Maschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines momentanen Verschleißzustandes einer hydrostatischen Maschine. Zudem umfasst die vorliegende Erfindung eine elektrohydrostatische Pumpenvorrichtung. Hydrostatische Maschinen dienen zum Erzeugen eines Volumenstromes eines Fluid. Das besagte Fluid stellt in bekannten Anwendungen eine Hydraulikflüssigkeit dar.

Hydrostatische Maschinen sind mechatronische Systeme und im Stand der Technik bekannt. Hydrostatische Maschinen weisen wenigstens eine hydrostatische Pumpe und einen Antrieb auf. Die genannten hydrostatischen Pumpen weisen im Inneren bewegliche Teile auf, welche sich während des Betriebes entlang der Oberflächen anderer Teile der hydrostatischen Pumpe zu einander bewegen oder bewegt werden. Die dabei entstehende Reibung zwischen den Oberflächen kann mittel- oder langfristig über die Lebensdauer der hydrostatischen Pumpe zu einer Abnutzung bzw. Verschleiß der hydrostatischen Pumpe führen. Der Verschleiß an der hydrostatischen Pumpe kann dazu führen, dass die Leckage der hydrostatischen Pumpe zunimmt Dies kann zu einer Verminderung bzw. Abnahme des Volumenstroms an der Hochdruckseite der hydrostatischen Pumpe durch die aus der Leckage resultierende verringerte Pumpleistung führen. Eine Abnahme des Volumenstroms an der Hochdruckseite der hydrostatischen Pumpe kann zu einer Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit der mittels der Hydraulikflüssigkeit angetriebenen Hydraulikkomponenten, beispielsweise einer reduzierten Bewegungsgeschwindigkeit eines Hydraulikzylinders führen. Zudem kann der Verschleiß in der hydrostatischen Pumpe dazu führen, dass sich die Reibung zwischen den beweglichen Oberflächen im Inneren der hydrostatischen Pumpe erhöht Eine Erhöhung der Reibung kann dazu führen, dass sich das Antriebsmoment zum Betreiben einer hydrostatischen Pumpe ebenfalls erhöht. Im Stand der Technik bekannte hydrostatische Pumpen weisen den Nachteil auf, dass ihr jeweiliger Zustand, insbesondere ihr Verschleißzustand nicht in jeder Phase der Anwendung bekannt ist Daher ist auch die momentane Ist-Leistung der hydrostatischen Pumpe nicht bekannt bzw. kann nicht mit 100% Genauigkeit eine Aussage über diese getroffen werden. Für einen Betreiber der hydrostatischen Pumpe bzw. der Maschine wäre es von Vorteil, Kenntnisse über den aktuellen Verschleißzustand der hydrostatischen Maschine zu erhalten. Mit dieser entsprechenden Kenntnis kann eine verschleißoptimierte Wartung der hydrostatischen Maschine vorgenommen werden. Im Stand der Technik ist kein System bekannt, welches während des Betriebes der hydrostatischen Pumpe, also ohne die Notwendigkeit, die hydrostatische Maschine in einem definierten Betriebspunkt zu betreiben, also bei definierter Drehzahl der hydrostatischen Pumpe, definierten Druck und definierter Fluidviskosität, eine entsprechende Verschleißmessung der hydrostatischen Maschine durchzuführen.

Aus der WO 2019/092122 Al ist ein Verfahren bekannt, mit welchem der Verschleißzustand einer hydrostatischen Pumpe bestimmt werden kann. Das Verfahren beruht darauf dass auf Basis von gemessenen Systemparametern ein Modell einer hydrostatischen Pumpe parametriert wird, welches den theoretischen Volumenstrom einer fabrikneuen hydrostatischen Pumpe für entsprechende Betriebsparameter berechnet Der ermittelte Volumenstrom wird in ein Verhältnis zu einem messtechnisch ermittelten Ist-Volumenstrom gesetzt und resultiert in einen Wert, welcher dem Gesundheitsindex der hydrostatischen Pumpe entspricht

Das aus der WO 2019/092122 Al bekannte Verfahren weist den Nachteil auf dass bei einem Auftreten einer zusätzlichen Leckage im hydraulischen Antriebssystem eben eine Abnahme des Volumenstroms detektiert werden kann, diese detektierte Abnahme des Volumenstroms aber nicht eindeutig der hydrostatischen Maschine zugeordnet werden kann. Beispielsweise kann eine Leckage an einem der Ventile oder dem Hydraulikzylinder ebenfalls zu einer Abnahme des Gesundheitsindexes der hydrostatischen Maschine führen.

Ausgehend davon, liegt der vorliegenden Erfindung die technische Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Nachteile wenigstens teilweise zu überwinden, um eine Lokalisierung der Ursache für die Abnutzung bzw. den Verschleiß zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst, insbesondere durch ein Verfahren und eine elektrohydrostatische Pumpenvorrichtung. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung beschrieben.

Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Bestimmen eines momentanen Verschleißzustandes einer hydrostatischen Maschine während des Betriebes der hydrostatischen Maschine. Die hydrostatische Maschine weist einen Antrieb mit variabler Drehzahl auf. Zudem weist die hydrostatische Maschine eine hydrostatische Pumpe auf. Der Antrieb ist ausgebildet die hydrostatische Pumpe zum Erzeugen eines Volumenstroms eines Fluid anzutreiben. Der Antrieb kann als ein elektrischer Antrieb, beispielsweise als ein Drehstrommotor usw. ausgebildet sein. Der Antrieb stellt ein benötigtes Ist-Drehmoment an die hydrostatische Pumpe bereit Durch das aufgebrachte Drehmoment wird durch die hydrostatische Pumpe ein definierter Hydraulikdruck erzeugt. Zudem ist die hydrostatische Maschine mit einem Fluidtransportkanal verbunden, in dem ein Fluid von der hydrostatischen Maschine angetrieben transportiert wird. Die hydrostatische Maschine weist eine Verbindung, insbesondere eine fluidtransportierende Verbindung zu einem hydraulischen Antriebssystem auf. Das hydraulische Antriebssystem umfasst den Fluidtransportkanal. Über den Fluidtransportkanal wird das Fluid, insbesondere Hydraulikflüssigkeit zu den entsprechenden Hydraulikkomponenten des hydraulischen Antriebsystems für deren Antrieb transportiert Das Verfahren umfasst vorzugsweise die folgenden Verfahrensschritte:

In einem ersten Verfahrensschritt wird ein erstes Drehmoment des Antriebes, insbesondere ein Wert für ein erstes Drehmoment des Antriebes bei einem vorgegebenen Antriebsvektor bestimmt In einem weiteren Schritt wird ein zweites Drehmoment des Antriebes, insbesondere ein Wert für ein zweites Drehmoment des Antriebes bei dem vorgegeben Antriebsvektor unter Verwendung eines ersten Rechenverfahrens ermittelt. In einem weiteren Schritt wird der momentane Verschleißzustand der hydrostatischen Maschine unter Verwendung eines zweiten Rechenverfahren bestimmt In dem zweiten Rechenverfahren wird das erste bestimmte Drehmoment und das zweite ermittelte Drehmoment in Beziehung zu einander gesetzt Unter dem zueinander in Beziehung setzen ist im Sinne der vorliegenden Erfindung das Ermitteln des Verhältnisses zwischen einem Ist-Drehmoment des Antriebs und eines berechneten Drehmoments, insbesondere des durch das erste Rechenverfahrens ermittelte Drehmoment des Antriebes zu verstehen. Über das Verhältnis können die Abnutzung bzw. der Verschleiß der hydrostatischen Maschine beurteilt werden. Es wird erfindungsgemäß ein Gesundheitsindex ermittelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Kenntnis zu Grunde, dass ein Bedarf für die Ermittlung des tatsächlichen Gesundheitsindexes einer hydrostatischen Maschine unter Berücksichtigung, dass weitere Leckagen in dem hydraulischen System entsprechend ermittelte Werte für den Verschleiß oder Abnutzung verfälschen können, besteht. Derzeit bekannte Verfahren zum Bestimmen eines momentanen Verschleißzustandes einer hydrostatischen Maschine sehen keine Berücksichtigung dieser Berechnungsfehler verursachenden Leckagen vor. In vorteilhafter Weise kann durch die vorliegende Erfindung unter Verwendung des Drehmoments und des Volumenstromes und deren relativen Entwicklung abgeschätzt werden, wo im hydraulischen System ein Verschleiß eingetreten ist und/oder stattfindet Es kann geschlussfolgert werden, dass wenn beispielsweise beide Abnutzungsgrößen (Drehmoment, Volumenstrom) sich verschlechtern, ein Verschleiß in der hydrostatischen Maschine vorliegt. Verschlechtert sich hingegen nur eine dieser beiden Abnutzungsgrößen, ist die Abnutzungsursache in dem jeweiligen Systembereich zu detektieren.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Bestimmens eines ersten Drehmomentes des Antriebes ein Ermitteln eines Produktes aus einer momentanen Stromaufnahme des Antriebes und einem Proportionalfaktor. Der Proportionalfaktor stellt eine charakteristische Größe des Antriebes dar. Beispielsweise kann im Falle einer Ausgestaltung des Antriebes als ein Servomotor über den anliegenden Strom am Servo-Drive das Drehmoment bestimmt werden. Der Servo-Drive stellt einen spezifischen elektronischen Verstärker dar, welcher für den Antrieb von Servomechanismen verwendet wird. Über den Servo-Drive kann der an den drei Phasen anliegende Strom ermittelt werden. In dieser Ausführungsform stellt der Drive einen Sensor für die Bestimmung des anliegenden Stromes dar. Das Ist-Drehmoment M _act ergibt sich aus dem gemessenen Strom I (anliegender Strom) und dem Proportionalfaktor K _t .

Die Erfindung ist nicht auf die zuvor genannte Verwendung eines Servo-Drives begrenzt. Vielmehr ist sich der Fachmann bewusst, dass weitere Steuereinheiten derart ausgebildet sein können, den Strom des Antriebes zu detektieren bzw. zu messen.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Bestimmens eines ersten Drehmomentes des Antriebes ein Messen des ersten Drehmomentes mit einem Drehmomenten-Sensor. Durch die hydrostatische Pumpe der hydrostatischen Maschine wird ein Ist-Volumenstrom im Fluidkanal des hydraulischen Systems erzeugt Dadurch ist ein momentanes Ist-Drehmoment am hydrostatischen Antrieb der hydrostatischen Pumpe notwendig. Das Ist-Drehmoment zum Berechnen des Verhältnisses kann über die Messung mit einem Drehmomenten-Sensor ermittelt werden. Über einen Drehmomenten-Sensor kann das Drehmomentan dem Antrieb ermittelt werden. Der Drehmomenten-Sensor kann zwischen dem Antrieb und der der Pumpe der hydrostatischen Maschine, beispielsweise an der Welle eingebracht werden.

In einer weiteren Ausführungsform können sowohl der Drehmomenten-Sensor, als auch die Bestimmung des Ist-Drehmomentes durch die Messung des Stromes in den Phasen durch den Drive des Antriebes in einer redundanten Ausgestaltung gleichzeitig verwendet werden. Somit wird ein Ausfallrisiko verringert.

In einer Ausführungsform umfasst das erste Rechenverfahren eine multivariate Regression. Insbesondere besteht das erste Rechenverfahren aus einer multivariaten Regression des gesamten Antriebsvektors. Hierzu werden Paare von Antriebsvektor und Drehmoment als Messdaten herangezogen. Hierfür können verschiedene Messvorschriften angewendet werden, um die entsprechenden Paare zu erhalten. So können beispielsweise für den Antriebsvektor ein D-dimensionales Gitter erstellt werden. Dieses kann n äquidistante Gitterpunkte in jeder Dimension umfassen. Die einzelnen Gitterpunkte können vermessen werden. Alternativ kann der Antriebsvektor zeitliche verändert werden und das Drehmoment kontinuierlich gemessen werden. Um alle Abmessungen des gesamten Antriebsvektors zu erfassen, können Messungen mit allen Werten oder einer vorgegebenen Auswahl an Abtastwerten des kompletten Antriebsvektors der Dimension D erfolgen. Bei bestimmten hydrostatischen Pumpen kann es hinreichend sein, nur eine Teilmenge der Dimensionen und/oder der Werte des Antriebsvektors zu berücksichtigen.

In einer Ausführungsform umfasst das erste Rechenverfahren die Verwendung wenigstens einer Lookup-Tabelle. Aus der wenigstens einen Lookup-Tabelle kann ein Wert für das zweite Drehmoment des Antriebes berechnet werden. Durch die Lookup-Tabelle kann ein Grid an Punkten, insbesondere Datenpunkte abgespeichert werden. Über die Lookup-Tabelle können die Datenpunkte statisch definiert und zur Laufzeit des Programms, zur Vermeidung aufwändiger Berechnungen verwendet werden. In der Lookup-Tabelle werden für bestimmte Konstellationen an Eingabeparametern (z.B. Antriebsvektoren) vorberechnete Ergebnisse definiert und zugehörig gespeichert Die einzelnen Einträge einer Lookup-Tabelle können über einen Suchbegriff einer Spalte oder über eine Position identifiziert und angesprochen werden. Bei dem Auswerten der Lookup-Tabelle wird zwischen den nächstliegenden Einträgen interpoliert. Jeder Eintrag enthält entsprechend vordefinierte Informationen. Durch die Lookup- Tabelle können komplexe Berechnungen zur Programmlaufzeit durch eine in der Regel schnelle Wertsuche ersetzt werden. Zudem ist unter Verwendung von Lookup-Tabellen kein Vorwissen notwendig. Diese sind instantan einsatzbereit, sobald Einträge vorhanden sind.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste Rechenverfahren ein physikalisches Modell einer hydrostatischen Maschine. Ein Wert für das zweite Drehmoment des Antriebes wird aus dem physikalischen Modell abgeleitet Ein physikalisches Modell stellt im Sinne der vorliegenden Erfindung eine fortlaufende Simulation der zugrundeliegenden Physik dar. Insbesondere wird ein physikalisches Modell von einer gesunden hydrostatischen Maschine abgeleitet. Unter einer gesunden hydrostatischen Maschine ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine hydrostatische Maschine zu verstehen, welche noch nicht zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks verwendet wurde und somit keinen Verschleißeinflüssen unterlag. Die Physik des physikalischen Modells wird dabei durch Gleichungen, insbesondere durch Differentialgleichungen repräsentiert Die entsprechenden Gleichungen müssen für jedes Zeitintervall berechnet werden. Für das Erstellen des physikalischen Modells wird das Ist- Drehmoment aufgenommen und unter Verwendung weiterer Sensoren werden bestimmte Parameter an einer gesunden hydrostatischen Maschine gemessen.

In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Rechenverfahren als ein Modul für maschinelles Lernen ausgebildet Das Modul kann beispielsweise ein trainiertes künstliches Netzwerk - Neuronales Netzwerk (Artificial Neural Network (ANN)) umfassen. Neuronale Netze können für die Klassifikation, Cluster-Erkennung oder Regression eingesetzt werden. Im Allgemeinen bestehen neuronale Netzwerke aus einer Vielzahl an Parametern, die in einer zuvor definierten Weise miteinander interferieren, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Der optimale Satz an Parametern wird in einer Anlernphase für das neuronale Netzwerk ermittelt. Dabei werden die einzelnen Parameter so lange variiert, beispielsweise mittels einem Gradient Descent Verfahren, bis das neuronale Netzwerk das gewünschte Ergebnis(se) erzielt. Die Verwendung eines neuronalen Netzwerkes hat den Vorteil, dass die Struktur der einzelnen Messdaten und somit eine Abbildung der Wirklichkeit angelernt werden kann. Zudem benötigen die Messdaten keine Ordnung und/oder Struktur. Durch das neuronale Netzwerk ist keine Beschränkung der Dimensionalität gegeben. Die notwendige Rechenleistung und der Speicherbedarf für die Berechnung des neuronalen Netzwerkes ist über die Anzahl der verwendeten Parameter steuerbar. Zudem kann das neuronale Netzwerk während der Verwendung durch die ausgewerteten Daten neu- und/oder weiter trainiert werden, wodurch der Wert für das zweite Drehmoment des Antriebes genauer und präziser ermittelt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das neuronale Netzwerk eine Feed-Forward- Architektur. Diese bietet eine vereinfachte Handhabung und geringen Recheneinsatz für das Auswerten. Somit kann das neuronale Netzwerk auf den Mikrocontrollern, beispielsweise den festintegrierten Recheneinheiten der Maschinen implementiert werden.

In einer Ausführungseinheit wird das erste und/oder das zweite Rechenverfahren auf einer Steuereinheit der hydrostatischen Maschine, insbesondere lokal gespeichert und ausgeführt Die Steuereinheit kann eine Speichereinheit, ausgebildet als ein nichtflüchtiger Speicher, z.B. ein Flash-Laufwerk oder eine Magnetplatte, sowie eine Prozessoreinheit zum Ausführen des Modells oder des trainierten künstlichen Netzwerkes umfassen. Dies ist besonders vorteilhaft bei eigenständigen hydrostatischen Maschinen ohne oder mit eingeschränkter Kommunikationsverbindungen zu anderen und/oder zentralen Steuereinheiten. In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform wird das Modell oder das trainierte künstliches Netzwerk in einer globalen Umgebung auf einer örtlich getrennten Steuereinheit gespeichert und ausgeführt Somit kann das Modell oder das trainierte künstliches Netzwerk - allein oder zusätzlich - zentral gespeichert werden, z.B. auf einem zentralen Server oder in einem Computer-Cloud- System. Dies ist dann von Vorteil, wenn die Steuereinheit der hydrostatischen Maschine nicht die Rechenleistung und/oder den Speicherbereich zur Verfügung hat, um entsprechende Berechnungen durchzuführen. Diesbezüglich können die Berechnungen auf den zentralen Server oder in die Cloud über entsprechende Kommunikationsverbindungen ausgelagert werden und nur das Ergebnis wird empfangen und ausgewertet bzw. angewendet

Zudem besteht die Möglichkeit, die Abtastpunkte der Messungen - allein oder zusätzlich - zentral zu speichern. Dies kann auf einem zentralen Server vor Ort oder in Serververbund in der Cloud erfolgen. Dies ist vorteilhaft, wenn aus dem aktuellen Verschleißzustand der hydrostatische Maschine Warnungen, Auswertungen jeglicher Art und/oder Wartungsstrategien abgeleitet werden sollen. Ferner könnte diese die Grundlage sein, um die gesamte Standzeit der hydrostatischen Pumpe zu erfassen.

In einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung umfasst das erste Rechenverfahren eine Polynomfunktion, beispielsweise eine lineare Funktion, der Werte des Antriebsvektors. Unter Verwendung der Polynomfunktion können Approximatoren für das Drehmoment gewonnen werden.

Unter Verwendung dieses Verfahrens ist es notwendig ein Ist-Drehmoment des Antriebes der hydrostatischen Maschine zu ermitteln. Hierbei ist bekannt, dass bei einer Abnutzung der hydrostatischen Pumpe ein größeres Drehmoment bereitgestellt werden muss, als im Vergleich unter Verwendung einer neuwertigen hydrostatischen Pumpe. Hierbei ist mit Verfahren nach dem Stand der Technik nicht möglich, von dem Ist-Drehmoment auf den aktuellen Verschleißzustand der hydrostatischen Pumpe zu schließen. Der Grund ist, dass das tatsächliche Ist-Drehmoment - welches ermittelbar ist - von vielen Systemvariablen, z.B. von der Viskosität und/oder der Temperatur und/oder dem Druck der Hydraulikflüssigkeit abhängt. Außerdem hängen zumindest einige dieser Systemvariablen von anderen Systemvariablen ab, manchmal in einer komplexen Weise. Ein Beispiel könnte die Abhängigkeit der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit von deren Temperatur sein, wobei diese Abhängigkeit wiederrum von der Art der verwendeten Flüssigkeit abhängig ist und für jede Art von hydrostatischer Pumpe unterschiedlich sein kann, beispielsweise je nach maximaler Leistung einer hydrostatischen Pumpe. Als ein weiteres Beispiel könnte es auch eine dynamische Abhängigkeit zwischen Systemvariablen geben, z.B. lässt sich die Abhängigkeit zwischen der Drehzahl der hydrostatischen Pumpe und dem Druck der Flüssigkeit in einer Übergangssituation am besten durch eine Differentialgleichung beschreiben.

Die entsprechenden Systemvariablen, die das Drehmoment einer hydrostatischen Pumpe beeinflussen, können durch einen Antriebsvektor der Dimension D dargestellt werden. Jede Dimension des Antriebsvektors hat einen relevanten Bereich, d.h. einen minimalen und einen maximalen Wert, die entweder die Bereiche physikalisch zulässiger Werte sind - möglicherweise begrenzt durch technische Beschränkungen - oder anderweitig begrenzt sind. Zum Beispiel könnte der Bereich des Drucks p eines Fluid in einem bestimmten Pumpentyp wie folgt aussehen: Bereich (p) = (p _mm , P _max ) = (1 mPa, 30 mPa (10 bar, 300bar)).

Basierend auf der Kenntnis des Verhaltens einer bestimmten hydrostatischen Pumpe - oder einer Klasse von Pumpen - kann abhängig von den Werten des Antriebsvektors ein Modell der verwendeten hydrostatischen Pumpe erstellt werden. Das erstellte Modell stellt somit die Grundlage für das erste Rechenverfahren dar. Im Prinzip lässt sich das Drehmoment der Pumpe durch eine Funktion berechnen, die alle relevanten Werte von jeder Abmessung des Antriebsvektors berücksichtigt.

In einer einfachen beispielhaften Umsetzung des ersten Rechenverfahrens kann - zum Zwecke eines vereinfachten Beispiels - nur ein einziger Antriebsvektor betrachtet werden, der aus einem Fördervolumen V [ccm] und einem Druck p besteht Ein solches erstes Rechenverfahren könnte beispielsweise ein folgendes Drehmoment M _CO mp (berechnetes Drehmoment) berechnen:

Mcomp(V, p) = Mcomp(19, 20) = 10,75 Nm für einen vorbestimmten Antriebsvektor, der ein Fördervolumen von V = 19 ccm und einen Druck von p = 2 mPa (20 bar) aufweist Ein anderer beispielhafter vorbestimmter Antriebsvektor kann ein Fördervolumen von V = 19 ccm und einen Druck von p = 28 mPa (280 bar) aufweisen, was einen berechneten Wert für das Drehmoment von M _COmp (19, 280) = 96,75 Nm ergibt

Erfindungsgemäß wird der Verschleißzustand der hydrostatischen Maschine mittels eines zweiten Rechenverfahrens bestimmt, dass das bestimmte erste Drehmoment (Ist-Drehmoment) des Antriebes der hydrostatischen Maschine grundsätzlich mit dem unter Verwendung des ersten Rechenverfahrens ermittelten zweiten Drehmomentes des Antriebes in Beziehung setzt. Dieses Verhältnis bzw. der Quotient aus dem ermittelten Drehmoment (berechnete Drehmoment) zu dem bestimmten Ist-Drehmoment gibt dabei eine quantitative Größe des Verschleißzustandes (Wert für den Verschleiß) der hydrostatischen Maschine zum Messpunktzeitpunkt wieder. In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung ermittelt das zweite Rechenverfahren ein Verhältnis, und zwar einen Quotienten aus dem ersten bestimmten Drehmoment an einem vorgegebenen Antriebsvektor zu einem zweiten ermittelten Drehmoment an dem vorgegebenen Antriebsvektor.

Unter Verwendung der oben ausgeführten Werte des Antriebsvektors, kann als Beispiel das tatsächlich gemessene Drehmoment M _act (gemessenes Drehmoment) für einen vorbestimmten Antriebsvektor, der ein Fördervolumen von V = 19 ccm und einen Druck von p = 28 mPa (280 bar) aufweist, M _act (19, 280) = 101,31 Nm betragen. Dies würde zum folgenden quantitativen Wert für den momentanen Verschleißzustand führen: w = M _comp (19, 280) / M _act (19, 280) = 96,75 Nm / 101,31 NM = 95,50%.

In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung ermittelt das zweite Rechenverfahren ein Verhältnis, und zwar einen Mittelwert, aus einem Satz von Quotienten, wobei jeder der Quotienten der Quotient aus dem ersten bestimmten Drehmomentan einem vorgegebenen Antriebsvektor zu einem zweiten ermittelten Drehmoment an dem vorgegebenen Antriebsvektor ist

Für verschiedene Arbeitspunkte, d.h. für verschiedene Antriebsvektoren, können nun die momentanen Verschleißwerte in einer Historie festgehalten werden. Daraus kann ein Durchschnittswert für den Verschleißzustand in einem vorgegebenen Zeitfenster bestimmt werden. Ein zweiter beispielhafter gemessener Wert für das Drehmoment ist M _act (19, 20) = 11,59 Nm, woraus sich ein zweiter momentaner Verschleißzustand w berechnen lässt: w = Mcomp (19, 20) / Mact (19, 20) = 10,75 Nm / 11,59 Nm = 92,75%.

Demgemäß würde der momentane Durchschnittsverschleiß w = 94,13% betragen.

Als eine Alternative kann vorgesehen sein, dass die Werte für den Verschleißzustand w gewichtet werden. Beispielsweise könnten die Werte von w bei niedrigeren Druckwerten geringer und die Werte bei höheren Druckwerten stärker gewichtet werden. Ein Grund für diese stärkere Hervorhebung des Verschleißes bei höheren Druckwerten kann darin bestehen, dass das hydraulische System häufiger mit höheren Druckwerten betrieben wird. Als ein quantitatives Beispiel kann eine Gewichtung von 20% für den Verschleiß bei 2 mPa (20 bar) und 80% den Verschleiß bei 28 mPa (280 bar) verwendet werden. Dann wäre unter Verwendung der gleichen Werte wie oben ausgeführt, der gewichtete momentane Durchschnittsverschleiß w = 94,95%. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Antriebsvektor eine Drehzahl des Antriebs der hydrostatischen Maschine. Ein Vorteil der Berücksichtigung der Drehzahl besteht darin, dass für einen Bediener sofort klar ist, dass - bei Pumpen, die mit variabler Drehzahl angetrieben werden - die Leistung des Hydrauliksystems stark mit der momentanen Drehzahl des Antriebes korreliert. Betreiber von Hydrauliksystemen sind es gewohnt, mit Tabellen auf Basis der Drehzahl des Antriebes zu arbeiten, um die Leistung des Antriebes zu beurteilen. Überdies können die entsprechenden Drehzahlen in einfacher Weise gemessen werden. Zudem wirkt sich die Drehzahl durch die geschwindigkeitsabhängige Reibung auf das Drehmoment aus, womit die Drehzahl ein guter Indikator für einen Veränderung des Verschleißzustandes darstellt.

In anderen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung können weitere Werte von dem Antriebsfaktor umfasst sein. Beispiele können die Hydraulikflüssigkeitssorte (Typ des Fluid), oder das momentane Fördervolumen des verwendeten Fluid der hydrostatischen Pumpe. Kenntnis über das momentane Fördervolumen und dessen Verwendung kann dahingehend vorteilhaft sein, da das zu bestimmende Drehmoment stark von der geförderten Fluidmenge pro Umdrehung der hydrostatischen Maschine abhängt.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst der Antriebsvektor einen ersten Druck des Fluid. Der erste Druck des Fluid beschreibt den Druck am Arbeitsausgang. Zudem ist in der Regel der Leckage Strom einer Pumpe bei höheren Druckwerten höher. Daher ist es vorteilhaft, einen ersten Druck des Fluid in die Bestimmung des Drehmomentes mit einzubeziehen.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst der Antriebsvektor einen zweiten Druck des Fluid, welcher den Druck des in die Pumpe eingespeisten Fluid beschreibt. Somit kann der zweite Druck mit dem Druck an der zweiten Drucköffnung der Pumpe in Beziehung stehen. Beispielsweise kann der erste Druck mit einem ersten Druckanschluss der Pumpe in Beziehung stehen und einen hohen Arbeitsdruck für die Bewegung des Pumpenzylinders erreichen. Der zweite Druck wirkt sich diesbezüglich auf den zweiten Anschluss der Pumpe aus und erzeugt einen niedrigen Vorspannungsdruck. Die sich ergebende Differenz zwischen dem ersten Druck zu dem zweiten Druck beeinflusst den Leckage Strom der Pumpe. Das Drehmoment hängt stark von dieser Differenz ab, welche dem so genannten Lastdruck entspricht Es kann unter Umständen auch zu einer druckabhängigen Deformation der Pumpe kommen, was die Reibung beeinflusst und sich damit auf das Drehmoment niederschlägt.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst der Antriebsvektor eine Viskosität des Fluid. Diese wirkt sich auf die Schmierung der sich relativ zueinander bewegenden Bauteile aus und auf das sich im Pumpengehäuse bewegende Fluid, was ein zusätzliches Drehmoment verursacht. Oft weist die Viskosität für eine Sorte einer Hydraulikflüssigkeit einen typischen Wert auf. Dieser muss in Fällen berücksichtigt werden, in denen das Fluid gegen eine andere Sorte an Hydraulikflüssigkeit ausgetauscht wird. Ferner kann die Viskosität des Fluid von dessen Temperatur abhängen. Verschiedene Arten von Fluiden sind in der Regel in unterschiedlicher Form von deren Temperaturen abhängig.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält der Antriebsvektor eine Temperatur des Fluid. Die Temperatur des Fluid beeinflusst insbesondere die Viskosität des Fluid, je nach dessen Sorte und/oder Klasse.

Der Antriebsvektor kann sowohl einen zuvor genannten Parameter umfassen, als auch in verschiedenen Ausführungsformen eine Vielzahl der zuvor genannten Parameter berücksichtigen. Somit wird die Berechnung der Verschleißzustandes genauer, da tatsächliche Bedingung, unter denen die hydrostatische Maschine eingesetzt ist, berücksichtigt werden.

In einer Ausführungsform ist die hydrostatische Maschine als eine hydrostatische Pumpe oder als ein hydrostatischer Motor oder als eine hydrostatische 4-Quadranten Maschine ausgebildet.

In einer Ausführungsform umfasst die hydrostatische Pumpe eine Radialkolbenpumpe oder eine Radialkolbenpumpe mit variabler Verstellung.

In einer Ausführungsform wird der bestimmte momentane Verschleißzustand für eine Verschleißprognose der hydrostatischen Maschine verwendet In vorteilhafter Weise kann nach dem Erzeugen einer Verschleißhistorie eine Vorhersage für zukünftige Werte des Verschleißzustandes bestimmt werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sowohl die gesamte Standzeit der hydrostatischen Maschine, als auch Daten der Verschleißzustände einer Klasse von hydrostatischen Maschinen und deren hydrostatischen Pumpen zur Verfügung stehen. Typischerweise umfasst dies nicht nur Werte von Momentaufnahmen, sondern kann dies vielmehr auch eine Verschleißhistorie einer oder mehrerer hydrostatischer Maschinen umfassen. Basierend auf diesen Daten lässt sich der Verschleißzustand bzw. der Verschleiß der hydrostatischen Maschine prognostizieren. Dafür können verschiedene Methoden verwendet werden, wie beispielsweise Markov- Ketten, Kalman-Filter und/oder Machine Learning Ansätze.

In einer Ausführungsform kann der momentane Verschleißzustand als ein Eingangsparameter für eine Simulation eines Zustandes der hydrostatischen Maschine verwendet werden. Über die Simulation kann in vorteilhafter Weise der Verschleiß berechnet und/oder veranschaulicht werden, um entsprechende Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen zu planen und/oder durchzuführen. Insbesondere kann die Simulation für Predictive-Maintenance Ansätze verwendet werden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrohydrostatische Pumpenvorrichtung. Die Elektrohydrostatische Pumpenvorrichtung umfasst eine hydrostatische Pumpe, einen Antrieb mit variabler Drehzahl und eine elektronische Steuereinheit. Die elektronische Steuerung ist in der Lage ist, ein Verfahren nach einem der Verfahrensansprüche der vorliegenden Erfindung auszuführen. Die Steuereinheit kann einen oder mehrere Prozessoren aufweisen, welche ausgebildet sind, das Verfahren auszuführen. Ferner kann die Steuereinheit Speicher umfassen, insbesondere flüchtige und/oder nichtflüchtige Speicher, um das Verfahren und/oder Abtastwerte für die Antriebsvektoren zu speichern. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Steuereinheit Mittel zur Kommunikation, insbesondere zur Datenkommunikation aufweisen. Die Mittel umfassen drahtgebundene, z.B. LAN, serielle/parallele Schnittstellen usw. und/oder drahtlose, z.B. WLAN, Bluetooth Schnittstellen usw.

In einer Ausgestaltung kann das Verfahren gemäß der Erfindung auf einer dezentralen Zielplattform mit einer externen Elektronik/Steuerung gespeichert und ausgeführt werden. Die externe Elektronik/Steuerung kann lokal neben der entsprechend anzutreibenden Maschine installiert sein oder zentral an einer vorgesehenen Position in der Fertigungseinrichtung installiert sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren in einem Server-Verbund, beispielsweise in einer Cloud gespeichert und ausgeführt werden.

Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung können auch als ein Computerprogramm ausgebildet sein, wobei ein Computer zur Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens veranlasst wird, wenn das Computerprogramm auf einem Computer bzw. auf einem Prozessor des Computers, vorzugsweise der Steuereinheit ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann als Signal per Download bereitgestellt oder in einer Speichereinheit des Computers mit darin enthaltenem computer-lesbarem Programmcode gespeichert werden, um den Computer zur Ausführung von Anweisungen gemäß dem oben genannten Verfahren zu veranlassen. Dabei kann das Computerprogramm auch auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Eine alternative Aufgabenlösung sieht ein Speichermedium vor, das zur Speicherung des vorstehend beschriebenen, Verfahrens bestimmt ist und von einem Computer oder Prozessor lesbar ist

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserung oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungs-beispiele näher erläutert Es zeigen dabei:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines vereinfachten hydraulischen Systems;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 3 ein Beispiel für ein die Variation des Leistungszustandes.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, fünktionsgleiche, und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - so-fern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen zu versehen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines vereinfachten hydraulischen Systems. Das hydraulische System in der dargestellten Form umfasst eine hydrostatische Maschine 10, einen Zylinder 30, bevorzugt einen hydraulischen Zylinder. Der hydraulische Zylinder 30 ist mit der hydrostatischen Maschine 10 über Fluidkanäle 20 verbunden (weitere notwendige Komponenten des hydraulischen Systems, die für die vorliegende Erfindung von geringer Relevanz sind, werden nicht dargestellt). Die hydrostatische Maschine 10 umfasst in der vereinfachten Form eine hydrostatische Pumpe 12, welche von einem Antrieb 11, vorzugsweise einem Elektromotor mit variabler Drehzahl n angetrieben wird. Die Verbindung zwischen dem Antrieb 11 und der hydrostatischen Pumpe 12 kann beispielsweise über eine Welle, Getriebe usw. umgesetzt sein. Im Betrieb der hydrostatischen Maschine 10 weist die Welle eine spezifische Drehzahl n auf. Die hydrostatische Pumpe 12 ist über die Fluidkanäle 20 (Vor- und Rücklauf) mit einem hydraulischen Zylinder 30, beispielsweise einem Differentialzylinder verbunden. Differentialzylinder sind im Stand der Technik bekannt und weisen einen Kolben, eine Kolbenstange und zwei Zylinderkammern auf. Die hydrostatische Pumpe 12 pumpt die Hydraulikflüssigkeit über die Fluidkanäle 20 zum Zylinder 30. Durch das Pumpen der Hydraulikflüssigkeit in die jeweilige Druckkammer des Hydraulikzylinders 30 werden der Kolben und die Kolbenstange in die jeweilige Richtung (Einfahren/Ausfahren des Zylinders) bewegt. Zudem ist in Fig. 1 der Drive 13 als Steuereinheit für den Antrieb 11 der hydrostatischen Maschine 10 dargestellt. Über den Drive 13 werden die Ströme zum Antreiben des Antriebes 11 bereitgestellt und gesteuert. Ferner kann über den Drive 13 die Stromaufnahme, beispielsweise die Nennstromaufnahme des Antriebes 11 gemessen werden. Hierfür können interne Messinstrumente- oder Verfahren verwendet werden. Aus der gemessenen momentanen Stromaufnahme und einem Proportionalfaktor, kann ein erstes Drehmoment Mi _eff des Antriebes 11 ermittelt werden. Ferner kann über den Drive 13 die Drehzahl des Antriebes 11 bestimmt werden. Die Drehzahl kann in dem Antriebsvektor enthalten sein. In einer alternativen oder kombinierten Ausführungsform kann die hydrostatische Maschine 10 einen Drehmomenten- Sensor 40 und einen Sensor 40 zur Erfassung der Drehzahl aufweisen. Der Drehmomenten- Sensor 40 und der Drehzahl-Sensor 40 zur Erfassung der Drehzahl können derart in der hydrostatischen Maschine 10 eingebracht sein, so dass diese das erste Drehmoment Mi _l des Antriebes 11, als auch die Drehzahl bestimmen. Unter Verwendung eines ersten Rechenverfahrens kann ein zweites Drehmoment des Antriebes 11 bei einem vorgegebenen Antriebsvektor ermittelt werden. Das erste Rechenverfahren kann die Verwendung eine Lookup-Tabelle und/oder eines physikalischen Modells einer hydrostatische Maschine 10 und/oder als ein Modul für maschinelles Lernen umfassen. Ein momentaner Verschleißzustand w der hydrostatischen Maschine 10 kann unter Verwendung eines zweiten Rechenverfahrens bestimmt werden. Hierzu werden in dem zweiten Rechenverfahren das erste bestimmte Drehmoment Mi _,eff und das zweite ermittelte Drehmoment folgendermaßen zu einander in Beziehung gesetzt:

Mi. _eff = f(Vi, ni, DR, v) wobei Mi _,eff dem bestimmten ersten Drehmomentes des Antriebes 11 bei einem entsprechenden Antriebsvektor entspricht und der Antriebsvektor ein Fördervolumen Vi, eine Drehzahl , eine Differenzdruck DR und/oder einen Wert für die Viskosität v des Fluid umfasst. Ausführungsformen gemäß der Erfindung können einen oder eine Vielzahl an Parameter für einen Antriebsvektor berücksichtigen. Der Differenzdruck DR kann über eine Drucksensor 50 erfasst werden, welcher die Druckdifferenz aus den Drücken P _A , PB ermittelt.

Der Verschleißzustand w bzw. der Gesundheitsindex HI der hydrostatischen Maschine 10 ergibt sich aus w = Mi _, ioo _% / Mi _,b& wobei Mi _,i oo _% das mit dem ersten Rechenverfahren ermittelte zweite Drehmoment entspricht

In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt Das Verfahren 1 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform mehrere Schritte. In einem ersten Schritt S1 wird ein erstes Drehmoment des Antriebes 11 bei einem vorgegebenen Antriebsvektor bestimmt In einem zweiten Schritt S2 wird ein zweites Drehmoment des Antriebes 11 bei dem vorgegebenen Antriebsvektors unter Verwendung eines ersten Rechenverfahrens ermittelt In einem dritten Schritt S3 wird der momentane Verschleißzustand der hydrostatischen Maschine 10 unter Verwendung eines zweiten Rechenverfahrens bestimmt Es werden das erste bestimmte Drehmoment und das zweite ermittelte Drehmoment in Beziehung zueinander zugesetzt

Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Kurve des Verschleißzustandes w in % bzw. des Gesundheitsindex HI in % einer hydrostatischen Maschine 10, wie er sich über eine bestimmte Nutzungsdauer d ergeben könnte. Die Kurve 74 stellt die Variation des Verschleißzustandes w in % (y-Achse 71) bzw. des Gesundheitsindex HI in % über eine Nutzungsdauer d (x-Achse 72) dar. Über die Nutzungsdauer d werden in bestimmten Intervallen (100, 200, usw.) für einen Antriebsvektor Werte für den Differenzdruck DR, das Fördervolumen Vi, die Drehzahl , und den Wert für die Viskosität v des Fluid erfasst. In der Tabelle 1 sind beispielhafte Werte für den Differenzdruck, das Fördervolumen, die Drehzahl und für die Viskosität aufgeführt. Für diesen Antriebsvektor wird ein erstes Drehmoment Mi _t unter Messung des Stroms des Antriebes 11 und einem Proportionalfaktor und/oder durch Messung mittels eines Drehmomenten-Sensors bestimmt. Durch ein erstes Rechenverfahren wird ein zweites Drehmoment Mi _,i oo _% für den entsprechenden Antriebsvektor ermittelt. Das erste Drehmoment und das zweite Drehmoment werden unter Verwendung eines zweiten Rechenverfahrens zu einander in Beziehung gesetzt und resultieren in den Verschleißzustand w bzw. den Gesundheitsindex HI. Aus der Fig. 3 kann entnommen werden, dass sich der Gesundheitsindex HI in % über die Nutzungsdauer verschlechtert, was durch die fallende Kurve 74 dargestellt ist. Weiterhin ist in der Fig. 3 ein Grenzlinie 70 dargestellt Diese Grenzlinie 70 stellt einen Bereich dar, in dem der Verschleißzustand w, dargestellt durch die Kurve 74 einen Wert erreicht, in dem Wartungs- bzw. Instandhaltungsmaßnahmen ergriffen werden sollten, um der Verschleiß in der hydrostatischen Maschine 10 zu beheben, bzw. negative Folgen für ein hydraulisches System auf ein Minimum zu begrenzen. Zudem wird durch die Kurve 73 dargestellt, wie die Kurve 74 für die Anwendung der Predictive Maintenance extrapoliert werden kann. Somit kann eine Vorhersage über den zeitlichen Verlauf des Verschleißzustandes getroffen werden. Diese Extrapolation kann durch lineare Regression, wie in der Fig. 3 dargestellt, oder alternativ mit Hilfe von Markov- Ketten, Kalman-Filter und/oder Machine Learning Algorithmen erzielt werden. Hierzu ist eine Historie über den Verschleißzustand notwendig. In vorteilhafter Weise kann ein Bediener der Anlage unter Verwendung der Informationen über den Verschleißzustand notwendige Wartungen der Maschine planen, vorbereiten bzw. wenn notwendig durchführen. In der Fig. 3 stellen die mit „X" markierten Punkte die entsprechenden Messpunkte des Verschleißzustandes dar und die Kurve 74 wird über die Simulation/Extrapolation mit Hilfe der o.g. Verfahren (Markov-Ketten, usw.) ermittelt.

Aus der Tabelle 1 kann entnommen werden, dass das bestimmte erste Drehmoment Mi _,eff einen höheren Wert aufweist, als das zweite ermittelte Drehmoment Mi _,i oo _% . Dies kann auf Reibung innerhalb der hydrostatischen Maschine 10 bzw. der hydrostatischen Pumpe 12 zurückgeführt werden. Im Ergebnis ergibt sich ein verschlechterter Gesundheitsindex HI. Über die Nutzungsdauer d nimmt der Gesundheitsindex HI stetig ab. Dieser Index kann für eine Verschleißprognose und/oder eine Simulation des Verschleißzustandes verwendet werden und in Predictive-Maintenance resultieren.

Tabelle 1

Abschließend sei daraufhingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.

Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt

Bezugszeichenliste

1 Verfahren

10 hydrostatische Maschine

11 Antrieb

12 hydrostatische Pumpe

13 Drive

20 Fluidtransportkanal

30 hydraulischer Zylinder

40 Drehmomenten-Sensor

50 Drucksensor

60 Stromdetektor

70 Verschleißgrenze

71 y-Achse (Gesundheitsindex)

72 x-Achse (Laufzeit)

73 PM

74 Verschleißzustand (Gesundheitsindex)

S1-S3 Verfahrensschritte PA, PB Druck

QI Volumenstrom

Vi Fördervolumen

Mi.eff Ist-Drehmoment n Drehzahl