-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Bestimmen von Betriebsparametern einer Maschine oder eines Systems.
-
Die meisten komplexen Systeme weisen eine große Anzahl von Komponenten auf, die eine Wartung zu unterschiedlichen Zeitpunkten abhängig von ihrem jeweiligen MTBF (Akronym für „mittlere Zeit vor dem Ausfall“) erfordern können.
-
Um ein vollständiges Bild des Systems und seiner Wartung zu haben, wird die Aufzeichnung des Austausches jeder Komponente eines Systems benötigt. Eine solche Aufzeichnung weist eine Identifizierung der Austauschkomponente, wie beispielsweise eine Teilenummer oder eine Seriennummer, zusammen mit der Zeit der Inbetriebnahme auf.
-
Die Identifizierung der Austauschkomponente wird üblicherweise dank eines QR-Codes oder einer Zahl an jeder Komponente, entweder eingeätzt oder eingeprägt, erreicht.
-
Bis jetzt war es nicht möglich, den genauen Zeitpunkt der Inbetriebnahme für jede Komponente eines komplexen Systems aufzuzeichnen. Des Weiteren erfordert die Beobachtung der Wartung eine Eingabe eines Wartungsarbeiters, die anfällig für Fehler ist.
-
Daher gibt es einen Bedarf nach einer Aufzeichnungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Zeitpunkt der Inbetriebnahme für jede Komponente zusammen mit einer Historie ihrer Austausche nachzuverfolgen.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist eine Betriebsparameteraufzeichnungsvorrichtung, die zumindest einen Sensor, der an einer Komponente befestigt ist, eine zentrale Steuereinheit und einen entfernten Server aufweist, der mit der zentralen Steuereinheit verbunden ist, wobei jeder Sensor ein Messmittel, zumindest eine Energiequelle, ein Kommunikationsmittel, einen Speicher und ein Verarbeitungsmittel aufweist, wobei das Messmittel dazu ausgebildet ist, zumindest einen Betriebsparameter zu bestimmen, wobei der Speicher zumindest eine Sensorkennung aufweist, wobei das Verarbeitungsmittel dem Kommunikationsmittel befiehlt, die Sensorkennung an die zentrale Steuereinheit zu übertragen, wobei der Inbetriebnahmezeitpunkt der Komponente entweder innerhalb des Sensorverarbeitungsmittels bestimmt und an die zentrale Steuereinheit zusammen mit der Sensorkennung übertragen wird oder in einem Verarbeitungsmittel der zentralen Steuereinheit bestimmt wird, wobei die Bestimmung des Inbetriebnahmezeitpunkts auf dem zumindest einen gemessenen Betriebsparameter und zumindest einem vorbestimmten Schwellwert für den zumindest einen gemessenen Betriebsparameter basiert, wobei die zentrale Steuereinheit für jede Sensorkennung den Inbetriebnahmezeitpunkt zusammen mit der Sensorkennung in einer Datentabelle abspeichert, wobei die zentrale Steuereinheit dann die Betriebsdauer für jede Komponente als eine Funktion des aufgezeichneten Inbetriebnahmezeitpunkts für jede Sensorkennung und den Paarungsdaten bestimmt, die auf dem entfernten Server aufgezeichnet sind, die eine Sensorkennung mit einer Komponentenkennung verbinden, die die Komponente, an der der Sensor befestigt ist, identifiziert.
-
Zumindest ein gemessener Betriebsparameter kann an die zentrale Steuereinheit zusammen mit der Sensorkennung übertragen werden.
-
Ein Betriebsparameter kann aus einer Position, einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung, einem Winkel, einer Rotationsgeschwindigkeit, einer Rotationsbeschleunigung, einer Richtung der Rotation, einer Ausdehnung, einer Temperatur, einer Anwesenheit einer chemischen Komponente, einem Widerstand, einem Strom, einer Spannung oder einem magnetischem Feld gewählt werden.
-
Die Komponente kann entweder ein Teil eines Systems, ein vollständiges System oder eine Vorrichtung sein, die mehrere Systeme aufweist.
-
Die Komponentenkennung und die Sensorkennung können gelesen und als gepaart auf dem entfernten Server aufgezeichnet werden.
-
Die Komponentenkennung kann von dem Komponentengehäuse oder der Komponentenoberfläche durch optisches Lesen abgerufen werden.
-
Die Komponentenkennung kann direkt von dem Speicher des Lasergravierers abgerufen werden, der bestimmt ist oder bestimmt wurde, um die Komponentenkennung auf die Komponentenoberfläche zu ätzen.
-
Die Sensorkennung kann von dem Sensorgehäuse durch optisches Lesen abgerufen werden.
-
Die Sensorkennung kann von dem Speicher des Sensors abgerufen werden.
-
Während der Wartung der Komponente können die die Komponentenkennung einer Austauschkomponente und die Sensorkennung eines Sensors, der an der Austauschkomponente befestigt ist, als die vorherige Komponentenkennung und Sensorkennung ersetzend aufgezeichnet werden.
-
Der Sensor kann im Wesentlichen flach, wie ein Sensortag, sein.
-
Die Sensorenergiequelle kann ein omnipräsentes Energieerntemittel sein.
-
Die Komponente kann ein Lager sein.
-
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist ein Betriebsparameteraufzeichnungsverfahren zum Aufzeichnen von zumindest einem Betriebsparameter einer Komponente durch eine Betriebsparameteraufzeichnungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Bestimmen von zumindest einem Betriebsparameter,
- - Bestimmen des Inbetriebnahmezeitpunkts der Komponente basierend auf dem zumindest einen gemessenen Betriebsparameter und zumindest einem vorbestimmten Schwellwert für den zumindest einen gemessenen Betriebsparameter,
- - Abspeichern des Komponenteninbetriebnahmezeitpunkts in einer Datentabelle zusammen mit der Sensorkennung, die in dem Speicher des Sensors gespeichert ist, für jede Sensorkennung und
- - Bestimmen der Betriebsdauer für jede Komponente als eine Funktion des aufgezeichneten Inbetriebnahmezeitpunkts für jede Sensorkennung und der Paarungsdaten, die auf dem entfernten Server aufgezeichnet sind, die eine Sensorkennung mit einer Komponentenkennung verbinden, die die Komponente, an der der Sensor befestigt ist, identifiziert.
-
Eine Datenpaarung, die auf dem entfernten Server gespeichert ist, kann bestimmt werden durch:
- - Lesen sowohl der Komponentenkennung als auch der Sensorkennung während der Herstellung oder Wartung, und
- - Aufzeichnen sowohl der Komponentenkennung als auch der Sensorkennung als gepaart auf dem entfernten Server.
-
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist ein Lager, das zumindest eines der folgenden Elemente aufweist: einen Innenring, einen Außenring, zumindest eine Reihe von Wälzkörpern, zumindest einen Käfig zum Beibehalten der umfänglichen Beabstandung der Wälzkörper, wobei das Lager des Weiteren eine Betriebsparameteraufzeichnungsvorrichtung aufweist, wie sie oben beschrieben ist, und die an einem der Ringe, Wälzkörper oder Käfig(e) befestigt ist.
-
Die Betriebsparameteraufzeichnungsvorrichtung und das Betriebsparameteraufzeichnungsverfahren stellen die folgenden Vorteile bereit.
-
Es ist dank der Kennungen möglich, zu bestimmen, welche Komponenten in einem System integriert sind.
-
Es ist möglich, den Zeitpunkt der Inbetriebnahme in dem Fall von Garantievereinbarungen und Garantieansprüchen zu identifizieren und die Wartung nachzuverfolgen.
-
Es ermöglicht auch das Abrechnen basierend auf Daten, die durch die Komponente(n) in einem „leistungsbasierten“ Rahmenwerk bereitgestellt werden.
-
Die vorliegende Erfindung wird besser durch ein Studium der detaillierten Beschreibung einer Zahl von Ausführungsformen verstanden werden, die durch vollständig nicht beschränkende Beispiele betrachtet werden und durch die angehängte Zeichnung dargestellt sind, in der die einzige Figur die Hauptkomponenten einer Betriebsparameteraufzeichnungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
-
Die Figur zeigt eine Betriebsparameteraufzeichnungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung, die zumindest einen Sensor 2, eine zentrale Steuereinheit 3 und einen entfernten Server 4 aufweist.
-
Jeder Sensor 2 wird in/an einer Komponente 5 während der Herstellung der Komponente integriert.
-
Jede Komponente 5 weist eine Komponentenkennung, insbesondere eine Seriennummer oder einen QR-Code gemäß dem Stand der Technik, auf, die auf das Komponentengehäuse 5 gedruckt oder eingraviert ist.
-
Jeder Sensor 2 weist eine Sensorkennung, insbesondere eine codierte Seriennummer, auf, die in einem Speicher gespeichert ist und optional auf das Komponentengehäuse 5 entweder gedruckt oder eingraviert ist. Jeder Sensor 2 überträgt die Sensorkennung, die in einem Speicher gespeichert ist, wenn er in Reichweite einer authentifizierten Lesevorrichtung oder der zentralen Steuereinheit 3 ist.
-
Während der Herstellung der Komponente 5 werden die Komponentenkennung und die Sensorkennung gelesen und als gepaart auf einem entfernten Server 4 aufgezeichnet.
-
Ein optisches Lesen ermöglicht das Abrufen der Komponentenkennung von dem Komponentengehäuse oder einer Komponentenoberfläche. Alternativ wird die Komponentenkennung direkt von dem Speicher des Lasergravierers abgerufen, der bestimmt ist oder bestimmt wurde, um die Komponentenkennung auf das Komponentengehäuse 5 oder die Komponentenoberfläche zu ätzen.
-
In ähnlicher Weise ermöglicht ein optisches Lesen das Abrufen der Sensorkennung von dem Sensorgehäuse. Alternativ wird die Sensorkennung aus dem Speicher des Sensors 2 durch kabellose Kommunikation, insbesondere entweder RFID oder NFC, gelesen. Die Komponentenkennung und die Sensorkennung werden dann als gepaart auf einem entfernten Server 4 aufgezeichnet.
-
Während der Wartung wird eine Komponente 5 mit einer Austauschkomponente 5 getauscht. Die Komponentenkennung der Austauschkomponente 5 wird mit einem optischen Scanner gelesen. Die Sensorkennung des Sensors 2, der an der Austauschkomponente 5 befestigt ist, wird entweder mit einem optischen Scanner oder aus dem Speicher des Sensors 2 durch kabellose Kommunikation, insbesondere entweder RFID oder NFC, abgerufen.
-
Die Komponentenkennung und die Sensorkennung werden dann als gepaart auf einem entfernten Server 4 aufgezeichnet. In einer besonderen Ausführungsform werden die Komponentenkennung und die Sensorkennung auch als die vorherige Komponentenkennung und Sensorkennung ersetzend aufgezeichnet.
-
Um in der Lage zu sein, die Komponentenkennung der Austauschkomponente und die Sensorkennung, mit der sie gepaart ist, einfach abzurufen und aufzuzeichnen, kann ein Betreiber einen Handsensor verwenden. Ein Handsensor kann einen optischen Sensor zusammen mit einem Verarbeitungsmittel, einem Speicher und einem Kommunikationsmittel aufweisen, wobei das Kommunikationsmittel in der Lage ist, eine Nahbereichskommunikation mit dem Sensor 2, insbesondere entweder RFID oder NFC, und eine Kommunikation mit einem entfernten Server 4 aufzubauen.
-
Der Handsensor ermöglicht das Abrufen sowohl der Komponentenkennung als auch der Sensorkennung, das Paaren von diesen und Hochladen der resultierenden Paarungsinformationen auf den entfernten Server 4. Der Handsensor 2 reduziert das Risiko eines Betriebsfehlers, da er gleichzeitig die Sensorkennung und die Komponentenkennung aufzeichnen kann, insbesondere wenn er die Sensorkennung dank einer kabellosen Nahbereichskommunikation mit dem Sensor 2 abruft und die Komponentenkennung optisch liest.
-
Sobald die Paarungsdaten bestimmt sind, kann die Betriebsparameteraufzeichnungsvorrichtung mit dem Aufzeichnen von zumindest einem Betriebsparameter der Komponente 5 fortfahren.
-
Wie oben erwähnt ist, weist die Betriebsparameteraufzeichnungsvorrichtung gemäß der Erfindung zumindest einen Sensor 2, der an einer zu überwachenden Komponente 5 befestigt ist, eine zentrale Steuereinheit 3, die kabellos mit jedem Sensor 2 verbunden ist, und einen entfernten Server 4 auf, der mit der zentralen Steuereinheit 3 verbunden ist. Eine Komponente 5 kann ein Teil eines Systems, ein System oder eine Vorrichtung sein, die mehrere Systeme aufweist.
-
In einer besonderen Ausführungsform ist der Sensor 2 an einem Lager befestigt, wobei er entweder in einem Hohlraum an den Lagerringen oder einer Lagerfläche, in/an dem Käfig, in/an den Dichtungen oder in/an dem Wälzkörper integriert sein kann.
-
Der Sensor 2 weist ein Messmittel, zumindest eine Energiequelle, ein Kommunikationsmittel, einen Speicher und ein Verarbeitungsmittel auf. In einer besonderen Ausführungsform ist der Sensor im Wesentlichen flach, wie beispielsweise ein Sensortag, um eine Belastung zu begrenzen und ein Verändern der Arbeit der Komponente 5 oder von Systemen, an denen er befestigt ist, zu vermeiden. Wenn der Sensor 2 an einem bewegenden Teil befestigt ist, darf insbesondere der Sensor 2 die physikalischen Eigenschaften des Teils, wie Gewicht, Massenmittelpunkt, Anhaftung ..., nicht verändern, die seine Bewegung verändern könnten.
-
Das Messmittel ermöglicht das Bestimmen von zumindest einem Betriebsparameter der Komponente 5. Um den Inbetriebnahmezeitpunkt zu bestimmen, kann das Messmittel von einer Art sein, die aus einem Reedkontakt, einem Magnetflussmesser oder einem Hallsensor ausgewählt ist. Das Messmittel kann auch andere relevante Betriebsparameter der Komponente 5, wie Temperatur, Schwingung ..., messen.
-
Das Verarbeitungsmittel und die Energiequellen sind beide mit dem Messmittel und mit dem Kommunikationsmittel verbunden. Eine solche Anordnung ermöglicht, dass der Sensor 2 den Inbetriebnahmezeitpunkt bestimmt und aufzeichnet und die Information zusammen mit der Sensorkennung durch das Kommunikationsmittel an die zentrale Steuereinheit 3 überträgt.
-
Der Sensor 2 weist entweder seine eigene Energiequelle auf oder zieht Energie aus einer Energiequelle in der Vorrichtungsumgebung, vorzugsweise omnipräsente Energie (z. B. Funkwellen mit unterschiedlichen Frequenzen).
-
Die Energieversorgung des Sensors 2 kann aus Quellen wie z. B. Bluetooth, WLAN oder Mobiltelefonbasisstationen, RFID, Zigbee oder per Funkwellen über die zentrale Steuereinheit 3 emittiert werden.
-
Die Energiequelle kann entweder ein omnipräsentes Energieerntemittel (Funkwellen, RFID, Bluetooth, WLAN), eine Batterie, ein lokales Energieerntemittel (piezoelektrische, kinematische Energiequelle), eine elektromagnetische Energiequelle oder eine Kombination davon sein.
-
Ein omnipräsentes Energieerntemittel erzeugt Energie, wenn es zumindest teilweise in ein Energiefeld mit vorbestimmten Eigenschaften eingetaucht ist. Ein Beispiel eines omnipräsenten Energieerntemittels ist eine induktive Energiequelle, die Energie aus einem elektromagnetischen Feld erzeugt (d.h. Zigbee, Bluetooth, Wifi, Mobiltelefonnetzwerk ...).
-
Ein lokales Energieerntemittel erzeugt Energie durch Zerstreuen eines Bruchteils der Energie der Komponente 5, an der der Sensor befestigt ist. Es kann entweder direkt Energie zuführen, indem die Energie der Komponente oder des Systems abgegriffen wird, oder Lageenergie oder mechanische Energie der Komponente oder des Systems in elektrische Energie umwandeln (d.h. regeneratives Bremsen, Lageenergieumwandlung).
-
Das Verarbeitungsmittel weist eine integrierte Uhr auf und ist mit dem Speicher verbunden. Der Speicher speichert die Sensorkennung zusammen mit einem vordefinierten Schwellwert, der mit dem zumindest einen Betriebsparameter, der durch das Messmittel gemessen wird, verglichen werden soll, um den Inbetriebnahmezeitpunkt zu identifizieren.
-
In einer Ausführungsform ist das Verarbeitungsmittel dazu ausgebildet, einen Inbetriebnahmezeitpunkt aufzuzeichnen, der gleich dem Zeitstempel ist, der durch die integrierte Uhr angegeben ist, wenn die Messung, die von dem Messmittel empfangen wird, den vordefinierten Schwellwert überschreitet.
-
Das Verarbeitungsmittel befiehlt dem Kommunikationsmittel, periodisch zumindest den Inbetriebnahmezeitpunkt zusammen mit der Sensorkennung an die zentrale Steuereinheit 3 zu übertragen. Die anderen gemessenen Betriebsparameter können auch periodisch übertragen werden, entweder gleichzeitig mit der Übertragung des Inbetriebnahmezeitpunkts oder in ihrer eigenen Übertragung zusammen mit der Sensorkennung.
-
In einer anderen Ausführungsform befiehlt das Verarbeitungsmittel dem Kommunikationsmittel, den zumindest einen gemessenen Betriebsparameter zusammen mit der Sensorkennung periodisch an die zentrale Steuereinheit 3 zu übertragen. Die zentrale Steuereinheit 3 weist einen Speicher, ein Kommunikationsmittel und ein Verarbeitungsmittel, wie einen Prozessor oder Mikrocontroller, auf.
-
In einer Ausführungsform empfängt die zentrale Steuereinheit 3 zumindest die Sensorkennung zusammen mit dem Inbetriebnahmezeitpunkt von zumindest einem Sensor 2 und verbindet sich mit dem entfernten Server 4 um die Paarungsinformation, die jede Sensorkennung mit einer Komponentenkennung verbindet, abzurufen.
-
In einer anderen Ausführungsform empfängt die zentrale Steuereinheit 3 zumindest die Sensorkennung zusammen mit dem zumindest einen Betriebsparameter. Das Verarbeitungsmittel der zentralen Steuereinheit weist eine integrierte Uhr auf und ist dazu ausgebildet, einen Inbetriebnahmezeitpunkt aufzuzeichnen, der gleich dem Zeitstempel ist, der durch die integrierte Uhr angegeben ist, wenn die Messung, die von dem Sensor empfangen wird, einen vordefinierten Schwellwert, der in dem Speicher gespeichert ist, überschreitet.
-
In beiden Ausführungsformen zeichnet die zentrale Steuereinheit 3 für jeden Sensor 2 dann zumindest den Inbetriebnahmezeitpunkt, der durch den Sensor übertragen wird, in einer Tabelle verbunden mit der Komponentenkennung auf. Wie oben beschrieben ist, wird zumindest ein Betriebsparameter, der durch das Messmittel des Sensors 2 gemessen wird, zusammen mit der Komponentenkennung in der Tabelle oder einer getrennten Tabelle auf demselben entfernten Server 4 oder einem anderen Server aufgezeichnet.
-
In einer besonderen Ausführungsform bestimmt die zentrale Steuereinheit 3 zumindest einen Leistungswert, der von vorbestimmten Regeln und von zumindest einem der Werte, die durch zumindest einen Sensor 2 gemessen werden, abhängt. Ein Leistungswert kann ein Schlüsselleistungsindex oder KPI sein.
-
In manchen Ausführungsformen sind die Komponente und der zumindest eine Sensor Teil einer Maschine, die ein Gehäuse aufweist. Es ist bekannt, dass ein Gehäuse, und insbesondere ein metallisches Gehäuse, alle Funkwellen gemäß dem Faraday-Effekt blockiert. Dementsprechend werden solche Gehäuse allgemein Faraday-Käfige genannt. Damit Kommunikationen von dem Sensor die zentrale Steuereinheit erreichen, kann eine Antenne mit dem Sensor durch eine Bohrung in dem Gehäuse verbunden sein. Alternativ kann die Antenne als ein Repeater festgesetzt sein, der außerhalb des Gehäuses die Kommunikationen, die durch den Sensor innerhalb des Gehäuses emittiert werden, wiederholt.
-
In manchen anderen Ausführungsformen ist die zentrale Steuereinheit auch innerhalb des Gehäuses vorhanden. Die Kommunikation zwischen dem Sensor und der zentralen Steuereinheit wird durch das Gehäuse nicht beeinträchtigt. Jedoch wird die zentrale Steuereinheit in ähnlicher Weise durch das Gehäuse in ihren ausgehenden Kommunikationen beeinträchtigt. Wiederum erlaubt eine Bohrung in dem Gehäuse das Einpassen einer physikalischen Verbindung oder einer Antenne für ausgehende Kommunikationen.
-
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Komponente 5, die mit einem Sensor 2 eingepasst ist, entweder ein Teil eines Systems, ein vollständiges System oder eine Vorrichtung sein, die mehrere Systeme aufweist.
-
Als eine Konsequenz kann die zentrale Steuereinheit 3, die auf den entfernten Server 4 zugreift, explizit eins-zu-eins die identifizierten individuellen Komponenten Aufzeichnungen von Sensormessungen zuordnen, insbesondere Betriebsstunden, Betriebstemperaturen oder anderen betriebsrelevanten Zustandsüberwachungs-KPIs.
-
Eine Produktkennung für einen Teil eines Systems, ein vollständiges System oder eine Vorrichtung, die mehrere Systeme aufweist, ist basierend auf der Kombination von zumindest zwei Komponentenkennungen, zusammenpassenden Sensorkennungen und zugeordneten Aufzeichnungen von Messungen definiert. Die Produktkennung zusammen mit dem Inbetriebnahmezeitpunkt oder der Betriebsdauer, die durch die Sensoren aufgezeichnet sind, ist ein technisches Element, das leistungsbasierte Businessmodelle ermöglicht.
-
In anderen Worten ermöglicht es technisch das Abrechnen basierend auf Aufzeichnungen von tatsächlichen Betriebsstunden für eine Komponente 5 oder das Abrechnen für ein Produkt, das mehrere Komponenten aufweist, deren Betriebsstunden durch Sensoren aufgezeichnet sind. Es ermöglicht auch das Identifizieren des Zeitpunkts der Inbetriebnahme, welche unter anderem auch wichtig für Garantievereinbarungen und Garantieansprüche ist.
-
Zusätzlich ist es durch Verbinden von unterschiedlichen Komponenten möglich, eine Wartung eines Systems und/oder von seinen Teilen zu dokumentieren.
-
In einer besonderen Ausführungsform stellt die zentrale Steuereinheit 3 ein omnipräsentes Energiefeld zur Energieversorgung jedes Sensors 2 durch dessen omnipräsentes Energieerntemittel bereit.