| JP52052281 | FRACTURE DETECTING DEVICE FOR CUTTING TOOL |
| JP07237093 | INDUSTRIAL NONCONTACT DETECTION SYSTEM AND DETECTING METHOD |
| JP07186002 | SPINDLE DEVICE |
ENS, Wolfgang (Keplerstr. 5, Linkenheim, 76351, DE)
GRIEB, Herbert (Maronenweg 4, Malsch, 76316, DE)
BELLM, Hubert (Nibelungenring 6, Stutensee, 76297, DE)
ENS, Wolfgang (Keplerstr. 5, Linkenheim, 76351, DE)
GRIEB, Herbert (Maronenweg 4, Malsch, 76316, DE)
| Patentansprüche
1. Verfahren zur überwachung einer an einem Produktions- prozess beteiligten Einrichtung, insbesondere einer Verpa- ckungsmaschine, mit mindestens einem Antrieb (10), dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Antriebs (10) zumindest einmalig antriebsbezogene Referenzdaten (24) aufgenommen werden und mindestens ein Referenzdatum in Bezug auf diese Daten (24) gespeichert wird, dass kontinuierlich oder zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten antriebsbezogene Daten (26) aufgenommen werden und daraus mindestens ein Momentandatum abgeleitet wird und dass das oder jedes Momentandatum mit dem Referenzdatum ver- glichen wird und bei Abweichung um mehr als einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert eine Aktion ausgelöst wird.
2. überwachungsverfahren nach Anspruch 1, wobei dem Antrieb (10) ein Drehgeber (28) zugeordnet ist und die antriebsbezogenen Referenzdaten (24) sowie die antriebsbezogenen Daten (26) sich anhand eines von dem Drehgeber (28) gelieferten Ausgangssignals ergeben.
3. überwachungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die antriebsbezogenen Referenzdaten (24) in Produktionspausen aufgenommen werden, insbesondere indem während der Produktionspause eine Referenzfahrt durchgeführt wird.
4. überwachungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die antriebsbezogenen Referenzdaten (24) während des Produktionsprozesses aufgenommen werden, indem vorgegebene oder vorgebbare charakteristische Bewegungsphasen zum Aufnehmen der Referenzdaten (24) zugrunde gelegt werden.
5. überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei als antriebsbezogene Referenzdaten (24) oder Daten (26) eine über den Drehgeber (28) ermittelte Beschleunigung des Antriebs (10) zugrunde gelegt wird.
6. überwachungsverfahren nach Anspruch 5, wobei als Referenzdatum und Momentandatum eine Standardabweichung, eine Autokorrelation, eine charakteristische Frequenz oder ein charakteristischer Frequenzbereich der antriebsbezo- genen Referenzdaten (24) bzw. der antriebsbezogenen Daten (26) ermittelt wird.
7. Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
8. Computerprogrammprodukt, insbesondere Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm gemäß Anspruch 7.
9. überwachungsvorrichtung mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere mit einer Verarbeitungseinheit und einem durch die Verarbeitungs- einheit ausführbaren Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8. |
Beschreibung
überwachungsverfahren
Die Erfindung betrifft als überwachungsverfahren ein Verfahren zur überwachung einer an einem Produktionsprozess beteiligten Einrichtung, insbesondere einer Verpackungsmaschine, , mit einem Antrieb oder mehreren Antrieben.
Bei Verpackungsmaschinen ergeben sich häufig Stillstandszeiten, die je nach Anwendungsfall z. B. durch Verpackungsreste in der Maschine, Füllgut in einer Siegelnaht oder unvollständig gefüllte Verpackungen verursacht sind. Weiterhin gibt es Ausfälle durch mechanische Defekte im Bereich des Antriebs der Maschine, etwa lockere Elemente zur Kraftübertragung, wie z. B. Zahnriemen, oder schadhafte .Lager und dergleichen.
Bisher werden die Maschinen in der Regel vom Bedienpersonal visuell überwacht und in fest vorgeschriebenen Zeitabständen gewartet. Stillstandszeiten sind nicht vorhersehbar und werden im Wesentlichen in Kauf genommen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, ein überwachungsverfahren anzugeben, mit dem sich Stillstandszeiten oder Verschlechterung der Performance quasi vorhersagen lassen. Dies wiederum beruht auf einer Prognose einer Situation, die ohne vorsorgliche Wartungsmaßnahmen zu einem Stillstand oder verminderter Performance der Maschine führen würde .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zur überwachung einer an einem Produktionsprozess beteiligten Einrichtung, insbesondere einer Verpackungsmaschine, mit mindestens einem Antrieb vorgesehen, dass während des Betriebs des Antriebs zumindest einmalig antriebsbezogene Referenzdaten aufgenommen werden und mindestens ein Referenzdatum in Bezug auf diese Referenzdaten gespeichert wird, dass kontinuierlich
oder zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten antriebsbezogene Daten aufgenommen werden und daraus mindestens ein Mo- mentandatum abgeleitet wird und dass das oder jedes Momentan- datum mit dem Referenzdatum verglichen wird und bei Abwei- chung um mehr als einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert eine Aktion ausgelöst wird.
Der Begriff „antriebsbezogen" meint hier und im Folgenden, dass die jeweiligen Daten durch überwachung des Antriebs ge- wonnen werden. Ein einem Antrieb in an sich bekannter Art und Weise vorgebbarer Sollwert, z. B. ein Geschwindigkeitssollwert, ist also kein antriebsbezogenes Datum, da dieser dem Antrieb vorgegeben wird aber nicht durch überwachung des Antriebs gewonnen wird. Eine Momentangeschwindigkeit, also ein bei einer Regelung des Antriebs zur Einhaltung des Geschwindigkeitssollwertes ermittelter, also überwachter Wert, ist in dieser Terminologie aber ein antriebsbezogenes Datum.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich im Falle elektronisch geregelter Antriebe, wobei die elektronische Regelung eine vom Antrieb umfasste Verarbeitungsfunktio- nalität mit z. B. einem Speicher und einem Mikroprozessor o- der dergleichen - also eine „eigene Intelligenz" - voraussetzt, aus dem Antrieb oben als Momentandatum bezeichnete Performance-Indikatoren ermitteln lassen. Als Performance- Indikator kommt z. B. ein Zeitintegral des Motorstroms und dergleichen in Betracht. Das jeweilige Momentandatum kann als Maß für eine „Gesundheit" der jeweiligen Maschine während der Produktion laufend geprüft oder in Produktionspausen durch Vergleich mit einer Referenzfahrt bewertet werden. Bevor es zu einem Stillstand oder verminderter Performance der Maschine kommt, kann aus der mittelfristigen Tendenz des Momentandatums, also des jeweiligen Performance-Indikators, abgeleitet werden, ob Maßnahmen des Bedienpersonals oder eine War- tung der Maschine erforderlich sind.
Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass mit Hilfe der Performance-Indikatoren im Vorhinein, d. h. be-
vor es zu einem Stillstand der jeweiligen Maschine kommt, ein Hinweis für das Bedienpersonal auf bestehende Probleme erfolgen kann. Notwendige Eingriffe können dann kostenoptimal geplant durchgeführt werden.
Können die Performance-Indikatoren über die im Antrieb ohnehin vorhandenen Informationen gebildet werden, kann eine Ermittlung der „Gesundheit" ohne zusätzliche Sensorik und damit ohne mechanischen Eingriff in die Maschine erfolgen. Dies spart Kosten und ist auch bei bereits in Betrieb befindlichen Maschinen nachrüstbar.
Insgesamt ergibt sich dadurch die Situation, dass während der Produktion Ausschuss und Stillstandszeiten minimiert werden und entsprechend ein Ausstoß der jeweiligen Maschine maxi- miert wird.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer nähe- ren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Wenn dem Antrieb ein Drehgeber zugeordnet ist und die an- triebsbezogenen Referenzdaten sowie die antriebsbezogenen Daten sich anhand eines von dem Drehgeber gelieferten Ausgangssignals ergeben, kommt als Performance-Indikator auch eine Standardabweichung eines Beschleunigungssignals oder dergleichen an diesem Drehgeber während Konstantfahrten und derglei- chen in Betracht.
Zur Ermittlung der antriebsbezogenen Referenzdaten kommen einerseits Produktionspausen in Betracht. Daneben oder zusatz-
lieh kann auch vorgesehen sein, dass die Ermittlung der antriebsbezogenen Referenzdaten während des Produktionsprozesses erfolgt.
Wenn die antriebsbezogenen Referenzdaten in Produktionspausen aufgenommen werden, kann dies ohne Einfluss auf den Produkti- onsprozess erfolgen. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass in der Produktionspause eine Referenzfahrt durchgeführt wird, um definierte Verhältnisse zu schaffen. Wenn die antriebsbezoge- nen Referenzdaten während des Produktionsprozesses aufgenom ¬ men werden, kann dies auch rückwirkungsfrei in Bezug auf den Produktionsprozess erfolgen, wenn vorgegebene oder vorgebbare charakteristische Bewegungsphasen zum Aufnehmen der Referenzdaten zugrunde gelegt werden.
Bevorzugt kommen als antriebsbezogene Referenzdaten und/oder als Daten eine Beschleunigung oder eine Leistungsaufnahme des Antriebs in Betracht. Weiter bevorzugt kommen als Referenzdatum und Momentandatum, also als Performance-Indikatoren, die aus den antriebsbezogenen Referenzdaten bzw. Daten gewonnen werden, eine Standardabweichung oder ein höheres statistisches Moment, eine Autokorrelation, eine charakteristische Frequenz oder ein charakteristischer Frequenzbereich der antriebsbezogenen Referenzdaten bzw. der antriebsbezogenen Da- ten in Betracht.
Alternativ oder zusätzlich kann für die Ermittlung von Performance-Indikatoren auch eine zeitliche Veränderung von definierten Bewegungsabläufen, Vergleich des Integrals der auf- genommenen elektrischen Leistung über einen Zyklus, Abweichung zu Referenzverlauf, Definition von Hüllkurven, Gradientenänderung etc. zugrunde gelegt werden.
Neben der Auswertung bereits vorhandener Informationen, kön- nen auch zusätzliche Sensoren eingesetzt werden. Da die Maschinen im Allgemeinen zyklisch arbeiten (definierte Bewegungsabläufe werden immer wieder durchlaufen) , kann eine Ab-
leitung von Performance-Indikatoren auch durch den Vergleich von charakteristischen Teilabläufen herbeigeführt werden.
Dann wird es möglich, auf Referenzfahrten oder dergleichen zu verzichten, indem die antriebsbezogenen Referenzdaten und ein zugehöriges Referenzdatum während eines ersten solchen Zyk- lusses oder Teilzyklusses oder eines charakteristischen Abschnitts eines solchen Zyklusses oder Teilzyklusses aufgenommen werden und die antriebsbezogenen Daten und ein zugehöri- ges Momentandatum in einem nachfolgenden Zyklus aufgenommen werden.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Darin zeigen
FIG 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer an einem Produktionsprozess beteiligten Einrichtung mit einem Antrieb,
FIG 2 als Beispiel für während des Betriebs des Antriebs ermittelte antriebsbezogene Referenzdaten ein Be-
schleunigungssignal bei einem von dem Antrieb angetriebenen straff gespannten Zahnriemen und
FIG 3 als Beispiel für während des Betriebs des Antriebs ermittelte antriebsbezogene Daten ein Beschleunigungssignal bei gelockertem Zahnriemen.
FIG 1 zeigt als stark vereinfachtes Beispiel für eine an einem Produktionsprozess beteiligte Einrichtung mit mindestens einem Antrieb 10 eine kinematische Kette mit einem von dem Antrieb gesteuerten Motor 12, einem von dem Motor 12 angetriebenen Getriebe, z. B. in Form eines Zahnriemens 14, und einer angetriebenen Last 16. Der Motor 12 umfasst dabei in an sich bekannter Art und Weise nicht näher dargestellte Lager, z. B Kugellager, zur Lagerunge einer zum Antrieb des Zahnriemens 14 wirksamen Motorwelle 18. Der Zahnriemen 14 selbst läuft im dargestellten Ausführungsbeispiel auf Zahnriemenscheiben 20, 22, die ebenfalls in grundsätzlich an sich bekannter und nicht näher dargestellter Art und Weise gelagert sind.
Die oben beschriebenen Zahnriementriebe 14, 20, 22 und Lager werden allgemein als Konstruktionselemente bei Produktionsmaschinen, insbesondere Verpackungsmaschinen eingesetzt. Sind Zahnriemen 14 fehlerhaft zu locker montiert oder haben sich durch Verschleiß gelockert oder hat ein Kugellager ein zu großes Spiel, treten Fehlfunktionen der jeweiligen Maschine auf. Es wäre daher wünschenswert, lockere Zahnriemen z. B. durch einen Testlauf in Produktionspausen zu erkennen.
Bisher konnten schadhafte Konstruktionselemente, also insbesondere lockere oder verschlissene Zahnriemen- oder Kettentriebe, nur durch zusätzliche Sensorik detektiert werden.
Die Erfindung schlägt demgegenüber zur überwachung einer an einem Produktionsprozess beteiligten Einrichtung, insbesondere einer Verpackungsmaschine, mit mindestens einem Antrieb 10 ein Verfahren vor, bei dem während des Betriebs des Antriebs
10 zumindest einmalig antriebsbezogene Referenzdaten 24 aufgenommen werden. Danach, werden kontinuierlich oder zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten antriebsbezogene Daten 26 aufgenommen. Zu diesem Zweck ist ein dem Motor 12 zugeord- neter Drehgeber 28 vorgesehen. Ein AusgangsSignal des Drehgebers 28, z. B. der zeitliche Verlauf eines Beschleunigungssignals, wird über eine dafür vorgesehene Signalleitung 30 an den Antrieb 10 übermittelt. Der Antrieb 10 stellt das Ausgangssignal des Drehgebers 28 als antriebsbezogene Referenz- daten 24 und als antriebsbezogene Daten 26 zur Verfügung.
Die antriebsbezogenen Daten 26 werden daraufhin direkt oder indirekt mit den Referenzdaten 24 verglichen. Bei Abweichung um mehr als einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert wird eine Aktion ausgelöst, die z. B. Bedienpersonal auf einen bevorstehenden Wartungsbedarfs oder einen zu besorgenden Stillstand der Maschine hinweist.
Neben einem etwaigen direkten Vergleich von antriebsbezogenen Daten 26 und antriebsbezogenen Referenzdaten 24, der wegen der dabei zu untersuchenden Datenmengen numerisch aufwendig sein kann, kommt vor allem ein indirekter Vergleich dieser Daten in Betracht, indem aus den antriebsbezogenen Referenzdaten 24 ein Referenzdatum und den antriebsbezogenen Daten 26 ein Momentandatum abgeleitet wird. Mit dem Ableiten des Referenz- bzw. Momentandatums werden einzelne oder mehrere Merkmale des jeweils zugrunde liegenden Beschleunigungssignals (z. B. Standardabweichung oder höhere statistische Momente, Autokorrelation, Spektrum, charakteristische Frequenzen und dergleichen) ermittelt.
Durch Abfahren eines charakteristischen Geschwindigkeitsprofils z. B. in Produktionspausen und der Berechnung von Merkmalen des Beschleunigungssignals während Konstantfahrtphasen lassen sich lockere Zahnriemen 14 oder ein größeres Lagerspiel erkennen, indem z. B. der ermittelte Wert der Standardabweichung als Beispiel für ein Momentandatum mit einem frü-
heren, bei „gutem" Zahnriemen ermittelten Wert, also dem zugehörigen Referenzdatum, verglichen wird.
Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht insbesondere darin, dass keine zusätzliche Sensorik am Zahnriementrieb be ¬ nötigt wird. Es genügt der in Motor und Antrieb ohnehin vorhandene Sensor für Position und Geschwindigkeit.
Anhand der Darstellung in FIG 2 und FIG 3 sollen im Folgenden die Unterschiede der aufgenommenen antriebsbezogenen Daten oder Referenzdaten am Beispiel eines straff gespannten Zahnriemens 14 (FIG 2) und eines lockeren Zahnriemens 14 (FIG 3) erläutert werden.
In FIG 2 sind für einen Betrieb der in FIG 1 gezeigten Vorrichtung bei gespanntem Zahnriemen 14 eine Sollgeschwindigkeit 32, eine Istgeschwindigkeit 34, eine Istbeschleunigung (Beschleunigung) 36 und ein Drehmoment 38 dargestellt. Die gleichen Größen sind in FIG 3 für eine Situation bei lockerem Zahnriemen 14 dargestellt.
Im Vergleich der Darstellungen in FIG 2 und FIG 3 wird erkennbar, dass sich kaum Abweichungen zwischen der Istgeschwindigkeit 34 bei gespanntem Zahnriemen 14 (FIG 2) und lockerem Zahnriemen 14 (FIG 3) ergeben. Vergleicht man dagegen die Beschleunigung 36 bei gespanntem Zahnriemen 14 (FIG 2) und lockerem Zahnriemen 14 (FIG 3) ergeben sich deutliche Unterschiede die man sprachlich kurz als deutliches Rauschen auf dem Beschleunigungssignal 36 bei lockerem Zahn- riemen 14 (FIG 3) beschreiben kann.
Wenn als untersuchtes Merkmal des Ausgangssignals des Drehgebers 28 die Standardabweichung zugrunde gelegt wird und wenn eine Situation wie in FIG 2 dargestellt zur Aufnahme an- triebsbezogener Referenzdaten angesetzt wird, wobei ein Teilverlauf des dortigen Beschleunigungssignals 36 als antriebsbezogene Referenzdaten 24 erfasst wird, wird beispielsweise als antriebsbezogenes Datum die Standardabweichung des dorti-
gen Beschleunigungssignals 36 berechnet. Wenn sich im Betrieb die Spannung des Zahnriemens 14 verringert, ergibt sich zu irgendeinem Zeitpunkt z. B. eine Situation, die der in FIG 3 dargestellten Situation entspricht oder zumindest nahe kommt. Der entsprechende Teilverlauf des dortigen Beschleunigungssignals 36 wird als antriebsbezogene Daten 26 aufgenommen und dazu als Momentandatum die Standardabweichung gebildet. Die Standardabweichung des Beschleunigungssignals 36 in FIG 2 (Referenzdatum) ist jedoch deutlich geringer als die Stan- dardabweichung des Beschleunigungssignals 36 in FIG 3 (Momentandatum) . Wenn das Momentandatum sich von dem Referenzdatum um mehr als einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert unterscheidet, wird eine Aktion ausgelöst, die Bedienpersonal auf den Wartungsbedarf oder einen zu besorgenden Stillstand der jeweiligen Maschine hinweist. In diesem Zusammenhang kommt als Aktion das Auslösen einer akustischen oder optischen Warnmeldung oder dergleichen in Betracht.
Damit lässt sich die Erfindung kurz wie folgt darstellen:
Es wird ein Verfahren zur überwachung einer an einem Produk- tionsprozess beteiligten Einrichtung, insbesondere einer Verpackungsmaschine, mit mindestens einem Antrieb 10 angegeben, bei dem während des Betriebs des Antriebs 10 zumindest einma- lig antriebsbezogene Referenzdaten 24 aufgenommen werden und mindestens ein Referenzdatum in Bezug auf diese Daten 24 gespeichert wird, bei dem kontinuierlich oder zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten antriebsbezogene Daten 26 aufgenommen werden und daraus mindestens ein Momentandatum abge- leitet wird und bei dem das oder jedes Momentandatum mit dem Referenzdatum verglichen wird und bei Abweichung um mehr als einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert eine Aktion ausgelöst wird.