WO2007000449A1 - Method for monitoring a drive, and device for carrying out said method - Google Patents

Method for monitoring a drive, and device for carrying out said method Download PDF

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WO2007000449A1
WO2007000449A1 PCT/EP2006/063578 EP2006063578W WO2007000449A1 WO 2007000449 A1 WO2007000449 A1 WO 2007000449A1 EP 2006063578 W EP2006063578 W EP 2006063578W WO 2007000449 A1 WO2007000449 A1 WO 2007000449A1
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drive
torque
drive motor
monitoring
transmission
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Hubert Bellm
Herbert Grieb
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01M13/023—Power-transmitting endless elements, e.g. belts or chains
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H57/00—General details of gearing
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    • F16H2057/012—Monitoring wear or stress of gearing elements, e.g. for triggering maintenance of gearings

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring a drive with a drive motor which generates a first rotational movement in a drive shaft, with a transmission for transmitting and converting the first rotary movement in a second rotational movement of an output shaft and with a drive device for the drive motor ,
  • drives In automation systems, among other things, production machines, Forderraumen and packaging machines are used. Often these contain one or more drives of the type mentioned above. That is, it is used in the drives transmission, which are equipped as form gleichige gear with gear wheels, a chain and / or a toothed belt for power transmission. In case of prolonged operation of the drive, play may occur in the gearbox due to interference or wear. Under a gear play the property of a transmission is understood that input and output shafts can be rotated by a certain amount against each other without a torque is transmitted. This means that, for example, the drive shaft can be rotated by a certain angle, without affecting the position of the output shaft.
  • Such a game can disadvantageously incur inaccuracies in positioning or vibrations in the drive, which lead to increased wear.
  • causes of such a gear play can be, for example, gears with bearing wear, a stretch of a toothed belt or a defect in a chain tensioner.
  • the invention has for its object to provide a method and a device for monitoring a drive, which make it possible to reliably detect a gear play with little effort.
  • Advantageous developments of the method are described in the dependent claims, a device for carrying out the method is described in claim 8.
  • the invention has the advantage that a backlash can be detected without removing the drive from, for example, a production machine.
  • the monitoring of the drive is achieved with very low metrological effort, since position, speed and torque of a drive and / or output shaft are usually set in drives or detected with existing sensors anyway.
  • the method can therefore be carried out without the need for an additional sensor system specially provided for the method.
  • predictive maintenance the invention makes it possible to detect a faulty state of a drive before it comes to a significant failure or failure of the drive. An unplanned plant downtime can thus be avoided and maintenance can be carried out, for example, in cyclic maintenance intervals in which a repair or replacement of the drive with increased gear play can be carried out without further production outages.
  • the method for monitoring a drive can be used advantageously in transmissions with gear wheels, timing belts and / or chains, in which, for example, due to the above causes, a game during operation can arise.
  • the drive motor can be controlled in such a way that the speed of the rotational movements essentially changes in accordance with a predetermined course, comprising a first time range having a first, substantially constant slope and a second time range continuously adjoining the second time range first different, essentially constant Slope. In this case, takes place at the time of change of pitch direction reversal of the torque transmitted through the gearbox.
  • the time duration which elapses from the start of the second time range until the torque generated by the drive motor has at least approximately moved to a new, substantially stationary value, represents a characteristic of the self-adjusting torque of the drive torque generated by the drive motor.
  • the value of the time duration is determined, compared with a reference value specified for this purpose, and a transmission error is indicated by a signal if the deviation between the two values exceeds a predetermined threshold value.
  • the time duration described above corresponds to a gap, which is typically in the engine torque profile of a drive with a loose timing belt or larger
  • a larger clearance of the gearbox additionally causes an increase in a torque impulse, which arises at the end of the gap in the event of a new frictional connection.
  • the amplitude of the torque can be evaluated as a characteristic size and used for monitoring.
  • a comparison with a specimen-specific reference value is made possible in an advantageous manner when the reference value is determined and stored during commissioning of the drive and thus in the good state. This can further improve the reliability of the diagnostic statement. If the monitoring of the drive is performed cyclically during breaks in operation, there is advantageously no disruption of the productive operation by the monitoring process.
  • Figure 1 is a block diagram of a drive
  • FIG. 1 timing diagrams of speed and engine torque.
  • a drive has a drive motor 1, a drive shaft 2, an output shaft 3, and a drive device 4.
  • the drive motor 1 generates a first rotational movement 5 in the drive shaft 2.
  • the drive shaft 2 is mechanically coupled to the output shaft 3 by a toothed belt 6. Due to the transmission ratio, the output shaft 3 performs a slower second rotary motion 7.
  • Drive shaft 2, timing belt 6 and output shaft 3 thus form a transmission with which the first rotary motion 5 is converted into the second rotational movement 7 of the output shaft 3.
  • the toothed belt 6 may become loose and sag over time.
  • the drive shaft 2 can rotate by a certain angular amount, without a torque is transmitted to the output shaft 3.
  • This angular range is referred to as gear play.
  • the control device 4 is provided with a monitoring device 12, which has a microcontroller 13 as well as a first memory 14 and a second memory 15.
  • a time profile of the engine torque is stored as a reference curve during commissioning, which was determined in new condition, that is, in error-free transmission.
  • the second memory 15 is used to store a corresponding torque curve, which occurs during a later Uberwachungsvorgangs.
  • the monitoring device 12 of a power electronics 16 predetermines a predetermined course of the speed of the first rotary movement 5.
  • the power electronics 16 sets the required motor current, the course of which corresponds to the torque curve and is stored in the second memory 15.
  • values of one or more characteristic quantities corresponding to one another are compared from the reference curve stored in the first memory 14 and the current profile stored in the second memory 15 to one another. If the values deviate in an inadmissible manner from each other, then a field bus 17 is not shown in FIG. 1 for the sake of clarity Control Station issued an error message.
  • the control device 4 receives desired specifications for position and / or speed of the drive via the same field bus 17.
  • FIG. 2 shows in the upper timing diagram an exemplary profile 20 of the speed v of the first rotary movement of the drive shaft, which is traversed for monitoring the transmission clearance by a corresponding control of the power electronics.
  • On the abscissa is the time t, on the ordinates of the three diagrams are the speed v of the toothed belt, a torque Ml of a reference curve
  • the velocity v has a first constant slope, which at a time t1 changes into a second constant slope, which is different from the first.
  • the second constant slope is kept constant over a second time range T2.
  • the two slopes of the speed that is, the accelerations of the drive, are dimensioned so that in the transition, a reversal of direction of the torque transmitted through the transmission takes place. This can be clearly recognized on the course 21 of the torque M 1 detected in the condition of good, which is shown in the middle part of FIG. 2.
  • the torque Ml is at a negative constant value during the time period Tl and jumps to a positive constant value at the time tl.
  • the course 22 of the torque M2 recorded with a gear play which is shown for better clarity without consideration of mass inertia effects and friction in the transition region, has a gap T3 following the transition time of a duration T3 which is caused by the gear play.
  • the torque M2 is very small and has the value 0 in the idealized representation. If the duration T3 of the gap exceeds a predetermined threshold value, an impermissibly large clearance of the transmission is detected and indicated by an error message.
  • other courses of position, speed or acceleration of the rotational movement can be specified for the drive monitoring, in which a direction reversal of the torque transmitted via the transmission is effected and which are thus suitable for the detection of a gearing.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for monitoring a drive comprising a drive motor (1) that produces a first rotational movement (5) in a drive shaft (2), a gearbox (2, 3, 6) for transmitting and/or converting the first rotational movement (5) into a second rotational movement (7) of an output shaft (3), and a control device (4) for the drive motor (1). In order to monitor the drive for unacceptable gearbox play, the speed of the rotational movements (5, 7) is modified appropriately essentially according to a pre-defined course (20), causing a change in direction of the torque transmitted by the gearbox. On the basis of the course (22) of the torque (M2) generated by the drive motor (1), the value of a characteristic variable is determined and compared with a pre-defined reference value, and a gearbox error is displayed by a signal when the deviation exceeds a pre-defined threshold value. In this way, gearbox play can be advantageously detected without using a complex sensor system.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Überwachung eines Antriebs sowie Einrichtung zur Durchfuhrung des VerfahrensMethod for monitoring a drive and means for carrying out the method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung eines Antriebs mit einem Antriebsmotor, der in einer Antriebswelle eine erste Drehbewegung erzeugt, mit einem Getriebe zum übertragen und Wandeln der ersten Drehbewe- gung in eine zweite Drehbewegung einer Abtriebswelle und mit einer Ansteuereinrichtung für den Antriebsmotor.The invention relates to a method and a device for monitoring a drive with a drive motor which generates a first rotational movement in a drive shaft, with a transmission for transmitting and converting the first rotary movement in a second rotational movement of an output shaft and with a drive device for the drive motor ,
In automatisierungstechnischen Anlagen werden unter anderem Produktionsmaschinen, Fordereinrichtungen und Verpackungsma- schinen eingesetzt. Häufig enthalten diese einen oder mehrere Antriebe der oben genannten Art. Das heißt, es werden in den Antrieben Getriebe verwendet, die als formschlussige Getriebe mit Zahnradern, einer Kette und/oder einem Zahnriemen zur Kraftübertragung ausgestattet sind. Bei längerem Betrieb des Antriebs kann in dem Getriebe, bedingt durch Störungen oder Verschleiß, ein Spiel entstehen. Unter einem Getriebespiel wird die Eigenschaft eines Getriebes verstanden, dass An- und Abtriebswelle um einen gewissen Betrag gegeneinander verdreht werden können, ohne dass ein Drehmoment übertragen wird. Das heißt, dass beispielsweise die Antriebswelle um einen gewissen Winkel gedreht werden kann, ohne dass dadurch die Lage der Abtriebswelle beeinflusst wird. Durch ein derartiges Spiel können in nachteiliger Weise Ungenauigkeiten bei einer Positionierung oder Schwingungen im Antrieb entstehen, die zu einem erhöhten Verschleiß fuhren. Ursachen für ein derartiges Getriebespiel können zum Beispiel Zahnrader mit Lagerverschleiß, eine Dehnung eines Zahnriemens oder ein Defekt in einem Kettenspanner sein.In automation systems, among other things, production machines, Forderrichtungen and packaging machines are used. Often these contain one or more drives of the type mentioned above. That is, it is used in the drives transmission, which are equipped as formschlussige gear with gear wheels, a chain and / or a toothed belt for power transmission. In case of prolonged operation of the drive, play may occur in the gearbox due to interference or wear. Under a gear play the property of a transmission is understood that input and output shafts can be rotated by a certain amount against each other without a torque is transmitted. This means that, for example, the drive shaft can be rotated by a certain angle, without affecting the position of the output shaft. Such a game can disadvantageously incur inaccuracies in positioning or vibrations in the drive, which lead to increased wear. Causes of such a gear play can be, for example, gears with bearing wear, a stretch of a toothed belt or a defect in a chain tensioner.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung eines Antriebs zu schaffen, die es ermöglichen, ein Getriebespiel mit geringem Aufwand zuverlässig zu erkennen. Zur Losung dieser Aufgabe weist das neue Verfahren der eingangs genannten Art die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhangigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens, in Anspruch 8 eine Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens beschrieben.The invention has for its object to provide a method and a device for monitoring a drive, which make it possible to reliably detect a gear play with little effort. To solve this problem, the new method of the type mentioned in the features specified in claim 1. Advantageous developments of the method are described in the dependent claims, a device for carrying out the method is described in claim 8.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein Getriebespiel erkannt werden kann, ohne den Antrieb aus beispielsweise einer Produktionsmaschine zu entfernen. Zudem wird die Überwachung des Antriebs mit besonders geringem messtechnischen Aufwand erreicht, da Position, Geschwindigkeit und Drehmoment einer Antriebs- und/oder Abtriebswelle üblicherweise bei Antrieben eingestellt oder mit ohnehin vorhandenen Sensoren erfasst werden. Das Verfahren ist daher durchfuhrbar, ohne dass eine zusatzliche, speziell für das Verfahren vorgesehene Sensorik erforderlich wäre. Im Sinne einer pradiktiven Wartung wird es durch die Erfindung ermöglicht, einen fehlerhaften Zustand eines Antriebs bereits zu erkennen, bevor es zu einer signifikanten Störung oder zu einem Ausfall des Antriebs kommt. Ein ungeplanter Anlagenstillstand kann damit vermieden werden und Wartungen können beispielsweise in zyklischen Wartungsin- terwallen durchgeführt werden, in welchen eine Reparatur oder ein Austausch des Antriebs mit erhöhtem Getriebespiel ohne weitere Produktionsausfalle vorgenommen werden kann.The invention has the advantage that a backlash can be detected without removing the drive from, for example, a production machine. In addition, the monitoring of the drive is achieved with very low metrological effort, since position, speed and torque of a drive and / or output shaft are usually set in drives or detected with existing sensors anyway. The method can therefore be carried out without the need for an additional sensor system specially provided for the method. In terms of predictive maintenance, the invention makes it possible to detect a faulty state of a drive before it comes to a significant failure or failure of the drive. An unplanned plant downtime can thus be avoided and maintenance can be carried out, for example, in cyclic maintenance intervals in which a repair or replacement of the drive with increased gear play can be carried out without further production outages.
Das Verfahren zur Überwachung eines Antriebs lasst sich in vorteilhafter Weise bei Getrieben mit Zahnradern, Zahnriemen und/oder Ketten anwenden, bei welchen beispielsweise aufgrund der oben genannten Ursachen ein Spiel wahrend des Betriebs entstehen kann.The method for monitoring a drive can be used advantageously in transmissions with gear wheels, timing belts and / or chains, in which, for example, due to the above causes, a game during operation can arise.
Zur Überwachung kann der Antriebsmotor derart angesteuert werden, dass sich die Geschwindigkeit der Drehbewegungen im Wesentlichen gemäß einem vorbestimmten Verlauf verändert, der einen ersten zeitlichen Bereich mit einer ersten, im Wesentlichen konstanten Steigung und einen stetig daran anschließenden zweiten zeitlichen Bereich mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen, im Wesentlichen konstanten Steigung aufweist. Dabei findet im Zeitpunkt des Steigungswechsels eine Richtungsumkehr des über das Getriebe übertragenen Drehmoments statt. Die zeitliche Dauer, die vom Beginn des zweiten zeitlichen Bereichs an vergeht, bis das durch den Antriebsmotor erzeugte Drehmoment zumindest naherungsweise auf einen neuen, im Wesentlichen stationären Wert übergegangen ist, stellt eine charakteristische Große des sich einstellenden Verlaufs des durch den Antriebsmotor erzeugten Drehmoments dar. Der Wert der zeitlichen Dauer wird ermit- telt, mit einem dafür vorgegebenen Referenzwert verglichen und ein Getriebefehler durch ein Signal angezeigt, wenn die Abweichung zwischen den beiden Werten einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Die oben beschriebene zeitliche Dauer entspricht einer Lücke, die typischerweise im Motormoment- profil eines Antriebs mit lockerem Zahnriemen oder größeremFor monitoring purposes, the drive motor can be controlled in such a way that the speed of the rotational movements essentially changes in accordance with a predetermined course, comprising a first time range having a first, substantially constant slope and a second time range continuously adjoining the second time range first different, essentially constant Slope. In this case, takes place at the time of change of pitch direction reversal of the torque transmitted through the gearbox. The time duration, which elapses from the start of the second time range until the torque generated by the drive motor has at least approximately moved to a new, substantially stationary value, represents a characteristic of the self-adjusting torque of the drive torque generated by the drive motor. The value of the time duration is determined, compared with a reference value specified for this purpose, and a transmission error is indicated by a signal if the deviation between the two values exceeds a predetermined threshold value. The time duration described above corresponds to a gap, which is typically in the engine torque profile of a drive with a loose timing belt or larger
Lagerspiel auftritt und in welcher das Motormoment sehr klein wird. Ihre Breite ist unmittelbar abhangig vom Getriebespiel und ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine quantitative Diagnoseaussage .Bearing clearance occurs and in which the engine torque is very small. Their width is directly dependent on the gear play and thus advantageously allows a quantitative diagnosis statement.
Ein größeres Spiel des Getriebes bewirkt neben der genannten Verbreiterung der Lücke zusatzlich eine Erhöhung eines Drehmomentimpulses, der am Ende der Lücke bei erneutem Kraft- schluss entsteht. Alternativ oder zusatzlich kann daher die Amplitude des Drehmoments als charakteristische Große ausgewertet und zur Überwachung verwendet werden.In addition to the widening of the gap, a larger clearance of the gearbox additionally causes an increase in a torque impulse, which arises at the end of the gap in the event of a new frictional connection. Alternatively or additionally, therefore, the amplitude of the torque can be evaluated as a characteristic size and used for monitoring.
Im Falle eines Elektromotors als Antriebsmotor, dessen Motorstrom sich zumindest naherungsweise proportional zum Drehmo- ment verhalt, entspricht der Verlauf des Motorstroms demjenigen des Drehmoments . Es ist daher in vorteilhafter Weise möglich, anstelle der charakteristischen Große des Drehmomentverlaufs eine entsprechende charakteristische Große des Motorstromverlaufs zur Antriebsuberwachung auszuwerten. Das hat insbesondere den Vorteil, dass keine aufwendigen Drehmomentsensoren erforderlich sind. Eine gesonderte Messung des Motorstroms ist meist nicht erforderlich, da dieser in Ansteuereinrichtungen üblicherweise geregelt wird und somit ohnehin als Wert vorliegt. Der mit der Durchfuhrung des Verfahrens verbundene Aufwand wird daher weiter verringert, da keine Sensorik zur Drehmomenterfassung benotigt wird.In the case of an electric motor as a drive motor whose motor current behaves at least approximately proportional to the torque, the course of the motor current corresponds to that of the torque. It is therefore possible in an advantageous manner, instead of the characteristic size of the torque curve, to evaluate a corresponding characteristic value of the motor current profile for monitoring the drive. This has the particular advantage that no expensive torque sensors are required. A separate measurement of the motor current is usually not necessary, since this is usually controlled in control devices and thus anyway present as value. The effort associated with the implementation of the method is therefore further reduced, since no sensors for torque detection is needed.
Ein Vergleich mit einem exemplarspezifischen Referenzwert wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, wenn der Referenzwert bei der Inbetriebnahme des Antriebs und somit im Gutzustand ermittelt und abgespeichert wird. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage weiter verbessert werden. Wenn die Überwachung des Antriebs zyklisch in Betriebspausen durchgeführt wird, erfolgt in vorteilhafter Weise keinerlei Störung des Produktivbetriebs durch den Uberwachungsvorgang.A comparison with a specimen-specific reference value is made possible in an advantageous manner when the reference value is determined and stored during commissioning of the drive and thus in the good state. This can further improve the reliability of the diagnostic statement. If the monitoring of the drive is performed cyclically during breaks in operation, there is advantageously no disruption of the productive operation by the monitoring process.
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile naher erläutert.Reference to the drawings, in which an exemplary embodiment of the invention is shown, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Antriebs undFigure 1 is a block diagram of a drive and
Figur 2 Zeitdiagramme von Geschwindigkeit und Motormoment.Figure 2 timing diagrams of speed and engine torque.
Gemäß Figur 1 weist ein Antrieb einen Antriebsmotor 1, eine Antriebswelle 2, eine Abtriebswelle 3, und eine Ansteuereinrichtung 4 auf. Der Antriebsmotor 1 erzeugt in der Antriebswelle 2 eine erste Drehbewegung 5. Die Antriebswelle 2 ist mit der Abtriebswelle 3 durch einen Zahnriemen 6 mechanisch gekoppelt. Aufgrund des Übersetzungsverhältnisses fuhrt die Abtriebswelle 3 eine langsamere zweite Drehbewegung 7 aus. Antriebswelle 2, Zahnriemen 6 und Abtriebswelle 3 bilden somit ein Getriebe, mit welchem die erste Drehbewegung 5 in die zweite Drehbewegung 7 der Abtriebswelle 3 gewandelt wird. Im Gutzustand ist der Zahnriemen 6 straff, wie es in Figur 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist. Wahrend des Betriebs des Getriebes kann sich der Zahnriemen 6 mit der Zeit lockern und durchhangen. Erzeugt der Antriebsmotor 1 in der Antriebswelle 2 ein Drehmoment, das der ersten Drehbewegung 5 in seiner Richtung entspricht, so wird eine Zugkraft gemäß einem Pfeil 8 auf den Zahnriemen 6 ausgeübt. Im unteren Bereich ist daher der Zahnriemen 6 weiterhin gestrafft. Im oberen Bereich hangt jedoch ein lockerer Zahnriemen 6 aufgrund der fehlenden Zugkraft durch, wie es mit einer durchbrochenen Linie 9 angedeutet ist. Bei einer Richtungsumkehr des Drehmoments ändert sich die Situation dahingehend, dass nun eine Zugkraft entsprechend einem Pfeil 10 im oberen Abschnitt des Zahnriemens 6 entsteht. Der Bereich des lockeren Durchhangens befindet sich nun im unteren Teil entsprechend einer durchbrochenen Linie 11. Zum Zeitpunkt der Richtungsumkehr des Drehmoments kann sich daher die Antriebswelle 2 um einen gewissen Winkelbetrag drehen, ohne dass ein Drehmoment auf die Abtriebswelle 3 übertragen wird. Dieser Winkelbereich wird als Getriebespiel bezeichnet. Zur Überwachung des Getriebespiels auf Einhalten eines zulassigen Bereichs ist die Ansteuereinrichtung 4 mit einer Uberwachungseinrichtung 12 versehen, die einen MikroController 13 sowie einen ersten Speicher 14 und einen zweiten Speicher 15 aufweist. Im ersten Speicher 14 wird bei der Inbetriebnahme ein zeitlicher Verlauf des Motordrehmoments als Referenzverlauf abgelegt, der im Neuzustand, das heißt bei fehlerfreiem Getriebe, ermittelt wurde. Der zweite Speicher 15 dient zur Abspeicherung eines entsprechenden Drehmomentverlaufs, der sich wahrend eines spateren Uberwachungsvorgangs einstellt. Zur Durchfuhrung eines Uberwachungsvorgangs gibt die Uberwachungseinrichtung 12 einer Leistungselektronik 16 einen vorbestimmten Verlauf der Geschwindigkeit der ersten Drehbewegung 5 vor. Die Leistungselektronik 16 stellt den dazu erforderlichen Motorstrom ein, dessen Verlauf dem Drehmomentverlauf entspricht und im zweiten Speicher 15 hinterlegt wird. Zur Auswertung und Diagnose werden aus dem im ersten Speicher 14 hinterlegten Referenzverlauf und dem im zweiten Speicher 15 abgelegten, aktuellen Verlauf zueinander korrespondierende Werte einer oder mehrerer charakteristischer Großen ermittelt und miteinander verglichen. Weichen die Werte in unzulässiger Weise voneinander ab, so wird über einen Feldbus 17 an eine in der Figur 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte Leitstation eine Fehlermeldung ausgegeben. Über denselben Feldbus 17 erhalt die Ansteuereinrichtung 4 wahrend eines Produktivbetriebs Sollvorgaben für Position und/oder Geschwindigkeit des Antriebs.According to FIG. 1, a drive has a drive motor 1, a drive shaft 2, an output shaft 3, and a drive device 4. The drive motor 1 generates a first rotational movement 5 in the drive shaft 2. The drive shaft 2 is mechanically coupled to the output shaft 3 by a toothed belt 6. Due to the transmission ratio, the output shaft 3 performs a slower second rotary motion 7. Drive shaft 2, timing belt 6 and output shaft 3 thus form a transmission with which the first rotary motion 5 is converted into the second rotational movement 7 of the output shaft 3. In the good condition of the timing belt 6 is taut, as shown in Figure 1 by solid lines. During operation of the transmission, the toothed belt 6 may become loose and sag over time. Generates the drive motor 1 in the drive shaft 2, a torque that the first rotational movement. 5 in its direction, a tensile force is exerted on the toothed belt 6 according to an arrow 8. In the lower area, therefore, the toothed belt 6 is still streamlined. In the upper region, however, a loose toothed belt 6 is due to the lack of tensile force, as indicated by a broken line 9. When the direction of rotation of the torque changes, the situation changes to the effect that now a tensile force corresponding to an arrow 10 in the upper portion of the toothed belt 6 is formed. The range of loose slack is now in the lower part corresponding to a broken line 11. At the time of reversing the direction of the torque, therefore, the drive shaft 2 can rotate by a certain angular amount, without a torque is transmitted to the output shaft 3. This angular range is referred to as gear play. In order to monitor the transmission clearance to maintain a permissible range, the control device 4 is provided with a monitoring device 12, which has a microcontroller 13 as well as a first memory 14 and a second memory 15. In the first memory 14, a time profile of the engine torque is stored as a reference curve during commissioning, which was determined in new condition, that is, in error-free transmission. The second memory 15 is used to store a corresponding torque curve, which occurs during a later Uberwachungsvorgangs. To carry out a monitoring operation, the monitoring device 12 of a power electronics 16 predetermines a predetermined course of the speed of the first rotary movement 5. The power electronics 16 sets the required motor current, the course of which corresponds to the torque curve and is stored in the second memory 15. For evaluation and diagnosis, values of one or more characteristic quantities corresponding to one another are compared from the reference curve stored in the first memory 14 and the current profile stored in the second memory 15 to one another. If the values deviate in an inadmissible manner from each other, then a field bus 17 is not shown in FIG. 1 for the sake of clarity Control Station issued an error message. During the course of a productive operation, the control device 4 receives desired specifications for position and / or speed of the drive via the same field bus 17.
In Figur 2 ist im oberen Zeitdiagramm ein beispielhafter Verlauf 20 der Geschwindigkeit v der ersten Drehbewegung der Antriebswelle dargestellt, der zur Überwachung des Getriebespiels durch eine entsprechende Ansteuerung der Leistungs- elektronik durchfahren wird. Auf der Abszisse ist die Zeit t, auf den Ordinaten der drei Diagramme sind die Geschwindigkeit v des Zahnriemens, ein Drehmoment Ml eines ReferenzverlaufsFIG. 2 shows in the upper timing diagram an exemplary profile 20 of the speed v of the first rotary movement of the drive shaft, which is traversed for monitoring the transmission clearance by a corresponding control of the power electronics. On the abscissa is the time t, on the ordinates of the three diagrams are the speed v of the toothed belt, a torque Ml of a reference curve
21 und ein Drehmoment M2 eines aktuell aufgenommenen Verlaufs21 and a torque M2 of a currently recorded history
22 qualitativ aufgetragen. In einem ersten zeitlichen Bereich Tl besitzt die Geschwindigkeit v eine erste konstante Steigung, die zu einem Zeitpunkt tl in eine zweite konstante Steigung, welche von der ersten verschieden ist, übergeht. Die zweite konstante Steigung wird über einen zweiten zeitlichen Bereich T2 konstant gehalten. Die beiden Steigungen der Geschwindigkeit, das heißt die Beschleunigungen des Antriebs, sind so bemessen, dass im Übergang eine Richtungsumkehr des über das Getriebe übertragenen Drehmoments erfolgt. Dies ist am Verlauf 21 des im Gutzustand erfassten Drehmoments Ml, der im mittleren Teil der Figur 2 dargestellt ist, gut erkennbar. Das Drehmoment Ml ist wahrend des zeitlichen Bereichs Tl auf einem negativen konstanten Wert und springt zum Zeitpunkt tl auf einen positiven konstanten Wert. Der Verlauf 22 des mit einem Getriebespiel aufgenommenen Drehmoments M2, der zur besseren Anschaulichkeit ohne Berücksichtigung von Massen- tragheitseffekten und Reibung im Ubergangsbereich gezeigt ist, weist eine auf den Ubergangszeitpunkt tl folgende Lücke einer Dauer T3 auf, die durch das Getriebespiel verursacht ist. In dieser Lücke ist das Drehmoment M2 sehr klein und hat in der idealisierten Darstellung den Wert 0. Überschreitet die Dauer T3 der Lücke einen vorgegebenen Schwellwert, so wird ein unzulässig großes Spiel des Getriebes erkannt und durch eine Fehlermeldung angezeigt. Selbstverständlich können abweichend vom gezeigten Ausfuhrungsbeispiel andere Verlaufe von Position, Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Drehbewegung zur Antriebsuberwachung vorgegeben werden, bei welchen eine Richtungsumkehr des über das Getriebe übertragenen Drehmoments bewirkt wird und die somit zur Detektion eines Getriebespiels geeignet sind. 22 applied qualitatively. In a first temporal range T1, the velocity v has a first constant slope, which at a time t1 changes into a second constant slope, which is different from the first. The second constant slope is kept constant over a second time range T2. The two slopes of the speed, that is, the accelerations of the drive, are dimensioned so that in the transition, a reversal of direction of the torque transmitted through the transmission takes place. This can be clearly recognized on the course 21 of the torque M 1 detected in the condition of good, which is shown in the middle part of FIG. 2. The torque Ml is at a negative constant value during the time period Tl and jumps to a positive constant value at the time tl. The course 22 of the torque M2 recorded with a gear play, which is shown for better clarity without consideration of mass inertia effects and friction in the transition region, has a gap T3 following the transition time of a duration T3 which is caused by the gear play. In this gap, the torque M2 is very small and has the value 0 in the idealized representation. If the duration T3 of the gap exceeds a predetermined threshold value, an impermissibly large clearance of the transmission is detected and indicated by an error message. Of course, deviating from the exemplary embodiment shown, other courses of position, speed or acceleration of the rotational movement can be specified for the drive monitoring, in which a direction reversal of the torque transmitted via the transmission is effected and which are thus suitable for the detection of a gearing.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Überwachung eines Antriebs mit einem Antriebsmotor (1), der in einer Antriebswelle (2) eine erste Drehbewegung (5) erzeugt, mit einem Getriebe zum übertragen und/oder Wandeln der ersten Drehbewegung (5) in eine zweite Drehbewegung (7) einer Abtriebswelle (3) und mit einer Ansteuereinrichtung (4) für den Antriebsmotor (1), wobei der Antriebsmotor (1) derart angesteuert wird, dass sich die Ge- schwindigkeit der Drehbewegungen (5, 7) im Wesentlichen gemäß einem vorbestimmten Verlauf (20) verändert und dabei eine Richtungsumkehr des über das Getriebe übertragenen Drehmoments bewirkt wird, und wobei der Wert einer charakteristischen Große des sich dabei einstellenden Verlaufs (22) des durch den Antriebsmotor (1) erzeugten Drehmoments (M2) ermittelt, mit einem vorgegebenen Referenzwert der charakteristischen Große verglichen und ein Getriebefehler durch ein Signal angezeigt wird, wenn die Abweichung einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.1. A method for monitoring a drive with a drive motor (1) which generates a first rotary movement (5) in a drive shaft (2), with a transmission for transmitting and / or converting the first rotary movement (5) into a second rotary movement (7 ) of an output shaft (3) and with a drive device (4) for the drive motor (1), wherein the drive motor (1) is controlled such that the speed of the rotational movements (5, 7) substantially in accordance with a predetermined course ( 20) while causing a reversal of direction of the torque transmitted through the transmission, and wherein the value of a characteristic great of the thereby adjusting curve (22) of the torque generated by the drive motor (1) (M2) determined with a predetermined reference value of characteristic magnitude and a transmission error is indicated by a signal when the deviation exceeds a predetermined threshold.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe Zahnrader, einen Zahnriemen (6) und/oder eine Kette aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that the gear has toothed wheels, a toothed belt (6) and / or a chain.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Verlauf (20) der Geschwindigkeit der Drehbewegungen einen ersten zeitlichen Bereich (Tl) mit einer ersten, im Wesentlichen konstanten Steigung und einen daran anschließenden zweiten zeitlichen Bereich (T2) mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen, im Wesentlichen konstanten Steigung aufweist und dass die charakteristische Große die zeitliche Dauer (T3) ist, die vom Beginn des zweiten zeitlichen Bereichs (T2) an vergeht, bis das durch den Antriebsmotor (1) erzeugte Drehmoment (M2) zumindest naherungs- weise auf einen neuen, im Wesentlichen stationären Wert übergegangen ist. 3. The method of claim 1 or 2, characterized in that the predetermined course (20) of the speed of the rotational movements a first time range (Tl) with a first, substantially constant slope and an adjoining second time range (T2) with a second, substantially constant from the first substantially constant slope, and that the characteristic magnitude is the time duration (T3), which elapses from the beginning of the second temporal range (T2), until the torque generated by the drive motor (1) (M2 ) has moved, at least approximately, to a new, substantially stationary value.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Große die Amplitude des Drehmoments (Ml, M2 ) ist.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the characteristic magnitude is the amplitude of the torque (Ml, M2).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (1) ein Elektromotor ist, dessen Motorstrom sich zumindest naherungsweise proportional zum Drehmoment verhalt und dass anstelle der charakteristischen Große des Drehmomentsverlaufs eine entsprechende charakteristische Große des Motorstromverlaufs zur Antriebs- uberwachung ausgewertet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the drive motor (1) is an electric motor, the motor current is at least approximately proportional to the torque behavior and that instead of the characteristic size of the torque curve evaluated a corresponding characteristic large of the motor current waveform for drive monitoring becomes.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert bei der Inbetriebnahme des Antriebs ermittelt und abgespeichert wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reference value is determined during the commissioning of the drive and stored.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung zyklisch oder azyklisch in Betriebspausen oder beim An- und/oder Abschalten des Antriebes erfolgt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the monitoring takes place cyclically or acyclically in operating pauses or when switching on and / or off of the drive.
8. Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens zur Überwachung eines Antriebs nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Antriebsmotor (1) zur Erzeugung einer ersten Dreh- bewegung (5) in einer Antriebswelle (2), mit einem Getriebe zum übertragen und/oder Wandeln der ersten Drehbewegung (5) in eine zweite Drehbewegung (7) einer Abtriebswelle (3) und mit einer Ansteuereinrichtung (4) für den Antriebsmotor (1), die derart ausgestaltet ist, dass sich die Geschwindigkeit der Drehbewegungen (5, 7) im Wesentlichen gemäß einem vorbestimmten Verlauf (20) verändert und dass dabei eine Richtungsumkehr des über das Getriebe übertragenen Drehmoments bewirkt wird, dass der Wert einer charakteristischen Große des sich dabei einstellenden Verlaufs (22) des durch den Antriebsmotor (1) erzeugten Drehmoments (M2) ermittelt, mit einem vorgegebenen Referenzwert der charakteristischen Große verglichen und ein Getriebefehler durch ein Signal angezeigt wird, wenn die Abweichung einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt . 8. Device for carrying out the method for monitoring a drive according to one of the preceding claims with a drive motor (1) for generating a first rotary movement (5) in a drive shaft (2), with a transmission for transmitting and / or converting the first Rotary movement (5) in a second rotational movement (7) of an output shaft (3) and with a drive means (4) for the drive motor (1), which is designed such that the speed of the rotational movements (5, 7) substantially in accordance with changed predetermined course (20) and that in this case a direction reversal of the torque transmitted through the transmission is effected, that the value of a characteristic size of the thereby adjusting curve (22) of the drive motor (1) generated torque (M2) determined with a predetermined reference value of the characteristic Great compared and a transmission error indicated by a signal when the deviation exceeds a predetermined threshold.
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