DE19882804B4

DE19882804B4 - Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor und eine Maschine mit eienr Wärmequelle

Info

Publication number: DE19882804B4
Application number: DE19882804T
Authority: DE
Inventors: Taku Kawasaki Murakami; Ichio Kawasaki Ichikawa; Haruo Kawasaki Hashimoto; Koji Kawasaki Iijima; Fumihide Oyama Sato; Hiroshi Oyama Ohkawa
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: DE19882804T1; WO1999026050A1; JPH11211622A; US6542853B1; JP3681033B2; AU1054299A

Abstract

Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor, mit:
– Detektiereinrichtungen (2, 3) zum Erfassen von vorbestimmten, Last anzeigenden Betriebsparametern des Motors;
– einer Einrichtung (4) zum Auswählen von mindestens einem Betriebsparameter, der eine auf den Motor wirkende Last anzeigt, und zum Unterteilen des mindestens einen Betriebsparameterwertes in mehrere Level sowie zum Einstellen einer mindestens eindimensionalen Lastabbildung, die die Verteilung der Größe der auf den Motor wirkenden Last anzeigt;
– einer Zeitintegrationseinrichtung (7,8), die die zu einem Level der Lastabbildung gehörenden Betriebsparameter bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit detektiert;
– einr Wichtungseinstelleinrichtung (5), die eine Wichtung gemäß der Größe der Last für jeden Level der Lastabbildung vornimmt;
– einer Berechnungseinrichtung (9) zum Ermitteln eines Istwertes für den Schadensumfang des Motors bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit anhand der für jeden Level der Lastabbildung gewichteten Integrationszeit;
– einer Einrichtung (6) zum Erstellen einer Durchschnittslebensdauerkurve (L2) als Zusammenhang zwischen der...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor, die Daten bezüglich Betriebsparametern, z. B. Drehzahl, sammelt, wobei sich die Werte ändern, wenn ein Motor einer Baumaschine oder einer anderen Maschine in Betrieb ist, und die die Lebensdauer des Motors anhand der Daten bezüglich der Betriebsparameter schätzt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor, die Daten bezüglich Betriebsparametern, z. B. der Motordrehzahl, sammelt, wobei sich die Werte ändern, wenn eine Maschine mit einer Wärmequelle, z. B. einem Motor, in Betrieb ist, und die die Lebensdauer des Motors der Maschine anhand der Daten bezüglich der Betriebsparameter schätzt.
HINTERGRUND
Es ist außerordentlich wichtig, den Zeitpunkt für die Überholung bei Inspektionen und Wartungen von Baumaschinen genau zu schätzen.
Wenn der Zeitpunkt der Überholung genau geschätzt wird, können ernsthafte Schäden, z. B. größere Motorschäden, durch Wartung zum richtigen Zeitpunkt verhindert werden. Ferner ermöglicht eine genaue Schätzung des Zeitpunkts der Überholung eine Wartungsplanung. Mit anderen Worten, es handelt sich bei den Vorteilen um die Ermöglichung einer genauen Produktionsplanung, einschließlich Fahrzeugeinsatzplanung, die Ermöglichung der Vorbereitung von für die Überholung benötigten Teilen zum erforderlichen Zeitpunkt und die Erleichterung des Managements hinsichtlich des Einsatzes von Mechanikern.
Bei Baumaschinen sind die Betriebsbedingungen für den Motor jedoch je nach Umgebung und Betrieb der vom Motor betriebenen Maschine starken Schwankungen unterworfen, und die für die Überholung erforderliche Zeit differiert in starkem Maße, selbst wenn dasselbe Motormodell und derselbe Motortyp eingesetzt wird. Eine einfache Bestimmung des Zeitpunkts der Überholung für einen Motor ist nicht möglich.
Es ist daher erforderlich, den Zeitpunkt für die Überholung genau zu schätzen, d. h. die Lebensdauer des Motors für eine einzelne Baumaschine und einen einzelnen Motor.
Die Lebensdauer eines Motors wird durch den Ist-Schadensumfang des Motors bestimmt, d. h. durch auf den Motor wirkende akkumulierte Last.
Eine zahlenmäßige Darstellung des Schadensumfangs des Motors ist jedoch schwierig, daher muss der Versuch unternommen werden, eine indirekte zahlenmäßige Darstellung des Schadensumfangs des Motors anhand des Betriebszustands des Motors bei den jeweiligen Gelegenheiten zu erstellen.
Mit anderen Worten, es wird auf herkömmliche Weise der Betriebszustand des Motors periodisch von einer Wartungseinrichtung registriert, und der Zeitpunkt für die Überholung wird durch Vergleichen des registrierten Werts mit dem voreingestellten Schwellenwert bestimmt. So wird z. B. der Istwert gemessen, der Messwert wird gemäß den Anweisungen im Werkstatthandbuch mit dem Schwellenwert verglichen und der Zeitpunkt für die Überholung wird beurteilt, wenn der Messwert den Schwellenwert übersteigt. Es wird auch auf den Motorklang gehört, und der Zeitpunkt für die Überholung wird danach beurteilt, ob ein anomaler Klang zu vernehmen ist.
Solche jeweils festgestellten Betriebszustände des Motors zeigen jedoch nicht genau den Schadensumfang des Motors an, und eine Beurteilung darüber, ob eine Überholung erforderlich ist, hängt in hohem Maße von den Fähigkeiten und der Erfahrung des Mechanikers ab. Daher ist die Schätzung des Zeitpunkts der Überholung nicht immer genau.
Ein weiterer Versuch ist das Sammeln nicht nur von Daten bezüglich der Betriebszustände des Motors zu den jeweiligen Gelegenheiten, sondern auch das Sammeln von Motordaten (z. B. PS-Leistung des Motors) über einen langen Zeitraum, wobei der Zeitpunkt für die Überholung anhand über die Zeit aufgetretener Veränderungen bestimmt wird.
Es ist jedoch schwierig, den Ist-Schadensumfang des Motors zur Bestimmung der Lebensdauer des Motors zahlenmäßig darzustellen. Mit anderen Worten, wenn der Motor ständig mit einer vorbestimmten Last arbeitet (der Motor z. B. immer an einem Nennpunkt arbeitet), kann der Schadensumfang relativ leicht geschätzt werden, vorausgesetzt, dass der Schadensumfang proportional zur Zeit ansteigt, wenn jedoch die Motorlast im Laufe der Zeit schwankt, ist eine zahlenmäßige Darstellung des Schadensumfangs schwierig. Infolgedessen basierte die Bestimmung des Zeitpunkts für die Überholung auf den Fähigkeiten und der Erfahrung des Mechanikers.
Somit war ein herkömmliches Verfahren zum Schätzen des Zeitpunkts für die Überholung, bei dem die Beurteilung nicht auf einer zahlenmäßigen Darstellung der tatsächlich eingetretenen Schäden basiert, sondern von den Fähigkeiten des Mechanikers abhängt, nicht sehr genau.
Daher war es immer möglich, dass eine ordnungsgemäße Überholung nicht zum erforderlichen Zeitpunkt durchgeführt werden konnte und ein ernsthafter Schaden, z. B. ein größerer Motorschaden, auftrat.
Angesichts des oben Gesagten ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Schadensumfang des Motors zahlenmäßig genau darzustellen, so dass die Lebensdauer des Motors ohne Eingreifen eines Fachmannes automatisch und genau geschätzt werden kann.
Die Lebensdauer des Motors wird nicht nur anhand der oben genannten Lastakkumulation bestimmt, sondern auch anhand der Zeit, in der der Motor Wärme ausgesetzt ist.
In diesem Fall gibt es zwei Arten von Motorschäden, nämlich einmal reduzierte Festigkeit, die eintritt, wenn der Motor hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Dies nennt man "Hochtemperaturermüdung". Die andere Schadensart ist eine Beschädigung durch wiederholtes Ansteigen und Abfallen der Temperatur. Dies nennt man "thermische Ermüdung".
Eine zahlenmäßige Darstellung eines solchen Schadensumfangs des Motors aufgrund von Wärme war wie die oben genannte zahlenmäßige Darstellung des Schadensumfangs des Motors aufgrund von Lastakkumulation schwer zu erstellen.
Angesichts des oben Gesagten ist es ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Schadensumfang einer Maschine mit einer Wärmequelle, wie einem Motor (z. B. eine Kraftübertragungseinrichtung, die von der Wärme des Motors selbst oder von der vom Motor erzeugten Wärme beeinflusst wird) zahlenmäßig darzustellen, so dass die Lebensdauer der Maschine mit einer Wärmequelle ohne Eingreifen eines Fachmannes automatisch und genau geschätzt werden kann.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Lebensdauerschätzvorrichtung wird jeweils definiert durch die Merkmale der Ansprüche 1, 5, 7, 12, 15 und 16.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sammelt die Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor Daten bezüglich Betriebsparameter, wobei sich die Werte ändern, wenn der Motor in Betrieb ist, und die die Lebensdauer des Motors anhand der Daten bezüglich der Betriebsparameter schätzt, wobei die Lebensdauerschätzeinrichtung aufweist:
eine Lastabbildungs-Einstelleinrichtung (4) zum Auswählen eines Betriebsparameters oder zweier oder mehrerer Betriebsparameter, die eine auf den Motor wirkende Last anzeigen, und zum Unterteilen des Wertes des einen Betriebsparameters oder von Wertekombinationen der zwei oder mehreren Betriebsparameter in mehrere Level zum Einstellen einer eindimensionalen oder zwei- oder mehrdimensionalen Lastabbildung zwecks Anzeige der Verteilung der Größe der auf den Motor wirkenden Last;
eine Betriebsparameter-Detektiereinrichtung (2, 3) zum Detektieren der Betriebsparameterwerte;
eine Zeitintegrationseinrichtung (7, 8) zum Integrieren einer Zeit, bei der zu dem jeweiligen Level gehörige Betriebsparameterwerte für jeden Level der Lastabbildung durch Detektieren der Betriebsparameter durch die Betriebsparameter-Detektiereinrichtung bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit detektiert werden;
eine Wichtungseinstelleinrichtung (5) zum Einstellen einer Wichtung gemäß der Last des jeweiligen Levels für jeden Level der Lastabbildung;
eine Schadensumfangs-Berechnungseinrichtung (9) zum Bestimmen der gewichteten Integrationszeit für jeden Level der Lastabbildung durch Wichten der von der Zeitintegrationseinrichung gemäß der von der Wichtungseinstelleinrichtung eingestellten Wichtung, für die intergrierte Integrationszeit, und zum Berechnen des Ist-Schadensumfangs des Motors bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit anhand der für jeden Level der Lastabbildung gewichteten Integrationszeit;
eine Korrespondenzbeziehungs-Einstelleinrichtung (6) zum Voreinstellen einer Korrespondenzbeziehung zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Lebensdauer durch Vorbetrieb des Motors; und
eine Lebensdauerschätzeinrichtung (10) zum Bestimmen der Lebensdauer entsprechend dem von der Schadensumfangs-Berechnungseinrichtung anhand der von der Korrespondenzbeziehungs-Einstelleinrichtung voreingestellten Korrespondenzbeziehung berechneten Ist-Schadensumfang, und zum Ausgeben der bestimmten Lebensdauer als die geschätzte Lebensdauer des Motors.
Gemäß der Konfiguration dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung werden die Motordrehzahl Ne und die Zahnstangenposition des Reglers (Kraftstoffverbrauch) V als die die auf den Motor wirkende Last anzeigenden Betriebsparameter gewählt, wie in 3 dargestellt, und werden die Kombinationen aus den Betriebsparameterwerten Ne und V in mehrere Level B1, B2 ... B16 unterteilt. Auf diese Weise wird die zweidimensionale Lastabbildung B, die die Verteilung der auf den Motor wirkenden Last anzeigt, eingestellt.
Diese Betriebsparameterwerte Ne und V werden detektiert.
Gemäß 4 werden diese Betriebsparameter Ne und V bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ detektiert, und die Zeit αi, zu der die Werte der zu dem jeweiligen Level Bi (i = 1-16) gehörenden Betriebsparameter detektiert werden, wird für jeden Level B1, B2 ... B16 der Lastabbildung B integriert.
5 zeigt ferner, dass eine Wichtung ki der Last auf dem jeweiligen Level Bi für jeden Level B1, B2 ... B16 der Lastabbildung B eingestellt wird.
Durch Durchführen der Wichtung αi·ki gemäß der oben genannten voreingestellten Wichtung ki für die oben genannte integrierte Integrationszeit αi wird die gewichtete Integrationszeit αi·ki für jeden Level B1, B2 ... B16 der Lastabbildung B bestimmt und der bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit aufgetretene Ist-Schadensumfang σ = Σαi·ki des Motors anhand der gewichteten Integrationszeit αi·ki für jeden Level Bi der Lastabbildung B berechnet.
Gemäß 6 wird die Korrespondenzbeziehung 12 zwischen der Größe des Schadensumfangs σ und der Lebensdauer H durch Vorbetrieb des Motors voreingestellt.
Daher wird die Lebensdauer H1 entsprechend des oben berechneten Schadensumfang σ1 anhand der oben genannten voreingestellten Korrespondenzbeziehung 12 bestimmt und die bestimmte Lebensdauer H1 als geschätzte Lebensdauer des Motors ausgegeben.
Auf diese Weise wird der Schadensumfang σ1 des Motors zahlenmäßig genau dargestellt und kann die Lebensdauer H1 des Motors ohne Eingreifen eines Fachmannes automatisch und genau geschätzt werden.
Die beiden die auf den Motor wirkende Last anzeigenden Betriebsparameter können die Motordrehzahl Ne und das Drehmoment oder die PS-Leistung des Motors sein. Die zweidimensionale Lastabbildung der Motordrehzahl Ne und des Drehmoments oder der PS-Leistung des Motors wird eingestellt.
Die Werte der Betriebsparameter Ne und V können in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektiert werden, wie in 7 dargestellt. Durch Zählen der Anzahl von Malen ni, die die zu dem jeweiligen Level Bi gehörenden Betriebsparameterwerte Ne und V für jeden Level B1, B2 ... B16 der Lastabbildung B bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ (Gesamtzahl von Malen, die eine Detektierung erfolgt: N) detektiert werden, wird die Zeit, zu der die zum Level Bi gehörenden Betriebsparameterwerte Ne und V detektiert werden, d. h. αi = (ni/N)·100, für jeden Level B, B1, B2 ... B16 der Lastabbildung B integriert, wie in 3 dargestellt.
Die Integrationszeit αi kann jedes Mal zurückgesetzt werden, wenn die vorbestimmte Zeit τ abgelaufen ist, so dass die Lebensdauer des Motors jedes Mal, wenn die vorbestimmte Zeit τ abgelaufen ist, neu geschätzt wird.
Abrieb von sich bewegenden Teile des Motors wird durch die steigende Motorlaständerung und die steigende Motordrehzahländerung verstärkt.
Daher variiert der Ist-Schadensumfang des Motors mit dem Schwankungsumfang der Motorlast und dem Schwankungsumfang der Motordrehzahl.
Der unterschiedliche Schwankungsumfang der Motorlast und der Schwankungsumfang der Motordrehzahl können die Lebensdauer des Motors im Allgemeinen und die der Motorteile in großem Maße beeinflussen.
Daher kann die Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor die Daten bezüglich Betriebsparameter sammeln, wobei sich die Werte ändern, wenn der Motor in Betrieb ist, und die die Lebensdauer des Motors anhand der Daten bezüglich der Betriebsparameter schätzt, wobei die Lebensdauerschätzvorrichtung aufweist:
eine Betriebsparameter-Detektiereinrichtung (2, 3) zum Auswählen eines Betriebsparameters oder zweier oder mehrerer Betriebsparameter, die die auf den Motor wirkende Last oder die Motordrehzahl anzeigen, und zum Detektierten von Werten der ausgewählten Betriebsparameter in jeden vorbestimmten Intervall;
eine Schwankungsumfangs-Berechnungseinrichtung (28) zum Berechnen des Schwankungsumfangs der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anhand der Werte der von der Betriebsparameter-Detektiereinrichtung in jedem vorbestimmten Intervall detektierten Betriebsparameter;
eine Schwankungsumfangs-Abbildungseinstelleinrichtung (25) zum Einstellen einer Schwankungsumfangsabbildung, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anzeigt;
eine Frequenzmesseinrichtung (29, 30) zum Messen der Frequenz der Berechnung der jeweiligen Größe des Schwankungsumfangs bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung;
eine Wichtungseinstelleinrichtung (26) zum Einstellen der Wichtung für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung;
eine Schadensumfangs-Berechnungseinrichtung (34) zum Bestimmen der gewichteten Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung durch Gewichten der von der Frequenzmesseinrichtung gemessenen Frequenz gemäß dem von der Gewichtseinstelleinrichtung eingestellten Gewicht, und zum Berechnen des Ist-Schadensumfangs des Motors bis zum Ablauf einer voreingestellten Zeit anhand der gewichteten Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung;
eine Korrespondenzbeziehungs-Einstelleinrichtung (26) zum Voreinstellen der Korrespondenzbeziehung zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Lebensdauer durch Vorbetrieb des Motors; und
eine Lebensdauerschätzeinrichtung (31) zum Bestimmen der Lebensdauer entsprechend dem von der Schadensumfangs-Berech-nungseinrichtung anhand der von der Korrespondenzbeziehungs-Einstelleinrichtung voreingestellten Korrespondenzbeziehung berechneten Ist-Schadensumfang, und zum Ausgeben der bestimmten Lebensdauer als geschätzte Lebensdauer des Motors.
Gemäß dieser Konfiguration der vorliegenden Erfindung werden die Motordrehzahl Ne und die Zahnstangenposition des Reglers (Kraftstoffverbrauch) V als die die auf den Motor wirkende Last und die Motordrehzahl anzeigenden Betriebsparameter gewählt, und diese Betriebsparameterwerte Ne und V werden in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektiert, wie in 7 dargestellt.
Gemäß 10 wird der Schwankungsumfang des Betriebsparameters Ne pro Zeiteinheit anhand der Werte der sequentiell detektierten Betriebsparameter berechnet.
Die Schwankungsumfangsabbildung HS, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs ΔNej der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anzeigt, wird eingestellt.
Dann wird gemäß 13 die Frequenz αj zum Berechnen des Schwankungsumfangs der jeweiligen Größe ΔNej (j = 1-4) bis zum Ablauf der voreingestellten Zeit τ für jede Größe des Schwankungsumfangs ΔNej, d. h. ΔNe1, ΔNe2, ΔNe3, ΔN4 der Schwankungsumfangsabbildung HS gemessen.
Andererseits werden gemäß 21 die Gewichte k1, k2, k3 und k4 für jede Größe des Schwankungsumfangs ΔNej, d. h. ΔNe1, ΔNe2, ΔNe3 und ΔNe4 der Schwankungsumfangsabbildung HS eingestellt.
Die oben genannte Messfrequenz αj wird gemäß dem oben eingestellten Gewicht kj gewichtet, so dass die gewichtete Frequenz kj·αj für jede Größe des Schwankungsumfangs ΔNej der Schwankungsumfangsabbildung HS bestimmt wird, und der Ist-Schadensumfang γf = Σkj·αj des Motors wird bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ anhand der gewichteten Frequenz kj·αj jeder Größe des Schwankungsumfangs ΔNej der zweiten Abbildung HS berechnet.
Andererseits wird die Korrespondenzbeziehung zwischen der Größe des Schadensumfangs γt = Σkj·βj und der Lebensdauer Lt durch Vorbetrieb des Motors voreingestellt.
Dann wird die Lebensdauer Lf entsprechend dem oben berechneten Ist-Schadensumfang γf anhand der oben genannten voreingestellten Korrespondenzbeziehung zwischen γt und Lt (Lf = (γt/γf)·Lt) bestimmt und die bestimmte Lebensdauer Lf als die geschätzte Lebensdauer des Motors ausgegeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sammelt die Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor die Daten bezüglich Betriebsparameter, wobei sich die Werte ändern, wenn der Motor in Betrieb ist, und die die Lebensdauer des Motors anhand der Daten bezüglich der Betriebsparameter schätzt, wobei die Lebensdauerschätzvorrichtung aufweist:
eine erste Abbildungseinstelleinrichtung (24) zum Einstellen eines Betriebsparameters oder zweier oder mehrerer Betriebsparameter, die die auf den Motor wirkende Last und die Motordrehzahl anzeigen, und zum Einstellen einer eindimensionalen oder zwei- oder mehrdimensionalen ersten Abbildung, die die Verteilung der Größe der auf den Motor wirkenden Last oder der Größe der Drehzahl durch Aufteilen eines Werts
eines Betriebsparameters oder von Wertekombinationen aus zwei oder mehreren Betriebsparametern in mehrere Level anzeigen;
eine Betriebsparameter-Detektiereinrichtung (2, 3) zum Detektieren der Betriebsparameterwerte in jedem vorbestimmten Intervall;
eine Beurteilungseinrichtung (27), zum Beurteilen desjenigen Levels der ersten Abbildung in dem vorbestimmten Intervall, zu dem die von der Betriebsparameter-Detektiereinrichtung in jedem vorbestimmten Intervall detektierten Betriebsparameterwerte gehören;
eine Schwankungsumfang-Berechnungseinrichtung (28) zum Berechnen der Schwankungsbreite zwischen pro Zeiteinheit schwankenden Leveln anhand des von der Beurteilungseinrichtung sequentiell beurteilten Levels als Schwankungsumfang der Betriebsparameter pro Zeiteinheit;
eine zweite Abbildungseinstelleinrichtung (25) zum Einstellen einer zweiten Abbildung, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anzeigt;
eine Frequenzmesseinrichtung (29, 30) zum Messen einer Frequenz zum Berechnen der jeweiligen Größe des Schwankungsumfangs bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jede Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung;
eine Wichtungseinstelleinrichtung (26) zum Einstellen einer Wichtung für jede Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung;
eine Schadensumfangs-Berechnungseinrichtung (34) zum Bestimmen der gewichteten Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung durch Gewichten der von der Frequenzmesseinrichtung gemäß der von de Wichtungseinstelleinrichtung eingestellten Wichtung für die gemessene Frequenz, und zum Berechnen des Ist-Schadensumfangs des Motors bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit anhand der gewichteten Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung;
eine Korrespondenzbeziehungs-Einstelleinrichtung (26) zum Voreinstellen einer Korrespondenzbeziehung zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Lebensdauer durch Vorbetrieb des Motors; und
eine Lebensdauerschätzeinrichtung (31) zum Bestimmen der Lebensdauer entsprechend dem von der Schadensumfangs-Berechnungseinrichtung anhand der von der Korrespondenzbeziehungs-Einstelleinrichtung voreingestellten Korrespondenzbeziehung berechneten Ist-Scha-densumfang, und zum Ausgeben der bestimmten Lebensdauer als die geschätzte Lebensdauer des Motors.
Gemäß dieser Konfiguration der vorliegenden Erfindung werden die Motordrehzahl Ne und die Zahnstangenposition des Reglers (Kraftstoffverbrauch) V als die die auf den Motor wirkende Last und die Motordrehzahl anzeigenden Betriebsparameter gewählt, und werden die Kombinationen aus den Betriebsparameterwerten Ne und V in mehrere Level B1, B2 ... B16 unterteilt, wie in 10 dargestellt. Auf diese Weise wird die zweidimensionale erste Abbildung B, die die Verteilung der auf den Motor wirkenden Last und die Motordrehzahl anzeigt, eingestellt.
Gemäß 7 werden diese Betriebsparameterwerte Ne und V in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektiert.
Dann wird derjenige Level Bi (i = 1-16) der ersten Abbildung B, zu dem die in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektierten Betriebesparameterwerte Ne und V gehören, in jedem vorbestimmen Intervall Δt beurteilt.
Gemäß 10 wird anhand der sequentiell beurteilten Level B7 und B8 die Schwankungsbreite ΔNe1 zwischen beiden pro Zeiteinheit schwankenden Leveln B7 und B8 als der Schwankungsumfang ΔNe des Betriebsparameters Ne pro Zeiteinheit berechnet.
Gemäß 11 wird die zweite, die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs ΔNej des Betriebsparameters pro Zeiteinheit anzeigende Abbildung HS eingestellt.
Gemäß 13 wird die Frequenz αi der Berechnung des Schwankungsumfangs der jeweiligen Größe ΔNej (j = 1-4) bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ für jede Größe des Schwankungsumfangs ΔNej, d. h. ΔNe1, ΔNe2, ΔNe3 und ΔNe4 der zweiten Abbildung HS gemessen.
Andererseits zeigt 21 die Einstellung der Wichtungen K1, K2, K3 und K4 für jede Größe des Schwankungsumfangs ΔNej, d. h. ΔNe1, ΔNe2, ΔNe3 und ΔNe4 der zweiten Abbildung HS.
Die oben genannte Messfrequenz αj wird gemäß der oben eingestellten Wichtung kj gewichtet, so dass die gewichtete Frequenz kj·αj für jede Größe des Schwankungsumfangs ΔNej der zweiten Abbildung HS bestimmt und der Ist-Schadensumfang γf = Σkj·αj des Motors bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ anhand der gewichteten Frequenz kj·αj für jede Größe des Schwankungsumfangs ΔNej der zweiten Abbildung HS berechnet wird.
Andererseits wird die Korrespondenzbeziehung zwischen der Größe des Schadensumfangs γt = Σkl·βj und der Lebensdauer Lt durch Vorbetrieb des Motors voreingestellt.
Dann wird die Lebensdauer Lf entsprechend dem oben berechneten Ist-Schadensumfang γf anhand der oben genannten voreingestellten Korrespondenzbeziehung zwischen γt und Lt (Lf = (γt/γf)·Lt) bestimmt und die bestimmte Lebensdauer Lf als die geschätzte Lebensdauer des Motors ausgegeben.
Bei den gewählten Betriebsparametern kann es sich um die Motordrehzahl Ne oder das Drehmoment T oder die PS-Leistung des Motors handeln.
Die erste Abbildung B kann eine zweidimensionale Abbildung der Motordrehzahl Ne und des Motordrehmoments T oder der PS-Leistung des Motors sein und die zweite Abbildung HS kann eine eindimensionale Abbildung des Schwankungsumfangs der Motordrehzahl Ne oder eine eindimensionale Abbildung des Schwankungsumfangs des Motordrehmoments T oder der PS-Leistung des Motors sein.
Ein spezifizierter Detektierbereich (B15, B16) kann je nach Motorteiletyp vom Ziel-Detektierbereich für die Betriebsparameterwerte Ne und V, die in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektiert werden, wie in 14 dargestellt, ausgenommen sein und die Lebensdauer für jeden Motorteiletyp geschätzt werden.
Ferner können die spezifizierten Level B15 und B16 je nach Motorteiletyp von den Beurteilungszielen ausgenommen sein, wobei die in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektierten Betriebsparameterwerte Ne und V zu dem Level Bi (i = 1-16) der ersten Abbildung B gehören und die Lebensdauer für jeden Motorteiletyp geschätzt wird.
Der Wert der Wichtung kj kann sich je nach Motorteiletyp ändern und die Lebensdauer für jeden Motorteiletyp geschätzt werden.
Die Frequenz αj kann jedes Mal nach Ablauf der vorbestimmten Zeit τ zurückgesetzt werden, so dass die Lebensdauer des Motors jedes Mal nach Ablauf der vorbestimmten Zeit τ neu geschätzt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sammelt die Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor die Daten bezüglich der Betriebsparameter, wobei sich die Werte ändern, wenn der Motor in Betrieb ist, und die die Lebensdauer des Motors anhand der Daten bezüg lich der Betriebsparameter schätzt, wobei die Lebensdauerschätzvorrichtung aufweist:
eine erste Abbildungseinstelleinrichtung (24) zum Auswählen zweier oder mehrerer Betriebsparameter, die die auf den Motor wirkende Last und die Motordrehzahl anzeigen, und zum Einstellen einer ersten zwei- oder mehrdimensionalen Abbildung, die die Verteilung der Größe der auf den Motor wirkenden Last und der Größe der Drehzahl durch Aufteilen von Wertekombinationen der zwei oder mehreren Betriebparameter in mehrere Level anzeigen;
eine Betriebsparameter-Detektiereinrichtung (2, 3) zum Detektieren der Betriebsparameterwerte in jedem vorbestimmten Intervall;
eine Beurteilungseinrichtung (27), zum Beurteilen desjenigen Levels der ersten Abbildung in dem vorbestimmten Intervall, zu dem die von der Betriebsparameter-Detektiereinrichtung in jedem vorbestimmten Intervall detektierten Betriebsparameterwerte gehören;
eine Schwankungsort-Berechnungseinrichtung (33) zum Berechnen eines Schwankungsorts zwischen beiden pro Zeiteinheit schwankenden Leveln anhand des von der Beurteilungseinrichtung sequentiell beurteilten Levels;
eine zweite Abbildungseinstelleinrichtung (25) zum Einstellen einer zweiten Abbildung, die die Verteilung von Schwankungsorttypen zwischen beiden Leveln pro Zeiteinheit anzeigt;
eine Frequenzmesseinrichtung (29, 30) zum Messen einer Frequenz der Berechnung des jeweiligen Schwankungsorttyps bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jeden Schwankungsorttyp der zweiten Abbildung;
eine Wichtungseinstelleinrichtung (26) zum Einstellen einer Wichtung für jeden Schwankungsorttyp der zweiten Abbildung;
eine Schadensumfangs-Berechnungseinrichtung (34) zum Bestimmen der gewichteten Frequenz für jeden Schwankungsorttyp der zweiten Abbildung durch Wichten der von der Frequenzmesseinrichtung gemäß der von der Wichtungseinstelleinrichtung eingestellten Wichtung für die gemessene Frequenz, und zum Berechnen des Ist-Schadensumfangs des Motors bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit anhand der gewichteten Frequenz für jeden Schwankungsorttyp der zweiten Abbildung;
eine Korrespondenzbeziehungs-Einstelleinrichtung (26) zum Voreinstellen der Korrespondenzbeziehung zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Lebensdauer durch Vorbetrieb des Motors; und
eine Lebensdauerschätzeinrichtung (31) zum Bestimmen der Lebensdauer entsprechend dem von der Schadensumfangs-Berechnungsein-richtung anhand der von der Korrespondenzbeziehungseinrichtung voreingestellten Korrespondenzbeziehung berechneten Ist-Schadensum-fang, und zum Ausgeben der bestimmten Lebensdauer als die geschätzte Lebensdauer des Motors.
Gemäß der Konfiguration dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung werden die Motordrehzahl Ne und die Zahnstangenposition des Reglers (Kraftstoffverbrauch) V als die die auf den Motor wirkende Last und die Motordrehzahl anzeigenden Betriebsparameter gewählt, wie in
17 dargestellt, und werden die Kombinationen aus diesen Betriebsparameterwerten Ne und V in mehrere Level B1, B2, B3 und B4 unterteilt. Auf diese Weise wird die zweidimensionale erste Abbildung B, die die Verteilung der auf den Motor wirkenden Last und die Motordrehzahl anzeigt, eingestellt.
Gemäß 7 werden diese Betriebsparameterwerte Ne und V in jedem vorbestimmen Intervall Δt detektiert.
Dann wird derjenige Level Bi (i = 1-4) der ersten Abbildung B, zu dem die in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektierten Betriebsparameterwerte Ne und V gehören, in jedem vorbestimmten Intervall Δt beurteilt.
Gemäß 17 wird anhand der sequentiell beurteilten Level B3 und B1 der Schwankungsort zwischen den pro Zeiteinheit schwankenden Leveln B3 → B1 (geometrischer Ort H) berechnet.
Gemäß 18 wird dann die zweite Abbildung HS, die die Verteilung der Schwankungsorttypen Mj (M1 (B1 → B2), M2 (B1 → B3 ...) zwischen den Leveln pro Zeiteinheit anzeigt, eingestellt.
Die Frequenz αj der Berechnung des Schwankungsorts Mj (j = 1-12) des jeweiligen Typs wird bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ für jeden Schwankungsorttyp gemessen, d. h. M1 (B1 → B2), M2 (B1 → B3)...
Andererseits wird gemäß 21 eine Wichtung kj für jeden Schwankungsorttyp Mj der zweiten Abbildung HS eingestellt.
Die oben genannte Messfrequenz αj wird gemäß der oben eingestellten Wichtung kj gewichtet, so dass die gewichtete Frequenz kj·αj für jeden Schwankungsorttyp Mj der zweiten Abbildung HS bestimmt und der Ist-Schadensumfang γf = Σkj·αj des Motors bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ anhand der gewichteten Frequenz kj·αj für jeden Schwankungsorttyp Mj der zweiten Abbildung HS berechnet wird.
Andererseits wird die Korrespondenzbeziehung zwischen der Größe des Schadensumfangs γt = Σkj·βj und der Lebensdauer Lt durch Vorbetrieb des Motors eingestellt.
Dann wird die Lebensdauer Lf entsprechend dem oben berechneten Ist-Schadensumfang γf anhand der oben genannten voreingestellten Korrespondenzbeziehung zwischen γt und Lt (Lf = (γt/γf)·Lt) bestimmt und die bestimmte Lebensdauer Lf als die geschätzte Lebensdauer des Motors ausgegeben.
Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Lebensdauer der Maschine durch Bestimmen des durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufenen Schadensumfangs auf die gleiche Weise wie beim oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschätzt.
Die Lebensdauer der Maschine kann auch durch Bestimmen des durch thermische Ermüdung hervorgerufenen Schadensumfangs auf die gleiche Weise wie beim oben genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung geschätzt werden.
FIGURENKURZBESCHREIBUNG
1 zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtungskonfiguration einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor;
2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens für die Ausführungsform aus 1;
3 zeigt eine Darstellung der Korrespondenz zwischen Detektierfrequenz und jedem Gebiet einer Lastabbildung;
4 zeigt ein Diagramm der Korrespondenz zwischen der in umgewandelten Detektierfrequenz und jedem Gebiet der Lastabbildung;
5 zeigt ein Diagramm der Korrespondenz zwischen der Wichtung und jedem Gebiet der Lastabbildung;
6 zeigt ein Diagramm der Korrespondenzbeziehung zwischen einem durchschnittlichen Lastfaktor und der Lebensdauer des Motors;
7 zeigt ein Diagramm der Änderung der Motordrehzahl in einer zeitlichen Abfolge;
8(a) und 8(b) zeigen Blockschaltbilder der Vorrichtungskonfiguration der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lebensdauerschätzvorrichtungen für einen Motor;
9 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens für die Ausführungsform aus 8(a) und 8(b);
10 zeigt ein Diagramm der ersten für die Vorrichtung aus 8(a) zu verwendenden Abbildung;
11 zeigt ein Diagramm der zweiten für die Vorrichtung aus 8(a) zu verwendenden Abbildung;
12 zeigt ein Diagramm der zweiten für die Vorrichtung aus 8(a) zu verwendenden Abbildung;
13 zeigt ein Diagramm der in % umgewandelten Frequenz in der für die Vorrichtung aus 8(a) zu verwendenden Abbildung;
14 zeigt ein Diagramm des ausgenommenen Gebiets in der ersten für die Vorrichtung aus 8(a) zu verwendenden Abbildung;
15 zeigt ein Diagramm des Orts, an dem die Betriebsparameter schwanken;
16 zeigt ein Diagramm der Schwankung des Gebiets der ersten Abbildung, zu dem die Betriebsparameter gehören, für jedes Abtastintervall;
17 zeigt eine weitere erste für die Vorrichtung aus 8(b) zu verwendende Abbildung;
18 zeigt eine zweite für die Vorrichtung aus 8(b) zu verwendende Abbildung;
19 zeigt ein Diagramm des Orts, an dem die Betriebsparameter schwanken;
20 zeigt ein Diagramm der Schwankung des Gebiets der ersten Abbildung, zu dem die Betriebsparameter gehören, für jedes Abtastintervall;
21 zeigt ein Diagramm der voreinzustellenden Daten;
22 zeigt ein Diagramm der Berechnung der Restlebensdauer;
23(a) und 23(b) zeigen Blockschaltbilder der Vorrichtungskonfiguration der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lebensdauerschätzvorrichtung für eine Maschine mit einer Wärmequelle;
24(a) und 24(b) zeigen Blockschaltbilder der Vorrichtungskonfiguration der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lebensdauerschätzvorrichtung für die Maschine mit einer Wärmequelle;
25 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens für die Ausführungsformen aus 23(a) und 23(b);
26 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens für die Ausführungsformen aus 24(a) und 24(b);
27 zeigt ein Diagramm der Beziehung zwischen Motordrehzahl, Kraftstoffverbrauch (Zahnstangenposition) und Abgastemperatur;
28 zeigt ein Diagramm der Korrespondenz zwischen der Detektierfrequenz und jedem Gebiet der Wärmeabbildung;
29 zeigt ein Diagramm der Korrespondenz zwischen der in % umgewandelten Detektierfrequenz und jedem Gebiet der Wärmeabbildung;
30 zeigt ein Diagramm der Korrespondenz zwischen dem Gewicht und jedem Gebiet der Wärmeabbildung;
31 zeigt ein Diagramm der Erfassung der effektiven Daten aus den detektierten Daten;
32 zeigt ein Diagramm der Korrespondenz zwischen der Detektierfrequenz und jedem Gebiet der Temperaturschwankungsabbildung;
33 zeigt ein Diagramm der Korrespondenz zwischen der in umgewandelten Detektierfrequenz und jedem Gebiet der Temperaturschwankungsabbildung;
34 zeigt ein Diagramm der Korrespondenz zwischen dem Gewicht und jedem Gebiet der Temperaturschwankungsabbildung; und
35 zeigt ein Diagramm der Korrespondenzbeziehung zwischen dem durch Wärme verursachten Schadensumfang und der Lebensdauer der Maschine.
OPTIMALER EINSATZ DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor und eine Maschine mit einer Wärmequelle gemäß der vorliegenden Erfindung werden jetzt anhand der Zeichnungen erläutert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Zeitpunkt für die Überholung, d. h. das Ende der Lebensdauer eines in eine Baumaschine einzubauenden Dieselmotors, geschätzt wird. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform davon ausgegangen wird, dass es sich hier um einen Dieselmotor einer Baumaschine handelt, ist die vorliegende Erfindung auf einen in verschiedene Maschinen einge bauten Motor und jeden beliebigen Motor, einschließlich eines Benzinmotors ohne Steuerzahnstange, anwendbar.
Zunächst wird eine Ausführungsform zum genauen Schätzen der Lebensdauer eines Motors durch zahlenmäßige Darstellung der auf den Motor wirkenden Lastakkumulation als Schadensumfang beschrieben.
Die entsprechende Lebensdauerschätzvorrichtung ist konfiguriert wie im Funktionsblockschaltbild aus 1 dargestellt.
Bei einer Baumaschine, z. B. einem Hydraulikbagger, werden verschiedene Betriebsparameterwerte, die sich sequentiell verändern, z. B. PS-Leistung eines Motors (Motorleistung), Motordrehzahl Ne, Drehmoment T, Steuerzahnstangenposition V des Kraftstoffeinspritzpumpenreglers (nachfolgend als Zahnstangenposition V bezeichnet), auf jede Arbeitsmaschine wirkende Last, Hubumfang des Hydraulikzylinders jeder Arbeitsmaschine, Hydraulikdruck in der Hydraulikantriebsschaltung und Durchblasedruck des Motors, von an geeigneten Stellen an jedem Baumaschinenteil angeordneten Sensoren während des Betriebs der Baumaschine zwecks Steuerung des Antriebs der Baumaschine detektiert.
Als Sensoren können herkömmliche Sensoren, die normalerweise Rückführsignale zum Steuern während der Antriebssteuerung der Baumaschine empfangen (z. B. Motordrehzahlsensor), eingesetzt werden, und es ist unnötig, einen neuen Sensor nur für die Lebensdauerschätzvorrichtung vorzusehen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden ein Betriebsparameter oder zwei oder mehr Betriebsparameter, die die für das Schätzen der Lebensdauer des Motors erforderliche auf den Motor wirkende Last anzeigen, aus diesen Betriebsparametern ausgewählt. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Motordrehzahl Ne und die Zahnstangenposition (Kraftstoffverbrauch) V als Betriebsparameter ausgewählt, die die auf den Motor wirkende Last anzeigen.
Die Zahnstangenposition entspricht dem Verbrauch des in den Motorzylinder einzuspritzenden Kraftstoffs und ersetzt das Motordrehmoment T.
Ein anderer Betriebsparameter als die Zahnstangenposition V kann nur dann verwendet werden, wenn der Betriebsparameter den Kraftstoffverbrauch und das Motordrehmoment anzeigt. Die PS-Leistung des Motors kann jedoch anstelle der Zahnstangenposition V verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 1 werden die Detektiersignale des Motordrehzahlsensors 2 zum Detektieren der Motordrehzahl Ne (UpM) und des Zahnstangenpositionssensors 3 zum Detektieren der Zahnstangenposition V als Spannungswert in die Steuereinrichtung 1 zur Lebensdauerschätzung eingegeben, welche die zentrale Verarbeitungseinheit im Zentrum aufweist, wobei die später beschriebene Verarbeitung durch diese Steuereinrichtung ausgeführt wird und das Verarbeitungsergebnis, das die geschätzte Lebensdauer ist, auf dem Anzeigeteil 11, das in einer für den Bediener sichtbaren Position angeordnet ist, angezeigt wird. Das Verarbeitungsergebnis der Steuereinrichtung ist an vorbestimmter Stelle außerhalb der Baumaschine sichtbar, und zwar aufgrund der Verbindung der Steuereinrichtung innerhalb der Baumaschine mit einem Personalcomputer außerhalb der Baumaschine über eine vorbestimmte Kommunikationseinrichtung.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines von der oben genannten Steuereinrichtung 1 durchzuführenden Verarbeitungsverfahrens. Die von jedem Teil der Steuereinrichtung 1 aus 1 durchzuführende Verarbeitung wird jetzt anhand dieses Ablaufdiagramms und der graphischen Darstellungen aus 3 bis 7 beschrieben.
Zunächst werden, wie in 3 gezeigt, in der die Abszisse die Motordrehzahl Ne und die Ordinate die Zahnstangenposition V darstellt, Kombinationen dieser Betriebsparameterwerte Ne und V in mehrere Gebiete (jeden Block) B1, B2,... B16 unterteilt. Mit anderen Worten, die Motordrehzahl Ne wird in vier Level Ne1, Ne2, Ne3 und Ne4 und die Zahnstangenposition V in vier Level V1, V2, V3 und V4 aufgeteilt, dann werden sechzehn Gebiete B1-B16 durch die Kombination aus Ne1, Ne2, Ne3 und Ne4 und V1, V2, V3 und V4 bestimmt.
Auf diese Weise wird die zweidimensional Lastabbildung B, die die Verteilung der Größe der auf den Motor wirkenden Last anzeigt, eingestellt. Zur einfacheren Erläuterung wird die Anzahl von Unterteilungen der Lastabbildung B hier mit sechzehn angenommen, es ist jedoch auch eine Unterteilung in weniger oder mehr als sechzehn möglich.
L1 zeigt die Drehmomentcharakteristik des Motors und PH den Nennpunkt an. Die größte Last wirkt auf den Motor ein, wenn die Kombination aus den Betriebsparameterwerten Ne und V zum Gebiet B7 gehört, zu dem der Nennpunkt PH gehört.
Somit zeigt 5, dass ein Gewicht ki gemäß der Größe der Last im Gebiet Bi (i = 1-16) für jedes Gebiet B1, B2, ... B16 der Lastabbildung B eingestellt ist.
Mit anderen Worten, für das Gebiet B7 mit hoher Last, zu dem der Nennpunkt PH gehört, ist die maximale Wichtung k7 eingestellt und für das Gebiet mit niedriger Last, z. B. das Gebiet B13, ist die minimale Wichtung 13 eingestellt.
Eine solche Einstellung der Lastabbildung B wird vom Lastabbildungs-Einstellteil 4 der Steuereinrichtung 1 und die Einstellung der Wichtung ki vom Wichtungseinstellteil 5 ausgeführt (Schritt 101).
Dann wird zum Sammeln der Betriebsparameterwerte Ne und V während des Motorbetriebs beurteilt, ob der Motor tatsächlich in Betrieb ist.
Mit anderen Worten, anhand der Ausgabe des Motordrehzahlsensors 2 wird beurteilt, ob der Motor dreht (Schritt 102).
Wenn festgestellt wird, dass der Motor dreht, erfolgt das Verfahren mit den nachfolgenden Schritten 103 bis 108.
Dann werden die Betriebsperameterwerte Ne und V während des Motorbetriebs in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektiert, z. B. alle 10 ms (Schritt 103).
Danach werden anhand dieser detektierten Betriebsparameterwerte Ne und V die Anzahl von Malen ni, die die zum Gebiet Bi gehörenden Betriebsparameterwerte Ne und V detektiert werden, bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ, z. B. zwei Stunden, für jedes Gebiet B1, B2 ... B16 der Lastabbildung B gezählt. Hierbei wird angenommen, dass die Gesamtzahl von Malen, die eine Detektierung während einer vorbestimmten Zeit τ (zwei Stunden) erfolgt, N (720.000 Mal) ist.
Mit anderen Worten, die graphische Darstellung aus 7 zeigt die Motordrehzahl-Änderungskurve 13 bezüglich der Änderung der Motordrehzahl Ne über den Ablauf der Zeit t, und der Wert Ne wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt vom Motordrehzahlsensor 2 detektiert.
In jedem vorbestimmten Intervall Δt wird beurteilt, zu welchem der vier Level Ne1, Ne2, Ne3 und Ne4 der Detektierwert Ne des Sensors 2 gehört.
Auf die gleiche Weise wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt beurteilt, zu welchem der vier Level V1, V2, V3 und V4 der Detektierwert des Zahnstangenpositionssensors 3 gehört.
Auf diese Weise werden der Level Ne1, Ne2, Ne3 und Ne 4, zu dem die Motordrehzahl gehört, und der Level V1, V2, V3 und V4, zu dem die Zahnstangenposition gehört, in jedem vorbestimmten Intervall Δt spezifiziert, so dass eines der Gebiete B1-B16 in jedem vorbestimmten Intervall Δt spezifiziert wird. Wenn das Gebiet Bi, zu dem die Betriebsparameter Ne und V gehören, in jedem vorbestimmten Intervall Δt spezifiziert wird, wird die Detektierfrequenz ni dieses Gebiets Bi sequentiell um +1 inkrementiert. Wenn z. B. zum Zeitpunkt t1 der Level der Motordrehzahl Ne1 und der Level der Zahnstangenposition V1 ist, wird +1 zu der Detektierfrequenz n13 des Gebiets B13 addiert.
Auf diese Weise wird die Detektierfrequenz für jeden Bereich Bi gezählt, wie in 3 dargestellt, und die Detektierfrequenz ni wird bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ integriert (Schritt 104).
Mit anderen Worten, es wird beurteilt, ob eine vorbestimmte Zeit (z. B. zwei Stunden) seit Beginn der Zählung (Schritt 105) vergangen ist, und wenn diese vorbestimmte Zeit τ nicht abgelaufen ist, wird das oben genannte Verfahren zum Zählen und Integrieren der Detektierfrequenz ni so lange wiederholt, wie der Motor dreht (Schritt 102-104). Wenn die oben genannte vorbestimmte Zeit τ abgelaufen ist, endet andererseits das Verfahren zum Zählen der Detektierfrequenz ni an dieser Stelle.
Das Zählen der Frequenz ni erfolgt durch das Frequenzzählteil 7.
Dann teilt das Frequenzumwandlungsteil 8 zwecks Umwandlung der Detektierfrequenz ni in % die Detektierfrequenz ni bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ durch die Gesamtzahl von Malen, die eine Detektierung N erfolgt, wie in 4 dargestellt.
Die auf diese Weise in % umgewandelte Frequenz αi, d. h. αi = (ni/N)·100 (%), zeigt das Verhältnis der zum Gebiet Bi gehörigen Zeit innerhalb der vorbestimmten Zeit τ an.
Wenn z. B. die in % umgewandelte Frequenz α7 im Gebiet B7 30 % beträgt, bedeutet dies, dass die zu diesem Gebiet B7 gehörenden Betriebsparameter Ne und V während 30 % (0,6 Stunden) der vorbestimmten Zeit τ (zwei Stunden) detektiert wurden.
Das Umwandeln der Detektierfrequenz ni in % dient der Reduzierung der Speicherkapazität. Wenn die Speicherkapazität groß genug ist, kann anstelle der in % umgewandelten Frequenz αi die Detektierfrequenz ni direkt für nachfolgende Berechnungen verwendet werden. Ferner kann anstelle von αi die Detektierzeit (ni/N)·τ für jedes Gebiet Bi für nachfolgende Berechnungen verwendet werden, da hier die Bestimmung der für jedes Gebiet Bi detektierten Zeit kritisch ist (Schritt 106).
Dann führt das Durchschnittslastfaktor-Berechnungsteil 9 eine Wichtung αi·ki für die in % umgewandelte Detektierfrequenz αi gemäß der vom Wichtungseinstellteil 5 eingestellten Wichtung ki durch, so dass der durchschnittliche Lastfaktor, der den Ist-Schadensumfang des Motors (hauptsächlich mechanische Ermüdung des Motors) bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ anzeigt, wie folgt berechnet wird. δ = Σαi·ki (1)
Gemäß der obigen Formel (1) zeigt der durchschnittliche Lastfaktor δ einen größeren Wert an, wenn die Betriebszeit im Gebiet Bi mit großer Last in der Lastabbildung B länger wird (Schritt 107).
Wenn ein Motor entwickelt wird, werden Dauerprüfungen und Teileinspektionen nach der Prüfung vorher durchgeführt und wird die Korrespondenzbeziehung 12 zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Länge H der durchschnittlichen Lebensdauer des Motors voreingestellt, wie in 6 dargestellt.
Mit anderen Worten, der Lastfaktor 80 bei 100 % entspricht der Zeit H0 bei der Durchführung einer vorbestimmten Dauerprüfung. Dann wird eine vorbestimmte Spanne Δδ zum Lastfaktor 80 hinzu addiert und Punkt D aufgetragen. Anhand des Inspektionsergebnisses bezüglich des Abriebs und der Beschädigung der Teile nach der Dauerprüfung werden der Lastfaktor δL unter allgemeinen Betriebsbedingungen und die Le bensdauer HL unter den allgemeinen Betriebsbedingungen experimentell bestimmt und wird Punkt E demgemäss aufgetragen.
Dann wird als die Punkte D und E verbindende Kurve die Korrespondenzbeziehung 12 zwischen der Größe des Schadensumfangs δ und der Länge H der durchschnittlichen Lebensdauer des Motors bestimmt. Diese Durchschnitts-Lebensdauerkurve 12 ist der Durchschnitt für den Motor im allgemeinen und weist aufgrund der Toleranz während der Herstellung des jeweiligen Motors eine Ist-Spanne auf. Diese Durchschnitts-Lebensdauerkurve 12 ist je nach Motormodell und Motorteiletyp unterschiedlich.
Diese Durchschnitts-Lebensdauerkurve 12 wird im Lebensdauerkurven-Einstellteil 6 voreingestellt.
Wenn der Ist-Schadensumfang δ bei der Berechnung gemäß der obigen Formel (1) der Wert δ1 war, bestimmt das Lebensdauer-Berechnungsteil 10 die Lebensdauer H1 entsprechend dem Schadensumfang δ1 anhand der voreingestellten Korrespondenzbeziehung 12 und wird die bestimmte Lebensdauer H1 an das Anzeigeteil 11 als geschätzte Lebensdauer des Motors ausgegeben. Wenn der Schadensumfang δ2 ist, wird die geschätzte Lebensdauer H2 entsprechend δ2 an das Anzeigeteil 11 ausgegeben.
Auf diese Weise wird der Schadensumfang δ1 und δ2 des Motors zahlenmäßig genau dargestellt und kann die Lebensdauer H1 und H2 des Motors ohne Eingreifen eines Fachmannes automatisch und genau geschätzt werden (Schritt 108).
Dann wird das Zählergebnis ni des Frequenzzählteils 7 auf Null zurückgesetzt (Schritt 109) und danach das gleiche Verfahren mit den Schritten 102 bis 108 wiederholt. Mit anderen Worten, die Lebensdauer H des Motors wird jedes Mal nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ neu geschätzt, so dass das Schätzergebnis bezüglich der Lebensdauer H des Motors genau korrigiert wird, selbst wenn sich die Betriebsbedingungen für den Motor ändern.
Wenn der bei jeder vorbestimmten Zeit τ bestimmte Schadensumfang δk (k = 1,2 ...) beträgt und die geschätzte Lebensdauer Hk entsprechend diesem Schadensumfang bestimmt wird, dann wird die Restlebensdauer HLf mittels der folgenden Formel (2) bestimmt, wobei SMR die aktuelle kumulative Betriebszeit (Messwert des Betriebsstundenzählers) ist. HLf = Hk – SMR (2)
Die vorliegende Ausführungsform basiert auf der Annahme, dass die Lebensdauer des Motors selbst geschätzt wird, es kann jedoch die Lebensdauer für jeden Motorteiletyp geschätzt werden.
In diesem Fall wird die in 6 dargestellte Lebensdauerkurve für jeden Motorteiletyp vorbestimmt. Der Wert des Gewichts ki gemäß der Größe der Last aus 5 kann je nach Motorteiletyp unterschiedlich sein.
Ferner basiert die vorliegende Ausführungsform auf der Annahme, dass eine zweidimensionale Abbildung für die Lastabbildung B verwendet wird, es kann jedoch auch eine eindimensionale Abbildung oder eine drei- oder mehrdimensionale Abbildung verwendet werden. Eine eindi mensionale Abbildung, die die Verteilung der Größe des Motordrehmoments T anzeigt, kann als Lastabbildung verwendet werden.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird der Schadensumfang des Motors bestimmt, welcher vom Lastwert selbst bestimmt wird, wohingegen als nächstes eine Ausführungsform beschrieben wird, bei der der Schadensumfang des Motors unter Berücksichtigung des Schwankungsumfangs der Last bestimmt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Betriebsparameter oder werden zwei oder mehr Betriebsparameter, der/die die auf den Motor wirkende Last oder die zum Schätzen der Motorlebensdauer erforderliche Motordrehzahl anzeigt/anzeigen, aus den Betriebsparametern ausgewählt, wobei sich die Werte ändern, wenn der Motor in Betrieb ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden zwei Betriebsparameter, die Motordrehzahl Ne und die Zahnstangenposition (Kraftstoffverbrauch) V, als Betriebsparameter ausgewählt.
Die Zahnstangenposition ist äquivalent zum Verbrauch des in die Motorzylinder einzuspritzenden Kraftstoffs und ersetzt das Motordrehmoment T.
Ein andere Betriebsparameter als die Zahnstangenposition V kann nur dann verwendet werden, wenn der Betriebsparameter den Kraftstoffverbrauch und das Motordrehmoment anzeigt. Ein die PS-Leistung des Motors anzeigende Betriebsparameter kann jedoch anstelle des das Motordrehmoment T anzeigenden Betriebsparameters verwendet werden.
Ferner kann entweder die Motordrehzahl Ne oder die Zahnstangenposition V anstelle der beiden Betriebsparameter verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden, wie in 8(a) dargestellt, die Detektiersignale des Motordrehzahlsensors 2 zum Detektieren der Motordrehzahl Ne (UpM) und des Zahnstangenpositionssensors 3 zum Detektieren der Zahnstangenposition V als Spannungswert zur Lebensdauerschätzung in die Steuereinrichtung 21 eingegeben, welche die zentrale Verarbeitungseinheit im Zentrum aufweist, wobei die später beschriebene Verarbeitung durch diese Steuereinrichtung ausgeführt wird und das Verarbeitungsergebnis, das die geschätzte Lebensdauer ist, auf dem Anzeigeteil 32, das in einer für den Bediener sichtbaren Position angeordnet ist, angezeigt wird. Das Verarbeitungsergebnis der Steuereinrichtung ist an vorbestimmter Stelle außerhalb der Baumaschine sichtbar, und zwar aufgrund der Verbindung der Steuereinrichtung innerhalb der Baumaschine mit einem Personalcomputer außerhalb der Baumaschine über eine vorbestimmte Kommunikationseinrichtung.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines von der oben genannten Steuereinrichtung 21 durchzuführenden Verarbeitungsverfahrens. Die von jedem Teil der Steuereinrichtung 21 aus 8(a) durchzuführende Verarbeitung wird jetzt anhand dieses Ablaufdiagramms und der graphischen Darstellungen aus 10 bis 16, 21 und 22 beschrieben.
Zunächst werden, wie in 10, in der die Abszisse die Motordrehzahl Ne und die Ordinate die Zahnstangenposition V darstellt, gezeigt, Kombinationen dieser Betriebsparameterwerte Ne und V in mehrere Gebiete (jeden Block) B1, B2, ... B16 unterteilt. Mit anderen Worten, die Motor drehzahl Ne wird in vier Level Ne1, Ne2, Ne3 und Ne4 und die Zahnstangenposition V in vier Level V1, V2, V3 und V4 aufgeteilt, dann werden sechzehn Gebiete B1-B16 durch die Kombination aus Ne1, Ne2, Ne3 und Ne4 und V1, V2, V3 und V4 bestimmt.
Hierbei wird ΔNe als die Schwankungsbreiten-Einheit der Motordrehzahl Ne und ΔV als die Schwankungsbreite der Zahnstangenposition V eingestellt. Diese Schwankungsbreiten-Einheiten entsprechen der vertikalen und der horizontalen Größe des Gebiets Bi.
Wenn sich z. B. der Betriebszustand des Motors für ein Gebiet in horizontaler Richtung vom Gebiet B7 zum Gebiet B8 ändert, wie der geometrische Ort C anzeigt, dann wird die Motordrehzahl Ne so betrachtet, als hätte sich die Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe verändert (keine Änderung der Zahnstangenposition). Wenn sich der Betriebszustand des Motors für drei Gebiete in horizontaler Richtung und für drei Gebiete in vertikaler Richtung vom Gebiet B14 zum Gebiet B8 ändert, wie der geometrische Ort D anzeigt, dann wird die Motordrehzahl Ne so betrachtet, als hätte sich 3ΔNe verändert, d. h. drei Mal die Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe, und die Zahnstangenposition V wird so betrachtet, als hätte sich 3ΔV verändert, d. h. drei Mal die Schwankungsbreiten-Einheit ΔV.
Auf diese Weise wird die zweidimensionale erste Abbildung B eingestellt. Zur einfacheren Erläuterung wird die Anzahl von Unterteilungen der Lastabbildung B hier mit sechzehn angenommen, es ist jedoch auch eine Unterteilung in weniger oder mehr als sechzehn möglich.
L1 zeigt die Drehmomentcharakteristik des Motors und PH den Nennpunkt an. Die größte Last wirkt auf den Motor ein, wenn die Kombinati an aus den Betriebsparameterwerten Ne und V zum Gebiet B7 gehört, zu dem der Nennpunkt PH gehört.
Ferner zeigt 11, dass eine zweite Abbildung HS, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs ΔNej der Betriebsparameter pro Zeiteinheit, anzeigt, eingestellt wird.
Auf der Abszisse der zweiten Abbildung HS werden die Größen des Schwankungsumfangs ΔNej (j = 1, 2, 3, 4) der Motordrehzahl, d. h. ΔNe1 (Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe), ΔNe2 (2ΔNe, d. h. zwei Mal die Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe), ΔNe3 (3ΔNe, d. h. drei Mal die Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe) und ΔNe4 (4ΔNe, d. h. vier Mal die Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe) aufgetragen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs ΔNej der Motordrehzahl als zweite Abbildung HS eingestellt, die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs ΔVj der Zahnstangenposition kann jedoch statt dessen eingestellt werden, wie in 12 dargestellt. Ferner kann sowohl die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs ΔNej der Motordrehzahl als auch die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs ΔVj der Zahnstangenposition eingestellt werden.
Eine solche Einstellung der ersten Abbildung B wie oben beschrieben wird von dem Erstabbildungs-Einstellteil 24 der Steuereinrichtung 1 und die Einstellung der zweiten Abbildung HS von dem Zweitabbildungs-Einstellteil 25 durchgeführt (Schritt 201).
Dann wird zum Sammeln der Betriebsparameterwerte Ne und V während des Motorbetriebs beurteilt, ob der Motor tatsächlich in Betrieb ist.
Mit anderen Worten, anhand der Ausgabe des Motordrehzahlsensors 2 wird beurteilt, ob der Motor dreht (Schritt 202).
Wenn festgestellt wird, dass der Motor dreht, erfolgt das Verfahren mit den nachfolgenden Schritten 203 bis 210.
Dann werden die Betriebsparameterwerte Ne und V während des Motorbetriebs in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektiert, nämlich alle 10 ms (Schritt 203).
Danach wird dasjenige Gebiet Bi der ersten Abbildung B, zu dem die in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektierten Betriebsparameterwerte Ne und V gehören, in jedem vorbestimmten Intervall Δt beurteilt.
Mit anderen Worten, die graphische Darstellung aus 7 zeigt die Motordrehzahl-Änderungskurve 13 bezüglich der Änderung der Motordrehzahl Ne über den Ablauf der Zeit t, und der Wert Ne wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt vom Motordrehzahlsensor 2 detektiert.
In jedem vorbestimmten Intervall Δt wird beurteilt, zu welchem der vier Level Ne1, Ne2, Ne3 und Ne4 der Detektierwert Ne des Sensors 2 gehört.
Auf die gleiche Weise wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt beurteilt, zu welchem der vier Level V1, V2, V3 und V4 der Detektierwert des Zahnstangenpositionssensors 3 gehört.
Auf diese Weise wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt spezifiziert, zu welchem Level Ne1, Ne2, Ne3 und Ne4 die Motordrehzahl gehört und zu welchem Level V1, V2, V3 und V4 die Zahnstangenposition gehört. Daher wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt spezifiziert, welches Gebiet des Gebiets B1-B16 zu welchem Gebiet des Gebiets Bi der ersten Abbildung gehört. Ein solches Beurteilungsverfahren wird vom Beurteilungsteil 27 der Steuereinrichtung 21 durchgeführt (Schritt 204).
Dann werden im Schwankungsberechnungsteil 28 der Steuereinrichtung 21 anhand der vom Beurteilungsteil 27 sequentiell beurteilten Gebiete die Schwankungsbreiten ΔNe, 2ΔNe, 3ΔNe und 4ΔNe zwischen den pro Zeiteinheit schwankenden Gebieten als Schwankungsumfang des Betriebsparameters Ne pro Zeiteinheit berechnet. Als Zeiteinheit wird das oben genannte vorbestimmte Intervall (Abtastintervall) Δt eingestellt.
Wenn sich z. B. die Motordrehzahl Ne um die Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe vom Gebiet B7 zum Gebiet B8 während der Zeiteinheit Δt verändert, wie vom geometrischen Ort C in 10 dargestellt (keine Veränderung der Zahnstangenposition), dann wird der Schwankungsumfang der Motordrehzahl als ΔNe berechnet. Ferner wird, wenn sich die Motordrehzahl Ne um 3ΔNe, d. h. drei Mal die Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe, vom Gebiet B14 zum Gebiet B8 während der Zeiteinheit Δt verändert, wie vom geometrischen Ort D in 10 dargestellt, der Schwankungsumfang der Motordrehzahl als 3ΔNe berechnet (Schritt 205).
Dann wird im Frequenzzählteil 29 die Frequenz nj der Berechnung des Schwankungsumfangs auf diese Weise für jede Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung HS gezählt, d. h. für ΔNe1, ΔNe2, ΔNe3 und ΔNe4, wie in 11 dargestellt, und bis zum Ablauf der vor bestimmen Zeit τ integriert. Wenn z. B. der Level der Motordrehzahl zum Zeitpunkt t2 Ne2 ist, wie in 7 dargestellt, und der Level der Motordrehzahl zum Zeitpunkt t3 Ne1 ist, wird +1 zu der Detektierfrequenz n1 von ΔNe1 der zweiten Abbildung HS hinzu addiert, da der Schwankungsumfang der Motordrehzahl pro Zeiteinheit Δt die Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe ist.
Die vorbestimmte Zeit τ beträgt z. B. zwei Stunden, und die Gesamtfrequenz (einschließlich der Frequenz der Berechnung des Schwankungsumfangs 0) während der beiden Stunden wird mit N (720.000 Mal) angenommen (Schritt 206).
Dann wird beurteilt, ob die vorbestimmte Zeit τ (z. B. zwei Stunden) seit Beginn der Zählung abgelaufen ist (Schritt 207), und wenn diese vorbestimmte Zeit τ nicht abgelaufen ist, wird das oben genannte Verfahren zum Zählen und Integrieren der Frequenz nj so lange wiederholt, wie der Motor dreht (Schritt 202-206). Wenn die oben genannte vorbestimmte Zeit τ abgelaufen ist, endet andererseits das Verfahren zum Zählen der Frequenz nj an dieser Stelle.
Das Zählen der Frequenz nj erfolgt durch das Frequenzzählteil 29.
Die zweite Abbildung HS aus 11 kann durch Normalisieren sämtlicher Daten, die durch Abtasten der Betriebsparameter Ne und V in jedem vorbestimmten Intervall Δt erfasst werden, mittels des bekannten "Rain flow"-Verfahrens erstellt werden.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird die erste Abbildung B eingestellt und der Schwankungsumfang ΔNej der Betriebsparameter pro Zeiteinheit aufgrund der Annahme bestimmt, dass das Betriebspa rameter Ne, das in jedem vorbestimmten Intervall Δt sequentiell detektiert wird, den Mittelwert (oder repräsentativen Wert) des Gebiets Bi der ersten Abbildung B annimmt, d. h. einen der Werte Ne1, Ne2, Ne3 und Ne4, der Betriebsparameterwert Ne jedoch, der in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektiert wird, direkt mittels des "Rain flow"-Verfahrens ohne Umwandlung in den Mittelwert (oder repräsentativen Wert) des Gebiets Bi der Abbildung B normalisiert werden kann, und der Schwankungsumfang ΔNej des Betriebsparameters pro Zeiteinheit zum Erstellen der zweiten Abbildung HS bestimmt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung HS auf ein Vielfaches der Schwankungsbreiten-Einheit ΔNe gemäß der Breite des Gebiets Bi der ersten Abbildung B eingestellt – dafür gibt es jedoch keine Beschränkung – und kann die Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung HS auf jede beliebige Größe eingestellt werden.
Sämtliche durch Abtasten der Betriebsparameter Ne und V in jedem vorbestimmten Intervall Δt erhaltenen Daten können in die PS-Leistung des Motors oder das Motordrehmoment T umgewandelt werden, und es kann damit die zweite Abbildung HS, bei der die Abszisse die Größe des Schwankungsumfangs der PS-Leistung des Motors darstellt, oder die zweite Abbildung HS, bei der die Abszisse die Größe des Schwankungsumfangs des Motordrehmoments T darstellt, mittels des "Rain flow"-Verfahrens erstellt werden.
Die zweite Abbildung HS, die die Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs des auf diese Weise erstellten Betriebsparameters anzeigt, stellt die Betriebstendenz des Motors dar.
So ist z. B. aufgrund der Erstellung der zweiten Abbildung, die die Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der Motordrehzahl anzeigt, und der zweiten Abbildung, die die Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der PS-Leistung des Motors anzeigt, die Betriebscharakteristik des Motors, wie "Schwankung der PS-Leistung während des Betriebs gering, aber Drehschwankung groß" oder "Drehschwankung während des Betriebs gering, aber Schwankung der PS-Leistung groß", leicht anhand dieser zweiten Abbildung ersichtlich.
Dann teilt das Frequenzumwandlungsteil 30 die Frequenz nj bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ zwecks Umwandlung der Frequenz nj in % durch die Gesamtfrequenz N, wie in 13 dargestellt.
Die auf diese Weise in % umgewandelte Frequenz αj, d. h. αj = (nj/N) 100 (%), zeigt das Verhältnis der Zeit, in der der Schwankungsumfang ΔNej beträgt, zu der vorbestimmten Zeit τ an.
Wenn z. B. die in % umgewandelte Frequenz α1 des Schwankungsumfangs ΔNe1 25 % beträgt, bedeutet dies, dass die Motordrehzahl um die Größe von ΔNe1 während 25 % (0,5 Stunden) der vorbestimmten Zeit τ (zwei Stunden) geschwankt ist.
Das Umwandeln der Frequenz nj in % dient der Reduzierung der Speicherkapazität. Wenn die Speicherkapazität groß genug ist, kann anstelle der in % umgewandelten Frequenz αj die Detektierfrequenz nj direkt für nachfolgende Berechnungen verwendet werden (Schritt 208).
Dann führt der Schadensfaktor-Berechnungsteil 34 eine Gewichtung αj kj für die obengenannte in % umgewandelte Frequenz αj gemäß der vom Lebensdauerdaten-Einstellteil 26 eingestellten Wichtung kj durch, so dass der Schadensfaktor, der den Ist-Schadensumfang des Motors (hauptsächlich Abrieb am Motor) bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ anzeigt, wie folgt berechnet wird.
Mit andern Worten, der schraffierte Bereich aus 21 ist eine Abbildung entsprechend der zweiten Abbildung HS aus 13, die aufgrund der Durchführung der Dauerprüfung während der Entwicklung des Motors erhalten wird. Durch Betrieb des Motors unter den Bedingungen der Dauerprüfung wird die in % der Größe ΔNe des Schwankungsumfangs der Motordrehzahl umgewandelte Frequenz βj bestimmt. Die Wichtung kj gemäß dem Grad an Abrieb am Motor wird für jede Größe ΔNej des Schwankungsumfangs der Motordrehzahl eingestellt. Diese Wichtung kj wird während der Dauerprüfung experimentell eingestellt.
Die oben genannte Frequenz βi und die Wichtung ki können im Lebens dauerdaten-Einstellteil 26 durch Berechnen theoretischer Werte eingestellt werden.
Daher wird der Schadensfaktor γt unter den Bedingung der Dauerprüfung durch folgende Formel (4) auf die gleiche Weise wie mit der Formel (3) bestimmt und eingestellt.
Gemäß der obigen Formel (3) ist der Schadensfaktor γf der Schwankungsumfang ΔNei mit einr großen Wichtung ki (Abrieb ist groß) und zeigt mit zunehmender Zeit, in der sich die Motordrehzahl ändert, einen größeren Wert an.
Die durchschnittliche Lebensdauer Lt des Motors unter den Bedingungen der Dauerprüfung wird ebenfalls voreingestellt. Die durchschnittliche Lebensdauer Lt unter den Bedingungen der Dauerprüfung wird experimentell geschätzt (Schritt 209).
Somit wird im Lebensdauer-Berechnungsteil 31 die durchschnittliche Lebensdauer Lf, während der der Motor tatsächlich in Betrieb ist, gemäß der folgenden Formel (5) anhand der Korrespondenzbeziehung zwischen dem voreingestellten Schadensfaktor γt unter den Bedingungen der Dauerprüfung und der durchschnittlichen Lebensdauer Lt entsprechend dem Schadensfaktor γt geschätzt. Lf = (γt/γf)·Lt (5)
Diese bestimmte Lebensdauer Lf wird als die geschätzte Lebensdauer des Motors an das Anzeigeteil 32 ausgegeben.
Auf diese Weise wird der Schadensfaktor γf, der ein den Schadensumfang des Motors anzeigender Index ist, numerisch dargestellt, und die Lebensdauer Lf des Motors kann ohne Eingreifen eines Fachmannes automatisch und genau geschätzt werden (Schritt 210).
Danach wird das Zählergebnis nj des Frequenzzählteils 29 auf Null zurückgesetzt (Schritt 211), und es wird dasselbe Verfahren der Schritte 202-210 wiederholt. Mit anderen Worten, die Lebensdauer Lf des Motors wird jedes Mal nach Ablauf der vorbestimmten Zeit τ neu geschätzt.
Die Restlebensdauer ΔL kann durch die folgende Formel bestimmt werden. ΔL = (Lf1 – SMR)·(γf1/γf2) (6)wobei

γf1: der anfängliche Schadensfaktor,
Lf1: die anfängliche geschätzte Lebensdauer,
SMR: die vom Betriebsstundenzähler angegebene Zeit ab dem Punkt, an dem γf1 und Lf1 bestimmt worden sind,
γf2: der an dem Punkt, an dem die Zeit SMR abgelaufen ist, bestimmte Schadensfaktor ist.

22 zeigt die entsprechend Beziehung.
Gemäß der obigen Formel (6) kann, wenn sich der Betriebszustand (die Betriebsbedingungen) des Motors nach Bestimmung der anfänglichen geschätzten Lebensdauer ändern, die Restlebensdauer ΔL ab diesem Punkt leicht bestimmt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Lebensdauer des gesamten Motors geschätzt, es kann jedoch auch die Lebensdauer für je den Motorteiletyp geschätzt werden.
In diesem Fall kann der Wert der Wichtung ki gemäß der Größe des in 21 dargestellten Abriebs je nach Motorteiletyp variieren. Der Grund dafür ist, dass einige Teile nur eine geringe Festigkeit gegenüber größeren Drehschwankungen haben (Teile verschleißen schnell) und ande re Teile eine hohe Festigkeit gegenüber größeren Drehschwankun-gen haben (Teile verschleißen selten).
Der Schadensfaktor γt unter den Bedingungen der Dauerprüfung und die entsprechende Lebensdauer Lt können für jeden Motorteiletyp eingestellt werden.
Ferner basiert die vorliegende Ausführungsform auf der Annahme, dass eine zweidimensionale Abbildung für die erste Abbildung B verwendet wird, es kann jedoch auch eine eindimensionale Abbildung oder Brei- oder mehrdimensionale Abbildung verwendet werden. Es kann z. B. eine eindimensionale Abbildung, die die Verteilung der Größe der Motordrehzahl Ne anzeigt, für die erste Abbildung B verwendet werden.
Ferner sind verschiedene Varianten der oben beschriebenen Ausführungsform möglich.
Bei den Motorteilen wird die Lebensdauer von Teilen, die durch Wärmelast beeinflusst werden, wie Ventile, Turboeinrichtungen, Kolben und Sammelleitungen, nicht beeinflusst, wenn der Motor in einem Gebiet betrieben wird, in dem die Wärmelast in der Abbildung B gering ist.
Somit wird gemäß 14 der spezifische Bereich E (B15, B16) (schraffierter Bereich) je nach Motorteiletyp eingestellt, und wenn sich die in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektierten Betriebsparameterwerte Ne und V in diesem spezifischen Detektierbereich E befinden, werden die detektierten Daten nicht für nachfolgende Berechnungen verwendet (Schritt 203). Auf diese Weise ist der spezifische Bereich E vom Detektier-Zielbereich ausgenommen, und dann wird die Lebensdauer für jeden Motorteiletyp geschätzt.
Ferner wird das spezifische Gebiet E (B15, B16) gemäß dem Motorteiletyp eingestellt, und dieses spezifische Gebiet E wird nicht für die Beurteilung in Schritt 204 verwendet. Mit anderen Worten, das spezifische Gebiet E ist von Beurteilungsziel, zu dessen Level Bi (i = 1-16) der ersten Abbildung B die in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektierten Betriebsparameterwerte Ne und V gehören, ausgenommen, und dann wird die Lebensdauer für jeden Motorteiletyp bestimmt.
Der geometrische Ort G in 15 zeigt z. B., dass selbst bei Änderung der Betriebsparameter von B13 → B14 → B15 → B16 → B12 die durch den schraffierten Bereich dargestellten Gebiete B15 und B16 als ausgenommen betrachtet werden und unter Berücksichtigung der Änderung der Betriebsparameter von B13 → B14 → B12 der Schwankungsumfang ΔNej oder ΔVj berechnet und die zweite Abbildung HS erstellt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird beurteilt, dass die Betriebsparameter geschwankt sind, wenn sich das Gebiet Bi der ersten Abbildung B, zu dem die Betriebsparameterwerte gehören, zu jeder Abtastzeit Δt verändert, wenn jedoch die Betriebsparameter für eine kurze Zeit in demselben Gebiet geblieben sind, können die Betriebsparameter so betrachtet werden, als hätten sie dieses Gebiet nicht durchlaufen.
Der geometrische Ort F in 15 zeigt z. B., dass, wenn sich die Betriebsparameter tatsächlich von B13 → B10 → B6 → B7 → B8 ändern, die Änderung zu jeder Abtastzeit Δt jedoch der Darstellung aus 16 entspricht, die Betriebsparameter so betrachtet werden, als hätten sie das Gebiet durchlaufen, in dem die Betriebsparameter für einen Zeitraum von 2Δt oder länger (B13, B7, B8) verblieben sind, und als hätten die Betriebsparameter das Gebiet nicht durchlaufen, in dem die Betriebspa rameter für eine Zeitraum von Δt oder weniger (B10 und B6) verblieben sind. Mit anderen Worten, der Schwankungsumfang ΔNej oder ΔVj wird berechnet und die zweite Abbildung HS unter der Berücksichtigung der Änderung der Betriebsparameter von B13 → B7 → B8 erstellt.
Bei der obigen Ausführungsform wird die Schwankungsumfangsabbildung als zweite Abbildung eingestellt und die Frequenz für jeden Schwankungsumfang bestimmt, es kann jedoch die Schwankungsortabbildung als zweite Abbildung eingestellt werden, dann wird die Frequenz für jeden Schwankungsort bestimmt.
8(b) zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtungskonfiguration dieser Ausführungsform.
Der Unterschied zu 8(a) ist, dass das Schwankungsorts-Berechnungsteil 33 anstelle des Schwankungsumfangs-Berechnungsteils 28 vorgesehen ist.
Das Verfahren dieser Ausführungsform wird jetzt anhand des Ablaufdiagramms aus 9 beschrieben. Beschreibungen, die denen für die Ausführungsform aus 8(a) entsprechen, werden weggelassen.
Zunächst werden gemäß 17, in der die Abszisse die Motordrehzahl Ne und die Ordinate die Zahnstangenposition V darstellt, Kombinationen dieser Betriebsparameterwerte Ne und V zum Einstellen der ersten Abbildung B in mehrere Gebiete (jeden Block) B1, B2, B3 und B4 unterteilt. Die Anzahl der Unterteilungen ist beliebig.
Hierbei gibt es, da der geometrische Ort des Betriebszustands des Motors z. B. als H (B3 → B1), I (B3 → B2) und J (B3 → B4) dargestellt ist, zwölf Arten von Schwankungsorten, die sich von einem Gebiet zu einem anderen Gebiet verändern.
Gemäß 18 wird ferner die zweite Abbildung HS, die die Verteilung des Schwankungsorttyps Mj (j = 1-12) anzeigt, eingestellt.
Auf der Abszisse der zweiten Abbildung HS wird der Schwankungsorttyp Mj, d. h. M1 (B1 → B2), M2 (B1 → B3), M3 (B1 → B4), M4 (B2 → B1) ... aufgetragen.
Eine solche Einstellung der oben genannten ersten Abbildung B erfolgt durch den Erstabbildungs-Einstellteil 24 der Steuereinrichtung 21 und die Einstellung der zweiten Abbildung HS durch den Zweitabbildungs-Einstellteil 25 der Steuereinrichtung 21 (Schritt 201).
Dann wird zum Sammeln der Betriebsparameterwerte Ne und V während des Motorbetriebs beurteilt, ob der Motor tatsächlich in Betrieb ist.
Mit anderen Worten, anhand der Ausgabe des Motordrehzahlsensors 2 wird beurteilt, ob der Motor dreht (Schritt 202).
Wenn festgestellt wird, dass der Motor dreht, erfolgt das Verfahren mit den nachfolgenden Schritten 103 bis 108.
Dann werden die Betriebsparameterwerte Ne und V während des Motorbetriebs in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektiert, z. B. alle 10 ms (Schritt 203).
Dann wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt beurteilt, zu welchem Gebiet Bi der ersten Abbildung B die in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektierten Betriebsparameterwerte Ne und V gehören.
Eines solches Beurteilungsverfahren erfolgt durch den Beurteilungsteil 27 der Steuereinrichtung 21 (Schritt 204).
Dann wird in dem Schwankungsort-Berechnungsteil 33 der Steuereinrichtung 21 der Typ des pro Zeiteinheit schwankenden Orts anhand des sequentiell von dem Beurteilungsteil 27 beurteilten Gebiets berechnet.
Die Zeiteinheit wird z. B. auf das Abtastintervall Δt der Betriebsparameter Ne und V eingestellt.
Bei einer Schwankung vom Gebiet B1 zum Gebiet B2 während der Zeiteinheit Δt wird z. B. der Typ des Schwankungsorts als M1 (siehe 18) berechnet (Schritt 205).
Danach wird in dem Frequenzzählteil 29 die für jede Zeiteinheit Δt berechnete Frequenz nj für jeden Schwankungsorttyp Mj der zweiten Abbildung HS gezählt und bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ integriert, wie in 18 dargestellt. So wird z. B. bei einer Schwankung vom Gebiet B1 zum Gebiet B2 während der Zeiteinheit Δt +1 zu der Frequenz n1 des Schwankungsorttyps M1 der zweiten Abbildung aus 18 hinzu addiert.
Die vorbestimmte Zeit τ beträgt z. B. zwei Stunden und die Gesamtfrequenz (einschließlich nicht vorhandener Schwankung) während der zwei Stunden wird mit N (720.000 Mal) angenommen (Schritt 206).
Es wird dann beurteilt, ob die vorbestimmte Zeit τ (z. B. zwei Stunden) seit Beginn der Zählung (Schritt 207) vergangen sind, und wenn diese vorbestimmte Zeit τ nicht abgelaufen ist, wird das oben genannte Verfahren zum Zählen und Integrieren der Frequenz ni so lange wiederholt, wie der Motor dreht (Schritt 202-206). Wenn die oben genannte vorbestimmte Zeit τ abgelaufen ist, endet andererseits das Verfahren zum Zählen der Frequenz nj an dieser Stelle.
Dann teilt das Frequenzumwandlungsteil 30 die Frequenz nj bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ durch die Gesamtfrequenz N zwecks Umwandlung der Frequenz nj in %.
Die auf diese Weise in % umgewandelte Frequenz αj, d. h. αj = (ni/N) 100 (%), zeigt das Verhältnis der Zeit, in der der Schwankungsort Mj ist, zu der vorbestimmten Zeit τ an.
Wenn z. B. die in % umgewandelte Frequenz α1 des Schwankungsorts M1 25 % beträgt, bedeutet dies, dass eine Schwankung vom Gebiet B1 zum Gebiet 52 während 25 % (0,5 Stunden) der vorbestimmten Zeit τ (zwei Stunden) stattgefunden hat.
Das Umwandeln der Frequenz nj in % dient der Reduzierung der Speicherkapazität. Wenn die Speicherkapazität groß genug ist, kann anstelle der in % umgewandelten Frequenz αj die Frequenz nj direkt für nachfolgende Berechnungen verwendet werden (Schritt 208).
Dann führt das Schadensfaktor-Berechnungsteil 34 eine Wichtung αj·kj für die obengenannte in % umgewandelte Frequenz αj gemäß der vom Lebensdauerdaten-Einstellteil 26 eingestellten Wichtung kj durch (siehe 21), so dass der Schadensfaktor, der den Ist-Scha densumfang des Motors (hauptsächlich Abrieb am Motor) bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ anzeigt, wie folgt berechnet wird.
Der Schadensfaktor γt wird unter den Bedingung der Dauerprüfung durch folgende Formel (4) auf die gleiche Weise wie mit der Formel (3) bestimmt und eingestellt.
Gemäß der obigen Formel (3) zeigt der Schadensfaktor γf mit zunehmender Frequenz des Durchlaufens des geometrischen Orts Mj mit einer großen Wichtung ki (Abrieb ist größer) einen größeren Wert an.
Die durchschnittliche Lebensdauer Lt des Motors unter den Bedingungen der Dauerprüfung wird ebenfalls voreingestellt. Die durchschnittliche Lebensdauer Lt unter den Bedingungen der Dauerprüfung wird experimentell geschätzt (Schritt 209).
Somit wird im Lebensdauer-Berechnungsteil 31 die durchschnittliche Lebensdauer Lf, während der der Motor tatsächlich in Betrieb ist, gemäß der folgenden Formel (5) anhand der Korrespondenzbeziehung zwischen dem voreingestellten Schadensfaktor γt unter den Bedingungen der Dauerprüfung und der durchschnittlichen Lebensdauer Lt entsprechend dem Schadensfaktor γt geschätzt. Lf = (γt/γf)·Lt (5)
Diese bestimmte Lebensdauer Lf wird als die geschätzte Lebensdauer des Motors an das Anzeigeteil 32 ausgegeben.
Auf diese Weise wird der Schadensfaktor γf, der ein den Schadensumfang des Motors anzeigender Index ist, numerisch genau dargestellt, und kann die Lebensdauer Lf des Motors ohne Eingreifen eines Fachmannes automatisch und genau geschätzt werden (Schritt 210).
Danach wird das Zählergebnis nj des Frequenzzählteils 29 auf Null zurückgesetzt (Schritt 211), und es wird dasselbe Verfahren der Schritte 202-210 wiederholt. Mit anderen Worten, die Lebensdauer Lf des Motors wird jedes Mal nach Ablauf der vorbestimmten Zeit τ neu geschätzt.
Es sind verschiedene Varianten der oben beschriebenen Ausführungsform möglich.
Bei den Motorteilen wird die Lebensdauer von Teilen, die durch Wärmelast beeinflusst werden, wie Ventile, Turboeinrichtungen, Kolben und Sammelleitungen, nicht beeinflusst, wenn der Motor in einem Gebiet betrieben wird, in dem die Wärmelast in der Abbildung B gering ist.
So wird gemäß 14 das spezifizierte Gebiet (Gebiet, in dem die Wärmelast gering ist) je nach Teiletyp (Teile, die von der Wärmelast beeinflusst werden) eingestellt, und dieses spezifizierte Gebiet ist vom Detektierziel und vom Beurteilungsziel ausgenommen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird einfach beurteilt, dass die Betriebsparameter geschwankt sind, wenn sich das Gebiet Bi der ersten Abbildung B, zu dem die Betriebsparameterwerte gehören, zu jeder Ab tastzeit Δt verändert und der Schwankungsorttyp Mj bestimmt wird, wenn jedoch die Betriebsparameter für eine kurze Zeit in demselben Gebiet verbleiben, können die Betriebsparameter so betrachtet werden, als hätten sie dieses Gebiet nicht durchlaufen, und es kann der Schwankungsorttyp Mj bestimmt werden.
Der geometrische Ort Q in 19 zeigt z. B., dass, wenn sich die Betriebsparameter tatsächlich von B3 → B1 → B2 → B4 → B2 → B1 ändern, die Änderung zu jeder Abtastzeit Δt jedoch der Darstellung aus 20 entspricht, die Betriebsparameter so betrachtet werden, als hätten sie das Gebiet durchlaufen, in dem die Betriebsparameter für einen Zeitraum von 2Δt oder länger (B3, B2, B4, B1 ab dem Beginn) verblieben sind, und als hätten die Betriebsparameter den schraffierten Bereich nicht durchlaufen, in dem die Betriebsparameter für eine Zeitraum von Δt oder weniger (B1 und B2) geblieben sind. Mit anderen Worten, der Schwankungsort Mj wird berechnet und die zweite Abbildung HS unter Berücksichtigung der Änderung der Betriebsparameter von B3 → B2 → B4 → B1 erstellt.
Jetzt wird eine Ausführungsform zum genauen Schätzen der Lebensdauer des Motors durch zahlenmäßige Darstellung der Akkumulation der vom Motor erzeugten Wärme als Schadensumfang beschrieben.
Zunächst wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der die "Hochtemperaturermüdung" berücksichtigt wird. Dafür kann das Konzept der in 1-7 dargestellten Ausführungsform direkt angewandt werden.
Die zur Implementierung des oben Genannten dienende Lebensdauerschätzvorrichtung ist so aufgebaut, wie in den Funktionsblockschaltbildern aus 23(a) und 23(b) dargestellt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden ein Betriebsparameter oder zwei oder mehr Betriebsparameter, die die zum Schätzen der Lebensdauer des Motors benötigte vom Motor erzeugte Wärme anzeigen, aus den Betriebsparametern ausgewählt, wobei sich die Werte ändern, wenn der Motor in Betrieb ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Abgastemperatur des Motors als das die Wärme anzeigende Betriebsparameter ausgewählt.
Die Abgastemperatur kann vom Temperatursensor 42 direkt detektiert werden, wie in 23(a) dargestellt, oder es können der herkömmliche Motordrehzahlsensor 2 und Zahnstangenpositionssensor 3, die zum Steuern des Motors vorgesehen sind, ohne Einbau eines neuen Temperatursensors 42 verwendet werden, wie in 23(b) dargestellt, so dass die Temperatur anhand der Detektierwerte dieser Sensoren geschätzt wird. Die Zahnstangenposition ist äquivalent zu dem Verbrauch des in den Motorzylinder einzuspritzenden Kraftstoffs und ersetzt das Motordrehmoment T. Anstelle der Zahnstangenposition V kann ein anderes Betriebsparameter verwendet werden, solange das Betriebsparameter den Kraftstoffverbrauch oder das Motordrehmoment anzeigt. Die PS-Leistung des Motors kann ebenfalls anstelle der Zahnstangenposition V verwendet werden.
Andere Parameter als die Abgastemperatur (Motordrehzahl, Zahnstangenposition) können nur dann eingesetzt werden, wenn das Betriebsparameter die vom Motor erzeugte Wärme anzeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 23(b) werden die Detektiersignale des Motordrehzahlsensors 2 zum Detektieren der Motordrehzahl Ne (UpM) und des Zahnstangenpositionssensors 3 zum De tektieren der Zahnstangenposition V als Spannungswert zur Lebensdauerschätzung in die Steuereinrichtung 41 eingegeben, welche die zentrale Verarbeitungseinheit im Zentrum aufweist, wobei die später beschriebene Verarbeitung durch diese Steuereinrichtung ausgeführt wird und das Verarbeitungsergebnis, das die geschätzte Lebensdauer ist, auf dem Anzeigeteil 49, das in einer für den Bediener sichtbaren Position angeordnet ist, angezeigt wird. Das Verarbeitungsergebnis der Steuereinrichtung ist an vorbestimmter Stelle außerhalb der Baumaschine sichtbar, und zwar aufgrund der Verbindung der Steuereinrichtung innerhalb der Baumaschine mit einem Personalcomputer außerhalb der Baumaschine über eine vorbestimmte Kommunikationseinrichtung. Das Detektiersignal des Temperatursensors 42 zum Detektieren der Abgastemperatur Te des Motors wird in die in 23(a) dargestellte Steuereinrichtung 41 eingegeben.
25 zeigt ein Ablaufdiagramm des von der oben genannten Steuereinrichtung 41 durchzuführenden Verarbeitungsverfahrens. Die von jedem Teil der Steuereinrichtung 41 aus 23(a) und 24(b) durchzuführende Verarbeitung wird jetzt anhand des Ablaufdiagramms und der graphischen Darstellungen aus 27-31 und 35 beschrieben.
Gemäß 28 wird die Wärmeabbildung T, bei der die Abszisse die Motorabgastemperatur Te und die Ordinate die Frequenz ni darstellt, eingestellt. Die Abgastemperatur Te wird z. B. in sieben Level unterteilt, d. h. Tel (0-100°C), Te2 (101°C-200°C), ... Tei ... Te7 (601°C-700°C), wobei die jeweilige Temperaturspanne eine vorbestimmte Spanne (100 °C) ist.
Auf diese Weise wird die eindimensionale Wärmeabbildung T, die die Verteilung der Größe der vom Motor erzeugten Wärme (Größe der Ab gastemperatur) anzeigt, eingestellt. Zur einfacheren Erläuterung wird die Anzahl von Unterteilungen der Wärmeabbildung T mit sieben angenommen, es ist jedoch auch eine Unterteilung in weniger oder mehr als sieben möglich.
Ferner zeigt 30, dass eine Wichtung k gemäß der Größe der Wärme des jeweiligen Gebiets Tei (i = 1-7) für jedes Gebiet Te1, Te2, ... Te7 der Wärmeabbildung T eingestellt ist.
So wird z. B. die maximale Wichtung k7 in dem Gebiet bei der maximalen Temperatur Te7 und das minimale Gewicht k1 in dem Gebiet bei der Mindesttemperatur eingestellt.
Eine solche Einstellung der Wärmeabbildung T wird vom Wärmeabbildungs-Einstellteil 45a der Steuereinrichtung 41 und die Einstellung der Wichtung ki vom Schadensumfangs-Wichtungseinstellteil 43 ausgeführt (Schritt 301).
Dann wird zum Sammeln der Betriebsparameterwerte Ne und V (oder Te) während des Motorbetriebs beurteilt, ob der Motor tatsächlich in Betrieb ist.
Mit anderen Worten, anhand der Ausgabe des Motordrehzahlsensors 2 wird beurteilt, ob der Motor dreht (Schritt 302).
Wenn festgestellt wird, dass der Motor dreht, erfolgt das Verfahren mit den nachfolgenden Schritten 303 bis 308.
Dann werden die Betriebsparameterwerte Ne und V (oder Te) während des Motorbetriebs in jedem vorbestimmten Abtastintervall Δt detektiert, nämlich alle 10 ms (Schritt 303).
Danach wird anhand der auf der Basis der Detektierwerte der Betriebsparameter Ne und V berechneten Temperatur Te oder anhand des Temperaturdetektierwerts Te die Anzahl von Malen, die eine Berechnung durchgeführt wird, oder die Anzahl von Malen, die eine Detektierung ni durchgeführt wird, für die zu dem jeweiligen Gebiet Tei gehörende Temperatur bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ, z. B. zwei Stunden, für jedes Gebiet Te1, Te2 ... Te7 der Wärmeabbildung T gezählt. Hierbei wird angenommen, dass die Gesamtzahl von Malen, die eine Detektierung während einer vorbestimmten Zeit τ (zwei Stunden) erfolgt, N (720.000 Mal) ist.
Hier wird die Motorabgastemperatur anhand der Motordrehzahl und des Kraftstoffverbrauchs (Zahnstangenposition der Kraftstoffeinspritzpumpe) bestimmt.
Die graphische Darstellung aus 27 zeigt die Beziehung zwischen der Motordrehzahl Ne, der Zahnstangenposition V, die den Kraftstoffverbrauch anzeigt, und der Abgastemperatur Te. L4 zeigt die Leistung (PS-Leistung) des Motors und L5 die Isothermen an. Die Isotherme 15 zeigt die maximale Temperatur (z. B. 650 °C oder höher) bei maximaler PS-Leistung des Motors an.
Im Temperaturumwandlungs-Betriebsteil 50 aus 23(b) wird die der aktuell detektierten Motordrehzahl Ne und Zahnstangenposition V entsprechende Temperatur gemäß der graphischen Darstellung aus 27 bestimmt und in jedem Abtastintervall Δt als die geschätzte Berechnungstemperatur Te ausgegeben.
Im Falle der Steuereinrichtung 41 aus 23(a), bei der die detektierte Temperatur Te des Temperatursensors 42 direkt eingegeben wird, ist das oben genannte Temperaturumwandlungs-Betriebsteil 50 überflüssig.
Da die Temperatur Te auf diese Weise in jedem vorbestimmten Intervall Δt bestimmt wird, wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt spezifiziert, zu welchem Temperaturgebiet Te1-Te7 aus 28 die aktuelle Temperatur gehört. Wenn das Gebiet Tei, zu dem die aktuelle Temperatur Te gehört, in jedem vorbestimmten Intervall Δt auf diese Weise spezifiziert wird, wird die Detektierfrequenz ni für das Gebiet Tei sequentiell um +1 inkrementiert. Wenn z. B. die Abgastemperatur Te zum Zeitpunkt t 150 °C beträgt, wird +1 zu der Detektierfrequenz n2 des entsprechenden Gebiets Te2 hinzu addiert.
Es ist auch möglich, nicht alle Detektierdaten Te als effektive Daten in die Frequenz n aufzunehmen, die Detektierdaten Te nur dann als effektive Daten in die Frequenz n aufzunehmen, wenn die zu demselben Temperaturgebiet gehörenden Detektierdaten Te kontinuierlich detektiert werden (dieselbe Temperatur über eine vorbestimmte Zeit oder länger).
Wenn z. B. die Detektierdaten Te aus 31 zu jedem Zeitpunkt Δt detektiert werden, werden die Daten Tel und Te2, die kontinuierlich nur für die Anzahl von Malen, die den vorbestimmten Schwellenwert Nthmal (z. B. 100-mal, 10 s) unterschreitet, ausgenommen und werden die Daten Te3, die kontinuierlich Nth-mal oder öfter detektiert werden, als effektive und in der Frequenz n3 enthaltene Daten angesehen.
Auf diese Weise wird die Detektierfrequenz ni für jedes Gebiet Tei gezählt, wie in 28 dargestellt, und wird die Detektierfrequenz ni bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ integriert (Schritt 304).
Mit anderen Worten, es wird beurteilt, ob die vorbestimmte Zeit τ (z. B. zwei Stunden) seit Beginn der Zählung vergangen ist (Schritt 305), und wenn diese vorbestimmte Zeit τ nicht abgelaufen ist, wird das oben genannte Verfahren zum Zählen und Integrieren der Detektierfrequenz ni so lange wiederholt, wie der Motor dreht (Schritt 302-304). Wenn die oben genannte vorbestimmte Zeit τ abgelaufen ist, endet andererseits das Verfahren zum Zählen der Detektierfrequenz ni an dieser Stelle.
Das oben beschriebene Zählen der Frequenz ni erfolgt durch das Frequenzzählteil 45.
Dann teilt das Frequenzumwandlungsteil 46 zwecks Umwandlung der Detektierfrequenz ni in % die Detektierfrequenz ni bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ durch die Gesamtzahl von Malen, die eine Detektierung N erfolgt, wie in 29 dargestellt.
Die auf diese Weise in % umgewandelte Frequenz αi, d. h. αi = (ni/N) 100 (%), zeigt das Verhältnis der zum Temperaturgebiet Tei gehörigen Zeit innerhalb der vorbestimmten Zeit τ an.
Wenn z. B. die in % umgewandelte Frequenz α7 im Gebiet Te7 30 beträgt, bedeutet dies, dass die zu dem Gebiet α7 gehörende Temperatur Te (Betriebsparameter Ne, V) (die Temperatur lag zwischen 601 °C und 700 °C) während 30 % (0,6 Stunden) der vorbestimmten Zeit τ (zwei Stunden) detektiert wurde.
Das Umwandeln der Detektierfrequenz ni in % dient der Reduzierung der Speicherkapazität. Wenn die Speicherkapazität groß genug ist, kann anstelle der in % umgewandelten Frequenz αi die Detektierfrequenz ni direkt für nachfolgende Berechnungen verwendet werden. Ferner kann anstelle von αi die Detektierzeit (ni/N) τ für jedes Gebiet Tei für nachfolgende Berechnungen verwendet werden, da hier die Bestimmung der für jedes Gebiet Tei detektierten Zeit kritisch ist (Schritt 306).
Dann führt das Schadensumfangs-Berechnungsteil 47 eine Gewichtung αi·ki für die obengenannte in % umgewandelte Frequenz αi gemäß dem vom Schadensumfangs-Gewichtseinstellteil 43 eingestellten Gewicht ki durch, wie in 30 dargestellt, so dass der durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufene Schadensumfang, welcher der den bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ am Motor auftretenden Ist-Schadensumfang (durch "Hochtemperaturermüdung" hervorgerufenen Schadensumfang) darstellende Index ist, wie folgt berechnet wird.
Gemäß der obigen Formel (7) zeigt der durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufene Schadensumfang ε mit zunehmender Betriebszeit im Hochtemperaturgebiet Tei (z. B. Te7) in der Wärmeabbildung T, in der sich die Motordrehzahl ändert, einen größeren Wert an (Schritt 307).
Wenn ein Motor entwickelt wird, werden Dauerprüfungen und Teileinspektionen nach der Prüfung vorher durchgeführt und wird die Korrespondenzbeziehung 12 zwischen der Größe des Schadensumfangs ε und der Länge H der durchschnittlichen Lebensdauer des Motors voreingestellt, wie in 35 dargestellt.
Mit anderen Worten, der durch 100 % Hochtemperaturermüdung hervorgerufene Schadensumfang ε0 entspricht der Zeit H0 bei der Durchführung einer vorbestimmten Dauerprüfung. Dann wird eine vorbestimmte Spanne Δε zum durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufenen Schadenumfang ε0 hinzu addiert und Punkt D aufgetragen. Aufgrund der Inspektion bezüglich des Abriebs und der Beschädigung der Teile nach der Dauerprüfung werden der Schadensumfang εs unter allgemeinen Betriebsbedingungen und die Lebensdauer Hs unter den allgemeinen Betriebsbedingungen experimentell bestimmt und wird Punkt S demgemäss aufgetragen.
Dann wird als die Punkte D und S verbindende Kurve die Korrespondenzbeziehung 12 zwischen der Größe des durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufenen Schadensumfangs ε und der Länge H der durchschnittlichen Lebensdauer des Motors bestimmt. Diese Durchschnitts-Lebensdauerkurve 12 ist der Durchschnitt für den Motor im allgemeinen und weist aufgrund der Toleranz während der Herstellung des jeweiligen Motors eine Ist-Spanne auf. Diese Durchschnitts-Lebensdauerkurve 12 variiert je nach Motormodell und Motorteiletyp.
Die oben genannte Durchschnitts-Lebensdauerkurve 12 wird im Lebensdauerkurven-Einstellteil 44 voreingestellt.
Wenn der durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufene Schadensumfang ε mit der obigen Formel (7) als Wert ε1 berechnet worden ist, bestimmt das Lebensdauer-Berechnungsteil 48 die Lebensdauer H1 entsprechend dem durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufenen Schadensumfang 81 anhand der oben voreingestellten Korrespondenzbeziehung 12 und wird die bestimmte Lebensdauer H1 als geschätzte Lebensdauer des Motors an das Anzeigeteil 49 ausgegeben. Wenn der durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufene Schadensumfang ε2 ist, wird die dem entsprechende geschätzte Lebensdauer H2 an das Anzeigeteil 49 ausgegeben.
Auf diese Weise wird der durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufene Schadensumfang ε1 und ε2 des Motors zahlenmäßig genau dargestellt und kann die Lebensdauer H1 und H2 des Motors ohne Eingreifen eines Fachmannes automatisch und genau geschätzt werden (Schritt 308).
Dann wird das Zählergebnis ni des Frequenzzählteils 45 auf Null zurückgesetzt (Schritt 309) und danach das gleiche Verfahren mit den Schritten 302 bis 308 wiederholt. Mit anderen Worten, die Lebensdauer H des Motors wird jedes Mal nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit τ neu geschätzt, und das Schätzergebnis bezüglich der Lebensdauer H des Motors wird genau korrigiert, selbst wenn sich die Betriebsbedingungen für den Motor ändern.
Ferner kann die Restlebensdauer HLf von jetzt bis zum Ende der Lebensdauer H wie folgt bestimmt und an das Anzeigeteil 49 ausgegeben werden.
Es wird jetzt davon ausgegangen, dass der bei jeder vorbestimmten Zeit τ bestimmte durch Hochtemperaturermüdung hervorgerufene Schadensumfang εk (k = 1, 2 ...) beträgt und die geschätzte Lebensdauer Hk dem entsprechend bestimmt wird (siehe 35). Dann wird die Restlebensdauer HLf mittels der folgenden Formel (8) bestimmt, wobei SMR die aktuelle kumulative Betriebszeit (Messwert des Betriebsstundenzählers) ist. HLf = Hk – SMR (8)
Die Restlebensdauer H kann durch folgende Formel bestimmt werden. HLf (t + τ) = HLf (t) – τ (Hs/Hk) (9)
Der anfängliche Wert des Restlebensdauer HLf ist jedoch Hs (Lebensdauer unter allgemeinen Betriebsbedingungen), und die Restlebensdauer HLf wird jedes Mal nach Ablauf der Zeit τ gemäß Formel (9) sequentiell aktualisiert.
Gemäß Formel (9) resultiert die von der aktuellen Lebensdauer HLf (t) subtrahierte Ist-Betriebszeit τ in der Restlebensdauer HLf, wenn der Motor unter den allgemeinen Betriebsbedingungen eingesetzt wird, wenn jedoch der durch Wärme hervorgerufene Schadensumfang größer wird (Hk sinkt), wird die Zeit wesentlich länger als die Ist-Betriebszeit τ, d. h. τ(Hs/Hk) (> τ) wird von der aktuellen Lebensdauer HLf (t) subtrahiert und die Restlebensdauer HLf wird kürzer als bei Betrieb unter allgemeinen Betriebsbedingungen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die Lebensdauer des Motors selbst geschätzt wird, es kann jedoch auch die Lebensdauer jedes Motorteiletyps geschätzt werden.
Bei den durch Hochtemperaturermüdung beschädigten Teilen handelt es sich z. B. um Zylinderlaufbüchsen, Zylinderköpfe und Ventile. Es ist möglich, nur die Lebensdauer dieser spezifischen Teile zu schätzen.
In diesem Fall wird die in 35 dargestellte Lebensdauerkurve für jeden Motorteiletyp vorbestimmt. Ferner kann der Wert der Wichtung je nach Größe der in 30 dargestellten Wärme in Abhängigkeit vom Motorteiletyp variieren. Außerdem ist es möglich, wie in 31 gezeigt, das Verfahren hinsichtlich Betrachtung der nicht kontinuierlichen Detektierdaten als ungültig nur für diese spezifizierten Teile durchzuführen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass eine eindimensionale Abbildung der Temperatur als Wärmeabbildung T verwendet wird, es kann jedoch auch eine zwei- oder mehrdimensionale Abbildung verwendet werden. Wie in 27 dargestellt, kann z. B. die zweidimensionale Abbildung B, die die Größe der Motordrehzahl Ne und die Zahnstangenposition V anzeigt, als Wärmeabbildung verwendet werden, wobei die Größe der Wärme (Größe der Temperatur) jedem Block B1-B16 entspricht und die Frequenz n für jeden Block gezählt wird.
Der Gegenstand der Lebensdauerschätzung ist nicht auf den Motor selbst oder auf Motorteile beschränkt. Jedes Bauteil, bei dem durch den Motor erzeugte Wärme anfällt, kann Gegenstand der oben genannten Lebensdauerschätzung sein. Es kann z. B. die Lebensdauer einer Kraft übertragungseinrichtung, bei der Kraft vom Motor übertragen wird, oder von Teilen der Kraftübertragungseinrichtung geschätzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Maschine mit einem Motor beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf jede Maschine angewandt werden, die eine Wärmequelle aufweist und durch Wärme beschädigt worden ist, wobei die Lebensdauer durch den Schaden beeinflusst wird.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird der Schadensumfang des Motors direkt anhand des Wärme- (Temperatur-) Werts bestimmt, jetzt wird jedoch eine Ausführungsform zum Bestimmen des Schadensumfangs des Motors unter Berücksichtigung des Schwankungsumfangs der Wärme (Temperatur), beschrieben, d. h. eine Ausführungsform, bei der die "thermische Ermüdung" berücksichtigt wird. Dafür können die Konzepte der in 8-22 dargestellten Ausführungsformen fast direkt angewandt werden.
Die zur Implementierung des oben Genannten dienende Lebensdauerschätzvorrichtung ist so aufgebaut, wie in den Funktionsblockschaltbildern aus 24(a) und 24(b) dargestellt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden ein Betriebsparameter oder zwei oder mehr Betriebsparameter, die die zum Schätzen der Lebensdauer des Motors benötigte vom Motor erzeugte Wärme anzeigen, aus den Betriebsparametern ausgewählt, wobei sich die Werte ändern, wenn der Motor in Betrieb ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Abgastemperatur des Motors als das die Wärme anzeigende Betriebsparameter ausgewählt.
Es wird davon ausgegangen, dass die Abgastemperatur direkt vom Temperatursensor 42 detektiert wird, wie in 23(b) dargestellt, oder es können der herkömmliche Motordrehzahlsensor 2 und Zahnstangenpositionssensor 3, die zum Steuern des Motors vorgesehen sind, ohne Einbau eines neuen Temperatursensors 42 verwendet werden, so dass die Temperatur anhand der Detektierwerte dieser Sensoren geschätzt wird.
Andere Parameter als die Abgastemperatur (Motordrehzahl, Zahnstangenposition) können nur dann eingesetzt werden, wenn das Betriebsparameter die vom Motor erzeugte Wärme anzeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 24(b) wird das Detektiersignal des Temperatursensors 42 zum Detektieren der Abgastemperatur Te zur Lebensdauerschätzung in die Steuereinrichtung 51 eingegeben, welche die zentrale Verarbeitungseinheit im Zentrum aufweist, wobei die später beschriebene Verarbeitung durch diese Steuereinrichtung ausgeführt wird und das Verarbeitungsergebnis, das die geschätzte Lebensdauer ist, auf dem Anzeigeteil 59, das in einer für den Bediener sichtbaren Position angeordnet ist, angezeigt wird. Das Verarbeitungsergebnis der Steuereinrichtung ist an vorbestimmter Stelle außerhalb der Baumaschine sichtbar, und zwar aufgrund der Verbindung der Steuereinrichtung innerhalb der Baumaschine mit einem Personalcomputer außerhalb der Baumaschine über eine vorbestimmte Kommunikationseinrichtung.
26 zeigt ein Ablaufdiagramm des von der oben genannten Steuereinrichtung 51 durchzuführenden Verarbeitungsverfahrens. Die von jedem Teil der Steuereinrichtung 51 aus 24(a) und 24(b) durchzu führende Verarbeitung wird jetzt anhand des Ablaufdiagramms und der graphischen Darstellungen aus 28 und 31-35 beschrieben.
Gemäß 28 wird die Wärmeabbildung T, bei der die Abszisse die Motorabgastemperatur Te und die Ordinate die Frequenz ni darstellt, eingestellt. Die Abgastemperatur Te wird z. B. in sieben Level unterteilt, d. h. Tel (0-100 °C), Te2 (101 °C-200°C), ... Tei ... Te7 (601°C-700°C), wobei die jeweilige Temperaturspanne eine vorbestimmte Spanne (100 °C) ist.
Auf diese Weise wird die eindimensionale Wärmeabbildung T, die die Verteilung der Größe der vom Motor erzeugten Wärme (Größe der Abgastemperatur) anzeigt, eingestellt. Zur einfacheren Erläuterung wird die Anzahl von Unterteilungen der Wärmeabbildung T mit sieben angenommen, es ist jedoch auch eine Unterteilung in weniger oder mehr als sieben möglich.
Eine solche Einstellung der Wärmeabbildung T wird vom Wärmeabbildungs-Einstellteil 60a der Steuereinrichtung 51 durchgeführt.
Hier wird ΔTe als die Schwankungsbreiten-Einheit der Temperatur Te eingestellt. Diese Schwankungsbreiten-Einheit entspricht der Breite des Temperaturgebiets Tei (100 °C) der Wärmeabbildung T.
Wenn die Abgastemperatur Te z. B. um 100 °C geschwankt ist, wird dies so betrachtet, als wäre die Temperatur Te um die Schwankungsbreiten-Einheit ΔTe geschwankt.
So wird gemäß 32 die Wärmeschwankungsabbildung ΔT, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs ΔTej der Wärme (Temperatur) pro Zeiteinheit anzeigt, eingestellt.
Mit anderen Worten, auf der Abszisse der Wärmeschwankungsabbildung ΔT wird die Größe des Temperaturschwankungsumfangs ΔTej (j = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), d. h. ΔTe1 (Schwankungsbreiten-Einheit ΔTe), ΔTe2 (2ΔTe, d. h. zwei Mal die Schwankungsbreiten-Einheit ΔTe), ... ΔTe7 (7ΔTe, d. h. sieben Mal die Schwankungsbreiten-Einheit ΔTe) auf der Abszisse aufgetragen.
Eine solche Einstellung der Wärmeschwankungsabbildung ΔT erfolgt durch den Wärmeschwankungsabbildungs-Einstellabschnitt 55a der Steuereinrichtung 51 (Schritt 401).
Dann wird zum Sammeln des Betriebsparameterwerts Te während des Motorbetriebs beurteilt, ob der Motor tatsächlich in Betrieb ist.
Mit anderen Worten, anhand der Ausgabe des Motordrehzahlsensors 2 wird beurteilt, ob der Motor dreht (Schritt 402).
Wenn festgestellt wird, dass der Motor dreht, erfolgt das Verfahren mit den nachfolgenden Schritten 403 bis 410.
Dann wird der Betriebsparameterwert Te während des Motorbetriebs in jedem vorbestimmten Abtastintervall Δt detektiert, z. B. alle 10 ms (Schritt 403).
Danach wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt beurteilt, zu welchem Gebiet Tei der Wärmeabbildung T der in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektierte Betriebsparameterwert Te gehört.
Auf diese Weise wird in jedem vorbestimmten Intervall Δt spezifiziert, zu welchem Temperaturgebiet Te1-Te7 der Betriebsparameterwert Te gehört, und es wird beurteilt, zu welchem Gebiet Tei der Wärmeabbildung T der Betriebsparameterwert Te gehört. Ein solches Beurteilungsverfahren wird vom Beurteilungsteil 60 der Steuereinrichtung 51 durchgeführt (Schritt 404).
Dann wird im Schwankungsumfangs-Berechnungsteil 54 der Steuereinrichtung 51 anhand der vom Beurteilungsteil 60 sequentiell beurteilten Gebiete die Schwankungsbreite zwischen den pro Zeiteinheit schwankenden Gebieten, d. h. ΔTe, 2ΔTE, ...7ΔTe, als Schwankungsumfang des Betriebsparameters Te pro Zeiteinheit berechnet. Die Zeiteinheit wird z. B. auf das oben genannte vorbestimmte Intervall (Abtastintervall) Δt eingestellt.
Wenn sich z. B. die Temperatur Te um 3ΔTe, d. h. drei Mal die Schwankungsbreiten-Einheit ΔTe, vom Gebiet Tel zum Gebiet Te3 während der Zeiteinheit Δt schwankt, dann wird der Schwankungsumfang der Temperatur als 3ΔTe berechnet (Schritt 405).
Dann wird gemäß 32 im Frequenzzählteil 55 die Frequenz nj der Berechnung des Schwankungsumfangs auf diese Weise für jede Größe des Schwankungsumfangs gezählt, d. h. ΔTe1, ΔTe2 ... ΔTe7 der Wärmeschwankungsabbildung ΔT, und bis zum Ablauf der vorbestimmen Zeit τ integriert. Wenn z. B. der Level der Temperatur zum Zeitpunkt τ Te2 ist und der Level der Temperatur zum Zeitpunkt, an dem das Ab tastintervall ΔT überschritten ist, d. h. τ + Δt, Tel ist, wird +1 zu der Detektierfrequenz n1 von ΔTe1 der Wärmeschwankungsabbildung ΔT für den Temperaturschwankungsumfang pro Zeiteinheit Δt hinzu addiert, da die Schwankungsbreiten-Einheit ΔTe ist.
Die vorbestimmte Zeit τ beträgt z. B. zwei Stunden, und die Gesamtfrequenz (einschließlich der Frequenz der Berechnung des Schwankungsumfangs 0) während der beiden Stunden wird mit N (720.000 Mal) angenommen (Schritt 406).
Dann wird beurteilt, ob die vorbestimmte Zeit τ (z. B. zwei Stunden) seit Beginn der Zählung abgelaufen ist (Schritt 407), und wenn diese vorbestimmte Zeit τ nicht abgelaufen ist, wird das oben genannte Verfahren zum Zählen und Integrieren der Frequenz nj so lange wiederholt, wie der Motor dreht (Schritt 402-406). Wenn die oben genannte vorbestimmte Zeit τ abgelaufen ist, endet andererseits das Verfahren zum Zählen der Frequenz nj an dieser Stelle.
Das oben beschriebene Zählen der Frequenz nj erfolgt durch das Frequenzzählteil 55.
Die Wärmeschwankungsabbildung ΔT aus 32 kann durch Normalisieren sämtlicher Daten, die durch Abtasten des Betriebsparameters Te im vorbestimmten Intervall Δt erfasst werden, mittels des bekannten "Rain flow"-Verfahrens erstellt werden.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird die Wärmeabbildung T eingestellt und der Schwankungsumfang ΔTej des Betriebsparameters pro Zeiteinheit bestimmt, aufgrund der Annahme dass das Betriebsparameter Ne, das in jedem vorbestimmten Intervall Δt sequentiell detek tiert wird, den Mittelwert (oder repräsentativen Wert) des Gebiets Tei der Wärmeabbildung T annimmt, die Abtastdaten Te jedoch zur Bestimmung des Schwankungsumfangs ΔTej des Betriebsparameters pro Zeiteinheit direkt mittels des "Rain flow"-Verfahrens ohne Umwandlung des sequentiell in jedem vorbestimmten Intervall Δt detektierten Betriebsparameters Te in den Mittelwert (oder repräsentativen Wert) des Gebiets Tei der T normalisiert werden können, damit die Wärmeschwankungsabbildung ΔT erstellt wird.
In diesem Fall können das Wärmeabbildungs-Einstellteil 60a und das Beurteilungsteil 60 der Steuereinrichtung 51 wegfallen, wie in 24(a) dargestellt, und sind das Wärmeabbildungs-Verfahren aus Schritt 401 sowie das Beurteilungsverfahren aus Schritt 404 überflüssig.
Es ist auch möglich, dass sämtliche Detektierdaten Te nicht als effektive Daten mittels des "Rain flow"-Verfahrens verarbeitet werden, sondern dass die Detektierdaten Te nur dann als effektive Daten angesehen und mittels des "Rain flow"-Verfahrens bearbeitet werden, wenn die Daten in demselben Temperaturgebiet kontinuierlich detektiert werden (dieselbe Temperatur über eine vorbestimmte Zeit oder länger).
Wenn z. B. die Detektierdaten Te aus 31 zu jedem Zeitpunkt Δt detektiert werden, werden die Daten Tel und Te2, die kontinuierlich für eine Anzahl von Malen, um die der vorbestimmte Schwellenwert Nthmal (z. B. 100-mal, 10 s) unterschritten wird, ausgenommen und werden die Daten Te3, die kontinuierlich Nth-mal oder öfter detektiert werden, als effektive Daten angesehen und zum Gegenstand der Verarbeitung mittels des "Rain flow"-Verfahrens.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Größe der Schwankungsumfangs-Einheit der Wärmeschwankungsabbildung Δt auf ΔTe (100 °C) eingestellt, die dieselbe Breite ist wie die Breite des Gebiets Tei in der Wärmeabbildung T – dafür gibt es jedoch keine Beschränkung – und kann die Größe der Schwankungsumfangs-Einheit der Wärmeschwankungsabbildung ΔT auf jede beliebige Größe eingestellt werden.
Dann teilt das Frequenzumwandlungsteil 56 die Frequenz nj bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ zwecks Umwandlung der Frequenz nj in % durch die Gesamtfrequenz N, wie in 33 dargestellt.
Die auf diese Weise in % umgewandelte Frequenz αj, d. h. αj = (nj/N) 100 (%), zeigt das Verhältnis der Zeit, in der der Schwankungsumfang ΔNej beträgt, zu der vorbestimmten Zeit τ an.
Wenn z. B. die in % umgewandelte Frequenz α1 des Wärmeschwankungsumfangs ΔTe1 25 % beträgt, bedeutet dies, dass die Temperatur um die Größe von ΔTe1 während 25 % (0,5 Stunden) der vorbestimmten Zeit τ (zwei Stunden) geschwankt ist.
Das Umwandeln der Frequenz in % dient der Reduzierung der Speicherkapazität. Wenn die Speicherkapazität groß genug ist, kann anstelle der in % umgewandelten Frequenz αj die Detektierfrequenz nj direkt für nachfolgende Berechnungen verwendet werden (Schritt 408).
Dann führt das Schadensumfangs-Berechnungsteil 57 gemäß 34 eine Gewichtung αj·k'j für die oben genannte in % umgewandelte Frequenz αj gemäß dem vom Schadensumfangs-Einstellteil 52 eingestellten Gewicht k'j durch, so dass der durch thermische Ermüdung hervor gerufene Schadensumfang, der der Index für den Ist-Schadensumfang des Motors (durch "thermische Ermüdung" hervorgerufener Schadensumfang) bis zum Ablauf der vorbestimmten Zeit τ ist, wie folgt berechnet wird.
Gemäß der obigen Formel (10) zeigt der durch thermische Ermüdung hervorgerufene Schadensumfang ε' mit zunehmender Betriebszeit im Gebiet ΔTei mit hoher Wärmeschwankung (z. B. ΔTe7) in der Wärmeschwankungsabbildung ΔT einen größeren Wert an (Schritt 409).
Wenn ein Motor entwickelt wird, werden Dauerprüfungen und Teileinspektionen nach der Prüfung vorher durchgeführt und wird die Korrespondenzbeziehung 12 zwischen der Größe des Schadensumfangs ε' und der Länge H der durchschnittlichen Lebensdauer des Motors voreingestellt, wie in 35 dargestellt.
Mit anderen Worten, der durch 100 % thermische Ermüdung hervorgerufene Schadensumfang ε'0 entspricht der Zeit H0 bei der Durchführung der vorbestimmten Dauerprüfung. Die vorbestimmte Spanne Δε' wird zum durch thermische Ermüdung hervorgerufenen Schadenumfang ε'0 hinzu addiert und Punkt D aufgetragen. Aufgrund der Inspektion bezüglich des Abriebs und der Beschädigung der Teile nach der Dauerprüfung werden der Schadensumfang ε's unter allgemeinen Betriebsbedingungen und die Lebensdauer Hs unter den allgemeinen Betriebsbedingungen experimentell bestimmt und wird Punkt S demgemass aufgetragen.
Dann wird als die Punkte D und S verbindende Kurve die Korrespondenzbeziehung 12 zwischen der Größe des durch thermische Ermüdung hervorgerufenen Schadensumfangs ε' und der Länge H der durchschnittlichen Lebensdauer des Motors bestimmt. Diese Durchschnitts-Lebensdauerkurve 12 ist der Durchschnitt für den Motor im allgemeinen und weist aufgrund der Toleranz während der Herstellung des jeweiligen Motors eine Ist-Spanne auf. Diese Durchschnitts-Lebensdauerkurve 12 variiert je nach Motormodell und Motorteiletyp.
Die oben genannte Durchschnitts-Lebensdauerkurve 12 wird im Lebensdauerkurven-Einstellteil 53 voreingestellt.
Wenn der durch thermische Ermüdung hervorgerufene Schadensumfang ε' mit der obigen Formel (10) als Wert ε'1 berechnet worden ist, bestimmt das Lebensdauer-Berechnungsteil 58 die Lebensdauer H1 entsprechend dem durch thermische Ermüdung hervorgerufenen Schadensumfang ε'1 anhand der oben voreingestellten Korrespondenzbeziehung 12 und wird die bestimmte Lebensdauer H1 als geschätzte Lebensdauer des Motors an das Anzeigeteil 59 ausgegeben. Wenn der durch thermische Ermüdung hervorgerufenen Schadensumfang ε'2 ist, wird die dem entsprechende geschätzte Lebensdauer H2 an das Anzeigeteil 59 ausgegeben.
Auf diese Weise wird der durch thermische Ermüdung hervorgerufene Schadensumfang ε'1 und ε'2 des Motors zahlenmäßig genau dargestellt und kann die Lebensdauer H1 und H2 des Motors ohne Eingreifen eines Fachmannes automatisch und genau geschätzt werden (Schritt 410).
Dann wird das Zählergebnis nj des Frequenzzählteils 55 auf Null zurückgesetzt (Schritt 411) und danach das gleiche Verfahren mit den Schritten 402 bis 410 wiederholt. Mit anderen Worten, die Lebensdauer H des Motors wird jedes Mal nach Ablauf der vorbestimmten Zeit τ neu geschätzt und das Schätzergebnis bezüglich der Lebensdauer H des Motors genau korrigiert, selbst wenn sich die Betriebsbedingungen für den Motor ändern.
Ferner kann die Restlebensdauer HLf von jetzt bis zum Ende der Lebensdauer H mittels der obigen Formeln (8) und (10) bestimmt und an das Anzeigeteil 59 ausgegeben werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die Lebensdauer des Motors selbst geschätzt wird, es kann jedoch auch die Lebensdauer jedes Motorteiletyps geschätzt werden.
Bei den durch thermische Ermüdung beschädigten Teilen handelt es sich z. B. um Kolben und Teile für den Kolben (z. B. Kolbenringe). Es ist möglich, nur die Lebensdauer dieser spezifischen Teile zu schätzen.
In diesem Fall wird die in 35 dargestellte Lebensdauerkurve für jeden Motorteiletyp vorbestimmt. Ferner kann der Wert des Gewichts k'j je nach Größe der in 30 dargestellten Wärmeschwankung in Abhängigkeit vom Motorteiletyp variieren. Außerdem ist es möglich, wie in 31 gezeigt, das Verfahren hinsichtlich Betrachtung der nicht kontinuierlichen Detektierdaten als ungültig nur für diese spezifizierten Teile durchzuführen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass eine eindimensionale Abbildung der Temperatur als Wärmeabbildung T verwendet wird, es kann jedoch auch eine zwei- oder mehrdimensionale Abbildung verwendet werden. Wie in 27 dargestellt, kann z. B. die zweidimensionale Abbildung B, die die Größe der Motordrehzahl Ne und die Zahnstangenposition V anzeigt, als Wärmeabbildung verwendet werden, wobei die Größe der Wärme (Größe der Temperatur) jedem Block B1-B16 entspricht.
Der Gegenstand der Lebensdauerschätzung ist nicht auf den Motor selbst oder auf Motorteile beschränkt. Jedes Bauteil, bei dem durch den Motor erzeugte Wärme anfällt, kann Gegenstand der oben genannten Lebensdauerschätzung sein. Es kann z. B. die Lebensdauer einer Kraftübertragungseinrichtung, bei der Kraft vom Motor übertragen wird, oder von Teilen der Kraftübertragungseinrichtung geschätzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Maschine mit einem Motor beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf jede Maschine angewandt werden, die eine Wärmequelle aufweist und durch Wärme beschädigt worden ist, wobei die Lebensdauer durch den Schaden beeinflusst wird.
Mit den oben beschriebenen Ausführungsformen kann der Zeitpunkt der Überholung einer Maschine, z. B. eines Motors, genau geschätzt werden, so dass ein Schaden, z. B. ein größere Motorschaden, durch Wartung zum richtigen Zeitpunkt verhindert wird. Da der Zeitpunkt der Überholung genau geschätzt werden kann, ist eine Wartungsplanung möglich, bei der eine genaue Produktionsplanung, z. B. Fahrzeugeinsatzplanung möglich ist, für die Überholung erforderliche Teile zum richtigen Zeitpunkt vorbereitet werden können und das Management hinsichtlich des Einsatzes der Mechaniker erleichtert wird.
INDUSTRIELLE ANWENDUNG
Der der Lebensdauerschätzung zu unterziehende Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den Motor selbst oder Motorteile beschränkt. Bauteile, bei denen vom Motor erzeugte Wärme anfällt, können Gegenstand der oben beschriebenen Lebensdauerschätzung sein. Die Lebensdauer z.B. einer Kraftübertragungseinrichtung, bei der Kraft vom Motor übertragen wird, oder von Teilen der Kraftübertragungseinrichtung kann geschätzt werden. Der Gegenstand der Lebensdauerschätzung ist ferner nicht auf eine Maschine mit einem Motor beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf jede Maschine angewandt werden, die eine Wärmequelle aufweist und durch Wärme beschädigt worden ist, wobei die Lebensdauer durch den Schaden beeinflusst wird.

Claims

Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor, mit: – Detektiereinrichtungen (2, 3) zum Erfassen von vorbestimmten, Last anzeigenden Betriebsparametern des Motors; – einer Einrichtung (4) zum Auswählen von mindestens einem Betriebsparameter, der eine auf den Motor wirkende Last anzeigt, und zum Unterteilen des mindestens einen Betriebsparameterwertes in mehrere Level sowie zum Einstellen einer mindestens eindimensionalen Lastabbildung, die die Verteilung der Größe der auf den Motor wirkenden Last anzeigt; – einer Zeitintegrationseinrichtung (7,8), die die zu einem Level der Lastabbildung gehörenden Betriebsparameter bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit detektiert; – einr Wichtungseinstelleinrichtung (5), die eine Wichtung gemäß der Größe der Last für jeden Level der Lastabbildung vornimmt; – einer Berechnungseinrichtung (9) zum Ermitteln eines Istwertes für den Schadensumfang des Motors bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit anhand der für jeden Level der Lastabbildung gewichteten Integrationszeit; – einer Einrichtung (6) zum Erstellen einer Durchschnittslebensdauerkurve (L2) als Zusammenhang zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Länge der durchschnittlichen Lebensdauer des Motors, wobei diese Werte während einer Dauerprüfung des Motors ermittelt werden; und – einer Einrichtung (10) zum Berechnen der geschätzten Lebensdauer des Motors aus dem Istwert für den Schadensumfang des Motors und der erfassten Durchschnittslebensdauer.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zwei der Betriebsparameter auswählt und eine zweidimensionale Lastenbildung erstellt.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter während des Motorbetriebs in vorbestimmten Zeitintervallen (t) detektiert werden und die Anzahl der Zeitintervalle bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jedes Level der Lastabbildung gezählt werden.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektiereinrichtungen (2, 3) die ausgewählten Betriebsparameter in jedem vorbestimmten Intervall erfassen; und die Lebensdauerschätzvorrichtung ferner aufweist: – eine Berechnungseinrichtung (28) zum Berechnen des Schwankungsumfangs der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anhand der Werte der von den Detektiereinrichtungen (2, 3) in jedem vorbestimmten Intervall detektierten Betriebsparameter; – eine Einstelleinrichtung (25) zum Einstellen einer Schwankungsumfangsabbildung, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anzeigt; – eine Frequenzmesseinrichtung (29, 30) zum Messen der Frequenz der Berechnung der jeweiligen Größe des Schwankungsumfangs bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung; – eine Wichtungseinstelleinrichtung (26), die eine Wichtung, für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung vornimmt; – eine Berechnungseinrichtung (34) zum Ermitteln eines Istwertes für den Schadensumfang des Motors bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit anhand der gewichteten Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung; – eine Einrichtung (26) zum Voreinstellen eines Zusammenhangs zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Lebensdauer (Lf) durch Vorbetrieb des Motors; und – eine Einrichtung (31) zum Berechnen der geschätzten Lebensdauer des Motors aus dem Istwert für den Schadensumfang des Motors und der erfassten Durchschnittslebensdauer des Motors.
Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor, mit: – Detektiereinrichtungen (2, 3) zum Erfassen von vorbestimmten, Last und Motordrehzahl anzeigenden Betriebsparametern des Motors in jedem vorbestimmten Intervall; – einer ersten Einrichtung (24) zum Einstellen mindestens eines Betriebsparameters, der die auf den Motor wirkende Last und die Motordrehzahl anzeigt, und zum Einstellen einer mindestens eindimensionalen ersten Abbildung, die die Verteilung der Größe der auf den Motor wirkenden Last oder der Größe der Drehzahl durch Aufteilen – eines mindestens einen Betriebsparameterwertes in mehrere Level anzeigt; – einer Beurteilungseinrichtung (27) zum Beurteilen desjenigen Levels der ersten Abbildung in dem vorbestimmten Intervall, zu dem die von den Detektiereinrichtungen (2, 3) in jedem vorbestimmten Intervall detektierten Betriebsparameter gehören; – einer Berechnungseinrichtung (28) zum Berechnen der Schwankungsbreite zwischen pro Zeiteinheit schwankenden Leveln anhand des von der Beurteilungseinrichtung (27) sequentiell beurteilten Levels als Schwankungsumfang der Betriebsparameter pro Zeiteinheit; – einer zweiten Einrichtung (25) zum Einstellen einer zweiten Abbildung, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anzeigt; – einer Frequenzmesseinrichtung (29, 30) zum Messen einer Frequenz der Berechnung der jeweiligen Größe des Schwankungsumfangs bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jede Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung; – einer Wichtungseinstelleinrichtung (26), die eine Wichtung für jede Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung vornimmt; – einer Berechnungseinrichtung (34) zum Ermitteln eines Istwertes für den Schadensumfang des Motors bis zum Ablauf einer voreingestellten Zeit anhand der gewichteten Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der zweiten Abbildung; – einer Einrichtung (26) zum Voreinstellen eines Zusammenhangs zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Lebensdauer (Lf) durch Vorbetrieb des Motors; und – einer Einrichtung (31) zum Berechnen der geschätzten Lebensdauer des Motors aus dem Istwert für den Schadensumfang des Motors und der erfassten Durchschnittslebensdauer des Motors.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abbildung eine zweidimensionale Abbildung der Motordrehzahl und des Drehmoments oder der PS-Leistung des Motors ist und die zweite Abbildung eine eindimensionale Abbildung des Schwankungsumfangs der Motordrehzahl oder eine eindimensionale Abbildung des Schwankungsumfangs des Motordrehmoments oder der PS-Leistung des Motors ist.
Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor, mit: – Detektiereinrichtungen (2, 3) zum Erfassen von vorbestimmten, Last und Motordrehzahl anzeigenden Betriebsparametern des Motors in jedem vorbestimmten Intervall; – einer ersten Einrichtung (24) zum Auswählen mindestens zweier Betriebsparameter, die die auf den Motor wirkende Last und die Motordrehzahl anzeigen, und zum Einstellen einer ersten zwei- oder mehrdimensionalen Abbildung, die die Verteilung der Größe der auf den Motor wirkenden Last und der Größe der Drehzahl durch Aufteilen der mindestens zwei Betriebsparameterwerte in mehrere Level anzeigen; – einer Beurteilungseinrichtung (27), zum Beurteilen desjenigen Levels der ersten Abbildung in dem vorbestimmten Intervall, zu dem die von den Detektiereinrichtungen (2, 3) in jedem vorbestimmten Intervall detektierten Betriebsparameter gehören; – einer Berechnungseinrichtung (33) zum Berechnen eines Schwankungsorts zwischen beiden pro Zeiteinheit schwankenden Leveln anhand des von der Beurteilungseinrichtung (27) sequentiell beurteilten Levels; – einer zweiten Einrichtung (25) zum Einstellen einer zweiten Abbildung, die die Verteilung von Schwankungsorttypen zwischen beiden Leveln pro Zeiteinheit anzeigt; – einer Frequenzmesseinrichtung (29, 30) zum Messen einer Frequenz der Berechnung des jeweiligen Schwankungsorttyps bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jeden Schwankungsorttyp der zweiten Abbildung; – einer Wichtungseinstelleinrichtung (26), die eine Wichtung für jeden Schwankungsorttyp der zweiten Abbildung vornimmt; – einer Berechnungseinrichtung (34) zum Ermitteln eines Istwertes für den Schadensumfang des Motors bis zum Ablauf einer voreingestellten Zeit anhand der gewichteten Frequenz für jeden Schwankungsorttyp der zweiten Abbildung; – einer Einrichtung (26) zum Voreinstellen eines Zusammenhangs zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Lebensdauer (Lf) durch Vorbetrieb des Motors; und – einer Einrichtung (31) zum Berechnen der geschätzten Lebensdauer des Motors aus dem Istwert für den Schadensumfang des Motors und der erfassten Durchschnittslebensdauer des Motors.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine die Last anzeigende Betriebsparameter die Motordrehzahl (Ne) oder die Zahnstangenposition (V) oder die PS-Leistung des Motors ist.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Lebensdauer von Motorteilen schätzt und dass ein spezifizierter vom Detektierziel der Detektiereinrichtung auszunehmender Detektierbereich oder ein spezifizierter vom Beurteilungsziel der Beurteilungseinrichtung auszunehmender Level je nach Motorteiletyp voreingestellt wird.
Lebensdauerschätzvorrichtung für einen Motor nach Anspruch 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Lebensdauer von Motorteilen schätzt und dass sich die Wichtung je nach Motorteiletyp ändert.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 1, 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf der vorbestimmten Zeit die Lebensdauer des Motors neu geschätzt wird.
Lebensdauerschätzvorrichtung für eine Maschine mit einer Wärmequelle, mit: – einer Detektiereinrichtung (42) zum Erfassen von vorbestimmten, Wärme anzeigenden Betriebsparametern der Maschine; – einer Einrichtung (45a) zum Auswählen mindestens eines Betriebsparameters, der eine von der Wärmequelle erzeugte Wärme anzeigt, und zum Unterteilen des mindestens einen Betriebsparameterwertes in mehrere Level sowie zum Einstellen einer ein- oder zweidimensionalen Wärmeabbildung, die die Verteilung der Größe der vom Motor erzeugten Wärme anzeigt; – einer Zeitintegrationseinrichtung (45,46), die die zu einem Level der Wärmeabbildung gehörenden Betriebsparameter bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit detektiert; – einer Wichtungseinstelleinrichtung (43), die eine Wichtung gemäß der Menge der Wärme für jeden Level der Wärmeabbildung vornimmt; – einer Berechnungseinrichtung (47) zum Ermitteln eines Istwertes für den Schadensumfang eines Bauteils der Maschine, das der von der Wärmequelle erzeugten Wärme ausgesetzt ist, bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit anhand der für jeden Level der Wärmeabbildung gewichteten Integrationszeit; – einer Einrichtung (44) zum Erstellen einer Durchschnittslebensdauerkurve (L2) als Zusammenhang zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Länge der durchschnittlichen Lebensdauer der Maschine, wobei diese Werte während einer Dauerprüfung der Maschine ermittelt werden; und – einer Einrichtung (48) zum Berechnen der geschätzten Lebensdauer der Maschine aus dem Istwert für den Schadensumfang der Maschine und der erfassten Durchschnittslebensdauer.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter, der die von der Wärmequelle erzeugte Wärme anzeigt, eine Temperatur ist, und dass die Wärmeabbildung eine eindimensionale Abbildung ist, die die Größe der Temperatur anzeigt.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter während des Maschinenbetriebs in vorbestimmten Zeitintervallen detektiert werden und die Anzahl der Zeitintervalle bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jeden Level der Wärmeabbildung gezählt werden.
Lebensdauerschätzvorrichtung für eine Maschine mit einer Wärmequelle, mit: – einer Detektiereinrichtung (42) zum Erfassen von vorbestimmten, Wärme anzeigenden Betriebsparametern der Maschine in jedem vorbestimmten Intervall; – einer Berechnungseinrichtung (54) zum Berechnen des Schwankungsumfangs der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anhand der Werte der von der Detektiereinrichtung (42) in jedem vorbestimmten Intervall detektierten Betriebsparameter; – einer Einstelleinrichtung (55a) zum Einstellen einer Schwankungsumfangsabbildung, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anzeigt; – einer Frequenzmesseinrichtung (55,56) zum Messen der Frequenz der Berechnung der jeweiligen Größe des Schwankungsumfangs bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung; – einer Wichtungseinstelleinrichtung (52), die eine Wichtung für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung vornimmt; – einer Berechnungseinrichtung (57) zum Ermitteln eines Istwertes für den Schadensumfang eines Bauteils der Maschine, das der von der Wärmequelle erzeugten Wärme ausgesetzt ist, bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit anhand der gewichteten Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der Schwankungsumfangsabbildung; – einer Einrichtung (53) zum Voreinstellen eines Zusammenhangs zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Lebensdauer durch Vorbetrieb der Maschine; und – einer Einrichtung (58) zum Berechnen der geschätzten Lebensdauer der Maschine aus dem Istwert für den Schadensumfang der Maschine und der erfassten Durchschnittslebensdauer der Maschine.
Lebensdauerschätzvorrichtung für eine Maschine mit einer Wärmequelle, mit: – einer Detektiereinrichtung (42) zum Erfassen von vorbestimmten, Wärme anzeigenden Betriebsparametern der Maschine in jedem vorbestimmten Intervall; – einer Einrichtung (60a) zum Auswählen mindestens eines Betriebsparameters, der die von der Wärmequelle erzeugte Wärme anzeigt, und zum Einstellen einer mindestens eindimensionalen Wärmeabbildung, die die Verteilung der Größe der auf den Motor wirkenden Last oder der Größe der Drehzahl durch Aufteilen eines mindestens einen Betriebsparameterwertes in mehrere Level anzeigt; – einer Beurteilungseinrichtung (60) zum Beurteilen desjenigen Levels der ersten Wärmeabbildung in dem vorbestimmten Intervall, zu dem die von – der Detektiereinrichtung (42) in jedem vorbestimmten Intervall detektierten Betriebsparameter gehören; – einer Berechnungseinrichtung (54) zum Berechnen der Schwankungsbreite zwischen pro Zeiteinheit schwankenden Leveln anhand der von der Beurteilungseinrichtung (60) sequentiell beurteilten Level als Schwankungsumfang des Betriebsparameters pro Zeiteinheit; – einer Einrichtung (55a) zum Einstellen einer Wärmeschwankungsabbildung, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs der Betriebsparameter pro Zeiteinheit anzeigt; – einer Frequenzmesseinrichtung (55,56) zum Messen einer Frequenz der Berechnung der jeweiligen Größe des Schwankungsumfangs bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit für jede Größe des Schwankungsumfangs der Wärmeschwankungsabbildung; – einer Wichtungseinstelleinrichtung (52), die eine Wichtung für jede Größe des Schwankungsumfangs der Wärmeschwankungsabbildung vornimmt; – einer Berechnungseinrichtung (57) zum Ermitteln eines Istwertes für den Schadensumfang eines Bauteils der Maschine, das der von der Wärmequelle erzeugten Wärme ausgesetzt ist, bis zum Ablauf einer voreingestellten Zeit anhand der gewichteten Frequenz für jede Größe des Schwankungsumfangs der Wärmeschwankungsabbildung; – einer Einrichtung (53) zum Voreinstellen eines Zusammenhangs zwischen der Größe des Schadensumfangs und der Lebensdauer durch Vorbetrieb der Maschine; und – einer Einrichtung (58) zum Berechnen der geschätzten Lebensdauer der Maschine aus dem Istwert für den Schadensumfang der Maschine und der erfassten Durchschnittslebensdauer der Maschine.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter, der die von der Wärmequelle erzeugte Wärme anzeigt, eine Temperatur ist, und dass die Schwankungsumfangsabbildung eine Abbildung ist, die die Verteilung der Größe des Schwankungsumfangs der Temperatur anzeigt.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter, der die von der Wärmequelle erzeugte Wärme anzeigt, eine Temperatur ist, dass die von der Einrichtung (60a) eingestellte Wärmeabbildung eine eindimensionale Abbildung der Temperatur ist und dass die von der Einrichtung (55a) eingestellte Wärmeschwankungsabbildung eine eindimensionale Abbildung des Schwankungsumfangs der Temperatur ist.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 12, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ein Motor ist, und der Betriebsparameter, der die von der Wärmequelle erzeugte Wärme anzeigt, die Motortemperatur ist.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl und das Motordrehmoment als Betriebsparameter detektiert werden und die Motortemperatur anhand der Werte der Motordrehzahl und des Motordrehmoments bestimmt werden.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 12, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ein Motor ist und dass das Bauteil, das der von der Wärmequelle erzeugten Wärme ausgesetzt ist, ein Teil des Motors oder ein Teil einer Kraftübertragungseinrichtung ist, auf die Kraft vom Motor übertragen wird.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Lebensdauer von Maschinenteilen schätzt, und dass sich die von der Wichtungseinstelleinrichtung (52) eingestellte Wichtung gemäß dem Maschinenteiltyp ändert.
Lebensdauerschätzvorrichtung nach Anspruch 12, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf der vorbestimmten Zeit die Lebensdauer der Maschine neu geschätzt wird.