for an electric motor or a
Getriebe sind beispielsweise das an der Welle auftretende Drehmoment, die auftretenden Lagerkräfte, ein möglicherweise auftretendes Kippmoment, die Umdrehungsgeschwindigkeit, die Umgebungstemperatur, die Wicklungstemperatur usw.Gearboxes are, for example, the torque that occurs on the shaft, the bearing forces that occur, a possibly occurring tilting moment, the rotational speed, the ambient temperature, the winding temperature, etc.
Die am Ort der Rechenanlage aufgebaute Wissensbasis betreffend die real auftretenden Belastungen und die daraus resultierenden erforderlichen Parameter der Antriebskomponenten und/oder der automatisch bestimmte Datensatz können dem Betreiber der Antriebsstrecke elektronisch The operator of the drive system can electronically know the knowledge base built up at the location of the computer system regarding the actually occurring loads and the resulting required parameters of the drive components and / or the automatically determined data set
übermittelt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn dieser Betreiber erneut eine Antriebsstrecke konstruiert bzw. auslegt, und hierzu auf die vom Hersteller der Antriebsstrecke lokalisierte Rechenanlage zugreift. So kann nach entsprechender Eingabe von „Betreiber", „Einsatzart", „Einsatzort" usw. die Rechenanlage unabhängig oder abhängig von einem vom Betreiber vorgegebenen Ausgangsdatensatz hinsichtlich die Belastung der Antriebskomponenten einen Vorschlag für einen in der Rechenanlage abgespeicherten realeren Datensatz machen. Dieser kann vom Betreiber akzeptiert, modifiziert oder abgelehnt werden. Die Kommunikation zwischen dem Betreiber und der Rechenanlage erfolgt vorzugsweise über ein Datennetz, beispielsweise über das Internet. Auch hier kann die Übertragung der Daten sowohl drahtlos als auch drahtgebunden erfolgen. Die Lokationen der Rechenanlage, des Betreibers und/oder des Herstellers der Antriebsstrecken können dabei räumlich beliebig weit auseinanderfallen, solange jedenfalls zeitweise eine entsprechende Kommunikation über ein elektronisches Datennetz möglich ist.be transmitted. This is particularly advantageous if this operator designs or designs a drive line again and accesses the computer system located by the manufacturer of the drive line. After appropriate input of "operator", "type of application", "location", etc., the computer system can make a suggestion for a more real data record stored in the computer system, independently of or dependent on an output data record specified by the operator, regarding the load on the drive components Operator accepted, modified or rejected. The communication between the operator and the computer system is preferably carried out via a data network, for example via the Internet. Here, too, the data can be transmitted both wirelessly and by wire. The locations of the computer system, the operator and / or the manufacturer of the drive lines can be spatially as far apart as long as appropriate communication is possible at times from an electronic data network.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention emerge from the subclaims and the following description, in which an exemplary embodiment is described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination.
Fig. 1 zeigt eine Übersicht über eine mögliche Konfiguration zurFig. 1 shows an overview of a possible configuration for
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,Execution of the method according to the invention,
Fig. 2 zeigt das Schema zur Bestimmung des repräsentierenden Datensatzes, 2 shows the scheme for determining the representative data set,
Fig. 3 zeigt einen vom Betreiber der Antriebsstrecke vorgegebenenFig. 3 shows a given by the operator of the drive line
Verlauf des Drehmoments, Fig. 4 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung der Einschaltdauer, Fig. 5 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung der Pausendauer, Fig. 6 zeigt den realen Verlauf des Drehmoments,4 shows the associated frequency distribution of the duty cycle, FIG. 5 shows the associated frequency distribution of the pause duration, FIG. 6 shows the real profile of the torque,
Fig. 7 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung der Einschaltdauer, und Fig. 8 zeigt die zugehörige Häufigkeitsverteilung der Pausendauer.FIG. 7 shows the associated frequency distribution of the duty cycle, and FIG. 8 shows the associated frequency distribution of the pause duration.
Die Fig. 1 zeigt eine Übersicht über eine mögliche Konfiguration zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Optimieren der Auslegung von motorischen Antriebsstrecken 1 mit einer Speichermittel 2 aufweisenden Rechenanlage 3 zur Berechnung von Parametern von Antriebskomponenten 4, 5 unter Verwendung eines vorgebbaren und die Belastung der Antriebskomponenten 4, 5 repräsentierenden Datensatzes 6. Die realen Belastungsdaten 7 werden dabei an installierten und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecken 1 mittels entsprechender Sensoren 8, 9 aufgenommen und elektronisch an die Rechenanlage 3 übermittelt 10. Der bei der Berechnung der Parameter verwendete Datensatz 6 wird dabei unter Einbeziehung der aufgenommenen realen Belastungsdaten 7 automatisch bestimmt (siehe Fig. 2).1 shows an overview of a possible configuration for executing the method according to the invention for optimizing the design of motor drive sections 1 with a computing system 3 having storage means 2 for calculating parameters of drive components 4, 5 using a predefinable one and the load on the drive components 4 , 5 representing data set 6. The real load data 7 are recorded on installed and in operation drive lines 1 by means of corresponding sensors 8, 9 and transmitted electronically to the computer system 3. The data set 6 used in the calculation of the parameters is included with the recorded real load data 7 automatically determined (see Fig. 2).
Die Antriebsstrecke 1 umfasst dabei einen Motor 4 und ein Getriebe 5. Ein Drehzahlsensor 9 erfasst die Drehzahl der Antriebswelle 11 und speichert diese Messwerte über der Zeit in einem an der Antriebsstrecke 1 befindlichen Speichermodul 12. Ein am Lager 13 der Antriebswelle 1 1 angeordneter Kraftsensor 8 erfasst die über der Zeit auftretenden Lagerkräfte und/oder das Drehmoment und speichert diese ebenfalls im Speichermodul 12 ab. Über eine Mobilfunk- oder Mobiltelefonantenne 14 und/oder über The drive section 1 comprises a motor 4 and a transmission 5. A speed sensor 9 detects the speed of the drive shaft 11 and stores these measured values over time in a storage module 12 located on the drive section 1. A force sensor 8 arranged on the bearing 13 of the drive shaft 11 detects the bearing forces and / or the torque that occur over time and also stores them in the memory module 12. Via a mobile radio or cell phone antenna 14 and / or via
einen Datennetzanschluss 15 werden diese realen Belastungsdaten 7 über ein Datennetz 16, beispielsweise das Internet, an die räumlich gegebenenfalls sehr weit entfernte Rechenanlage 3 übermittelt.a data network connection 15, these real load data 7 are transmitted via a data network 16, for example the Internet, to the computer system 3, which may be very distant in space.
Durch eine gestrichelte Umrisslinie soll die erste Lokation 17 repräsentiert sein, an der die Antriebsstrecke 1 in Betrieb ist. Durch eine ebenfalls gestrichelte Umrisslinie soll die zweite Lokation 18 repräsentiert sein, an der die Rechenanlage 3 lokalisiert ist. Bei der ersten Lokation 17 kann es sich beispielsweise um eine Fertigungsstätte eines Betreibers der Antriebsstrecke 1 handeln. Die zweite Lokation 18 kann beispielsweise die Rechenzentrale eines Herstellers der Antriebsstrecke 1 sein.The first location 17 at which the drive section 1 is in operation is to be represented by a dashed outline. The second location 18, at which the computing system 3 is located, is to be represented by a dashed outline. The first location 17 can be, for example, a production site of an operator of the drive line 1. The second location 18 can be, for example, the computer center of a manufacturer of the drive line 1.
Durch eine weitere gestrichelte Umrisslinie ist eine dritte Lokation 19 repräsentiert, die beispielsweise das Konstruktionszentrum des Betreibers der Antriebsstrecke 1 repräsentiert. Die drei Lokationen 17, 18, 19 können gegebenenfalls auch auf drei verschiedenen Kontinenten lokalisiert sein. Beispielsweise kann die zweite Lokation 18 des Herstellers der Antriebsstrecke 1 in Deutschland liegen, die dritte Lokation 19 des Konstruktionszentrums des Betreibers der Antriebsstrecke 1 in den USA und die erste Lokation 17 des Einsatzes der Antriebsstrecke 1 in Brasilien. Über das Datennetz 16 sind alle drei Lokationen 17, 18, 1 jedenfalls temporär elektronisch miteinander verbunden.A third location 19 is represented by a further dashed outline, which for example represents the construction center of the operator of the drive route 1. The three locations 17, 18, 19 can optionally also be located on three different continents. For example, the second location 18 of the manufacturer of the drive line 1 can be located in Germany, the third location 19 of the construction center of the operator of the drive line 1 in the USA and the first location 17 of the use of the drive line 1 in Brazil. In any case, all three locations 17, 18, 1 are temporarily electronically connected to one another via the data network 16.
In der zweiten Lokation 18 werden die von der ersten Lokation 17 übermittelten 10 Daten auf den Speichermitteln 2 abgespeichert, insbesondere der automatisch unter Einbeziehung der realen Belastungsdaten 7 bestimmte Datensatz 6. Dieser kann anschließend an seine Berechnung auch an die erste Lokation 17 zurückübermittelt 20 werden, insbesondere auf einem dortigen Bildschirm 21 angezeigt werden. In the second location 18, the 10 data transmitted by the first location 17 are stored on the storage means 2, in particular the data record 6, which is automatically determined taking into account the real load data 7. After its calculation, this can also be transmitted back 20 to the first location 17, are displayed in particular on a screen 21 there.
Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn ein Servicemonteur vor Ort ist, um die Antriebsstrecke 1 zu warten oder zu reparieren.This is necessary, for example, when a service technician is on site to maintain or repair the drive line 1.
Außerdem kann der Datensatz 6 auf entsprechende Anfrage 22 an die dritte Lokation 19 übermittelt werden, insbesondere auf einem dortigen weiteren Bildschirm 24 angezeigt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn an der dritten Lokation 19 ein Konstrukteur des Betreibers der Antriebsstrecke 1 eine neue Antriebsstrecke für einen ähnlichen oder identischen Einsatzort, Einsatzart usw. konstruiert bzw. die zugehörigen Antriebskomponenten 4, 5 auszulegen hat. Der Datensatz 6 und insbesondere die unter Verwendung des Datensatzes 6 zu berechnenden Parameter für die Antriebskomponenten 4, 5 entsprechen dann dem zu erwartenden realen Belastungsfall.In addition, the data record 6 can be transmitted to the third location 19 upon corresponding request 22, in particular can be displayed on a further screen 24 there. This is particularly advantageous if, at the third location 19, a designer of the operator of the drive line 1 designs a new drive line for a similar or identical location, type of use, etc. or has to design the associated drive components 4, 5. The data record 6 and in particular the parameters for the drive components 4, 5 to be calculated using the data record 6 then correspond to the expected real load case.
Die Fig. 2 zeigt das Schema zur Bestimmung des repräsentierenden Datensatzes 6 durch Verknüpfen eines in der Rechenanlage 3 bereits abgespeicherten Ausgangsdatensatzes 25 mit den realen Belastungsdaten 7. Am Anfang wird von einem beispielsweise von dem Betreiber der Antriebsstrecke 1 vorgegebenen Ausgangsdatensatz 25 ausgegangen. Die realen Belastungsdaten 7 umfassen ein erstes Datenfeld 26, das den Betreiber, die Einsatzart, den Einsatzort usw. der zugehörigen Antriebsstrecke 1 identifiziert bzw. individualisiert („X"). Das zweite Datenfeld 27 der realen Belastungsdaten 7 umfasst die realen Belastungsdaten wie beispielsweise Drehmoment, Lagerkraft, Temperatur usw. („R"), jeweils deren zeitlichen Verlauf und/oder deren Minimal- und Maximalwerte.FIG. 2 shows the diagram for determining the representative data record 6 by linking an output data record 25 already stored in the computer system 3 with the real load data 7. At the beginning, an output data record 25, for example given by the operator of the drive line 1, is assumed. The real load data 7 comprise a first data field 26, which identifies or individualizes the operator, the type of use, the place of use, etc. of the associated drive section 1 (“X”). The second data field 27 of the real load data 7 comprises the real load data such as, for example, torque , Bearing force, temperature, etc. ("R"), in each case their temporal course and / or their minimum and maximum values.
Die realen Belastungsdaten 7 werden mit einer Gewichtungsfunktion 28 gewichtet, beispielsweise in Abhängigkeit der Länge des Zeitraumes, den The real load data 7 are weighted with a weighting function 28, for example depending on the length of the time period
die realen Belastungsdaten 7 repräsentieren. Anschließend werden die gewichteten realen Belastungsdaten mit dem bisher geltenden Datensatz 25, 6 verknüpft 29. In einer vereinfachten Ausführungsform kann der bisher geltende Datensatz 25, 6 auch durch die gewichteten realen Belastungsdaten 7 oder sogar durch die realen Belastungsdaten 7 selbst einfach ersetzt werden. In vielen Anwendungsfällen wird es allerdings wünschenswert sein, dass beispielsweise ein Ausreißer in den realen Belastungsdaten 7 infolge einer Sonderbelastung oder einer Beschädigung der Antriebsstrecke nicht unmittelbar und vollständig auf den repräsentierenden Datensatz 6 durchschlägt. Insofern wird durch dierepresent the real load data 7. The weighted real load data are then linked to the previously applicable data record 25, 6. In a simplified embodiment, the previously valid data record 25, 6 can also simply be replaced by the weighted real load data 7 or even by the real load data 7 itself. In many applications, however, it will be desirable that, for example, an outlier in the real load data 7 does not immediately and completely impact on the representative data set 6 due to a special load or damage to the drive route. In this respect, the
Verknüpfung 29 eine Art Tiefpassfunktion wünschenswert sein, derart, dass sich auch bei einem abrupten Verändern der realen Belastungsdaten 7 der repräsentierende Datensatz 6 nur allmählich diesen veränderten Umständen anpasst. Die zugehörige Zeitkonstante, mit der diese Anpassung erfolgt, ist vorgebbar.Link 29, a type of low-pass function may be desirable, such that even if the real load data 7 changes abruptly, the representative data record 6 only gradually adapts to these changed circumstances. The associated time constant with which this adjustment is made can be specified.
Der repräsentierende Datensatz 6 ist auf den Speichermitteln 2 abspeicherbar, an einem Bildschirm 30 der Rechenanlage 3 anzeigbar und/oder an die Rechenanlage 3 zur Berechnung der Parameter der Antriebskomponenten 4, 5 weiterleitbar. Diese Parameter können dann ihrerseits beispielsweise auf den weiteren Bildschirm 24, der auch lokal entfernt von der Rechenanlage 3 aufgestellt sein kann, weitergeleitet werden.The representative data record 6 can be stored on the storage means 2, can be displayed on a screen 30 of the computing system 3 and / or can be forwarded to the computing system 3 for calculating the parameters of the drive components 4, 5. These parameters can then in turn be forwarded, for example, to the further screen 24, which can also be set up remotely from the computing system 3.
Die Fig. 3 zeigt einen vom Betreiber der Antriebsstrecke 1 vorgegebenen (theoretischen) Verlauf des Drehmoments Mτ über der Zeit t. Daraus ist ersichtlich, dass der Betreiber von einem Belastungsfall für die Antriebsstrecke 1 ausgeht, bei der es in regelmäßigen Abständen zu einem Ein- bzw. Ausschalten der Antriebsstrecke 1 kommt, insbesondere des 3 shows a (theoretical) progression of the torque M τ over the time t that is specified by the operator of the drive section 1. It can be seen from this that the operator assumes a load case for the drive section 1, in which the drive section 1 is switched on and off at regular intervals, in particular the
Motors 4. Kurz nach dem Einschaltzeitpunkt tritt ein Drehmomentmaximum auf. Davon abgesehen ist die Drehmomentbelastung weitgehend konstant. In Abhängigkeit der thermischen Wärmeleitfähigkeit und der thermischen Kapazität der Antriebsstrecke 1 bzw. der zugehörigen Umgebung stellt sich infolge eines derartigen Belastungsprofils beispielsweise ein bestimmtes und gegebenenfalls nur geringfügig schwankendes Temperaturniveau in der Antriebsstrecke 1 ein. Dieses wiederum hat Einfluss auf die Alterung beispielsweise der Wicklungsisolation oder eines Schmierstoffes und damit Einfluss auf die Lebensdauer und/oder Wartungsintervalle der Antriebsstrecke 1.Motors 4. A torque maximum occurs shortly after the switch-on time. That being said, the torque load is largely constant. Depending on the thermal thermal conductivity and the thermal capacity of the drive section 1 or the associated environment, a certain and possibly only slightly fluctuating temperature level is established in the drive section 1 as a result of such a load profile. This in turn influences the aging of the winding insulation or a lubricant and thus influences the service life and / or maintenance intervals of the drive section 1.
Im dargestellten Beispiel geht der Betreiber der Antriebsstrecke 1 davon aus, dass jeder Einschaltdauer von beispielsweise 3 Minuten eine Pausendauer von 2 Minuten folgt. Die zugehörige Häufigkeitsverteilung hD für die Einschaltdauer tD besitzt daher einen einzigen Peak bei 3 Minuten, wie in der Fig. 4 dargestellt. Die zugehörige Häufigkeitsverteilung hPder Pausendauer tP besitzt einen einzigen Peak bei der Pausendauer 2 Minuten, wie in der Fig. 5 dargestellt.In the example shown, the operator of the drive section 1 assumes that each duty cycle of, for example, 3 minutes is followed by a pause of 2 minutes. The associated frequency distribution h D for the on-time t D therefore has a single peak at 3 minutes, as shown in FIG. 4. The associated frequency distribution h P of the pause duration t P has a single peak with the pause duration of 2 minutes, as shown in FIG. 5.
Ausgehend von derartigen Belastungsdaten würde beispielsweise einBased on such load data, for example, a
Hersteller der Antriebsstrecke 1 die Antriebskomponenten, insbesondere den Motor 4, das Getriebe 5 und/oder die Sensoren 8, 9, entsprechend dimensionieren, beispielsweise hinsichtlich Isolierwerkstoffen, Lagergrößen, Kühlmaßnahmen usw. Ob der vorgegebene Drehmomentsverlauf Mτ(t) wie in Fig. 3 dargestellt auch im Betrieb der Antriebsstrecke 1 vorliegt, hat einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer bzw. Wartungsfreundlichkeit der Antriebsstrecke 1. Manufacturers of the drive section 1 dimension the drive components, in particular the motor 4, the transmission 5 and / or the sensors 8, 9 accordingly, for example with regard to insulating materials, bearing sizes, cooling measures, etc. Whether the predetermined torque curve M τ (t) as in FIG. 3 also shown during operation of the drive section 1 has a decisive influence on the service life or ease of maintenance of the drive section 1.
In der Fig. 6 ist der reale Verlauf des Drehmoments MR über der Zeit t dargestellt. Gegenüber dem vom Betreiber der Antriebsstrecke 1 ursprünglich vorgegebenen Drehmomentverlauf Mτ(t) ergeben sich signifikante Änderungen. So ist beispielsweise die Einschaltdauer nicht konstant, sondern beträgt in zwei Dritteln der Fälle 2 Minuten und in einem Drittel der Fälle lediglich 1 Minute. Eine entsprechende Häufigkeitsverteilung hD der Einschaltdauer tD ist in der Fig. 7 dargestellt.6 shows the real profile of the torque M R over time t. Compared to the torque curve M τ (t) originally specified by the operator of the drive section 1, there are significant changes. For example, the duty cycle is not constant, but is 2 minutes in two thirds of the cases and only 1 minute in one third of the cases. A corresponding frequency distribution h D of the duty cycle t D is shown in FIG. 7.
Die Pausen zwischen den Einschaltdauern betragen in zwei Dritteln der Fälle 1 Minute, im verbleibenden Drittel der Fälle 3 Minuten. Eine entsprechende Häufigkeitsverteilung hτ für die Pausendauer tτ ist in der Fig. 8 dargestellt.The pauses between the on-times are 1 minute in two thirds of the cases and 3 minutes in the remaining third of the cases. A corresponding frequency distribution h τ for the pause duration t τ is shown in FIG. 8.
Durch den realen tatsächlichen Drehmomentverlauf MR über der Zeit t ergibt sich beispielsweise ein anderes Temperaturprofil für dieThe real actual torque curve M R over time t results, for example, in a different temperature profile for the
Antriebsstrecke 1. In den längeren Pausen kühlt der Motor stärker ab, um anschließend in den drei paketweise hintereinander ablaufenden Einschaltdauern stärker aufzuheizen. Dies führt zu einer erhöhten Temperaturwechselbelastung der Wicklungsisolation. Der Hersteller der Antriebsstrecke 1 wird bestrebt sein, dies durch Einsatz entsprechend höherwertiger Isolierwerkstoffe zu kompensieren, um weiterhin eine hohe Lebensdauer der Antriebsstrecke 1 und eine hohe Wartungsfreundlichkeit mit langen Wartungsintervallen zu gewährleisten.Drive section 1. The motor cools down more during the longer breaks, and then heats up more during the three switch-on periods that run in succession. This leads to an increased thermal shock load on the winding insulation. The manufacturer of the drive section 1 will endeavor to compensate for this by using correspondingly higher-quality insulating materials in order to continue to ensure a long service life of the drive section 1 and a high level of maintenance friendliness with long maintenance intervals.
Die in den Figuren 3 bis 8 dargestellten Unterschiede zwischen einem von dem Betreiber der Antriebsstrecke 1 vorgegebenen Datensatz Mτ(t) und einem realen und die tatsächliche Belastung repräsentierende Datensatz MR(t) sind lediglich beispielhaft anhand des Drehmomentverlaufs M über der Zeit t dargestellt. In entsprechender Weise können andere für die Antriebsstrecke 1 relevante Daten aufgezeichnet werden, beispielsweise die auftretenden Lagerkräfte, Drehgeschwindigkeiten, Luftfeuchtigkeit der Umgebung usw.The differences shown in FIGS. 3 to 8 between a data set M τ (t) specified by the operator of the drive section 1 and a real data set M R (t) representing the actual load are shown only by way of example on the basis of the torque curve M over time t , Similarly, others can for the Drive section 1 relevant data are recorded, for example the occurring bearing forces, rotational speeds, ambient humidity, etc.
Neben den im Ausführungsbeispiel angegebenen Sensoren 8, 9 für Kraft/Drehmoment und Drehzahl können je nach Anwendungsfall ergänzend oder alternativ Sensoren für Kippmoment, Lagerkraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Temperatur, Leckage, Dichtheit, Schmiermittelverschmutzung, Abrieb usw. vorgesehen sein. In addition to the sensors 8, 9 for force / torque and speed specified in the exemplary embodiment, sensors for tilting moment, bearing force, speed, acceleration, temperature, leakage, tightness, lubricant contamination, abrasion, etc. can be provided additionally or alternatively, depending on the application.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zum Optimieren der Auslegung von motorischen1. Procedure for optimizing the design of motor
Antriebsstrecken (1) mit einer Speichermittel (2) aufweisenden Rechenanlage (3) zur Berechnung von Parametern von Antriebskomponenten (4, 5) unter Verwendung eines vorgebbaren und die Belastung der Antriebskomponenten repräsentierendenDrive sections (1) with a storage system (2) having a computer system (3) for calculating parameters of drive components (4, 5) using a predefinable one that represents the load on the drive components
Datensatzes (6), dadurch gekennzeichnet, dass der bei der Berechnung der Parameter verwendete Datensatz (6) unter Einbeziehung von realen, an installierten und in Betrieb befindlichen Antriebsstrecken (1) mittels entsprechender Sensoren (8, 9) aufgenommenen und elektronisch an die Rechenanlage (3) übermittelten (10 ) Belastungsdaten (7) automatisch bestimmt wird.Data set (6), characterized in that the data set (6) used in the calculation of the parameters, taking into account real drive lines (1) installed and in operation by means of appropriate sensors (8, 9) and electronically transmitted to the computer system ( 3) transmitted (10) load data (7) is determined automatically.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenaniage (3) und die in Betrieb befindliche Antriebsstrecke (1 ) an unterschiedlichen Orten (17, 18) lokalisiert sind und dass die realen Belastungsdaten (7) über ein Datennetz (16) übermittelt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the computing device (3) and the operating drive section (1) are located at different locations (17, 18) and that the real load data (7) are transmitted via a data network (16) become.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) über ein öffentliches Datennetz übermittelt werden, insbesondere über das Internet.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the real load data (7) are transmitted via a public data network, in particular via the Internet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) drahtlos übermittelt werden, insbesondere über ein Mobiltelefonnetz oder ein Mobilfunknetz. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the real exposure data (7) are transmitted wirelessly, in particular via a cell phone network or a cell phone network.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der repräsentierende Datensatz (6) durch Verknüpfen eines in der Rechenaniage bereits abgespeicherten Ausgangsdatensatzes (25) mit den realen Belastungsdaten (7) automatisch bestimmt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the representative data set (6) is automatically determined by linking an output data set (25) already stored in the computing system with the real load data (7).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) unter Verwendung einer Gewichtungsfunktion (28) mit dem Ausgangsdatensatz (25) verknüpft (29) werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the real load data (7) using a weighting function (28) are linked (29) with the output data set (25).
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der repräsentierende Datensatz (6) entsprechend den zu seiner automatischen Bestimmung verwendeten realen Belastungsdaten7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the representative data set (6) corresponding to the real load data used for its automatic determination
(7) individualisiert (X) ist, insbesondere hinsichtlich Betreiber, Typ, Einsatzart und/oder Einsatzort der zugehörigen Antriebsstrecke (1).(7) is individualized (X), especially with regard to the operator, type, type of application and / or location of the associated drive section (1).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) an der in8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the real load data (7) on the in
Betrieb befindlichen Antriebsstrecke (1) zwischengespeichert (12) werden.Drive section (1) in operation can be temporarily stored (12).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung der zwischengespeicherten (12) realen9. The method according to claim 8, characterized in that the transmission of the buffered (12) real
Belastungsdaten (7) von der Rechenanlage (3) gesteuert wird. Load data (7) is controlled by the computer system (3).
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung der zwischengespeicherten (12) realen Belastungsdaten (7) von der Antriebsstrecke (1) gesteuert wird.10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the transmission of the buffered (12) real load data (7) is controlled by the drive section (1).
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Belastungsdaten (7) an der Antriebsstrecke (1) auslesbar sind.1 1. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the real load data (7) on the drive section (1) can be read out.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstrecke (1) als12. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that the drive section (1) as
Antriebskomponenten mindestens einen Motor (4) und/oder mindestens ein Getriebe (5) und/oder mindestens einen Sensor aufweist.Drive components having at least one motor (4) and / or at least one gear (5) and / or at least one sensor.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4) ein Elektromotor ist.13. The method according to claim 12, characterized in that the motor (4) is an electric motor.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (8, 9) das Drehmoment (MR), das Kippmoment, die Lagerkraft, die Geschwindigkeit und/oder die14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the sensors (8, 9), the torque (M R ), the tilting moment, the bearing force, the speed and / or the
Temperatur mindestens einer der Antriebskomponenten (4, 5) aufnehmen.Record the temperature of at least one of the drive components (4, 5).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der automatisch bestimmte Datensatz (6) dem15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the automatically determined data set (6) the
Betreiber der Antriebsstrecke (1) elektronisch übermittelt (20, 23) wird. Operator of the drive line (1) is transmitted electronically (20, 23).
6. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der automatisch bestimmte Datensatz (6) über ein Datennetz (16) dem Betreiber übermittelt wird, insbesondere über das Internet. 6. The method according to claim 15, characterized in that the automatically determined data record (6) is transmitted to the operator via a data network (16), in particular via the Internet.
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