发明内容

因此，本发明的任务是提供一种用于监测由具有电机控制器的电动机驱动的变速器的方法，其降低了驱动器过早故障的风险和/或实现了对变速器更温和的操作模式。

本发明通过具有权利要求1的特征的方法来实现。从属权利要求的特征涉及有利的实施例。

根据本发明，该方法提供监测随着转矩过零的负载变化。此处，电动机和/或电机控制器的至少一个运行参数被测量和/或评估以监测负载变化。

该方法基于以下认知：过零负载变化，即驱动器施加在变速器上的转矩方向发生变化时的负载变化，会在特定程度上导致变速器的磨损。变速器尤其可以是有齿变速器。

这尤其涉及当变速器具有所谓的游隙时的情况。这特别是指当发动机施加在变速器上的转矩方向发生变化时，在负载变化期间，导致变速器中的齿面短时间失去相互接触的齿轮齿隙。只有当齿面彼此重新啮合时，变速器才会将转矩传递回由变速器驱动的设备。这导致电机在负载变化的瞬间必须处理比负载变化之前和之后的运行期间低得多的负载，电机的调节或控制通常是为此设计的。在这短暂的时刻，电机只需要移动自身的一部分。这会导致齿面在脱离啮合时彼此建立一定的相对速度，因此，当它们彼此重新啮合时，它们会以某种力相互撞击。这会导致齿面磨损，进而导致齿轮间隙或游隙的进一步增大。

然而，在负载变化期间的这种增加的磨损也会出现在没有齿侧间隙的齿轮组中，例如预加载的齿轮组，尤其是预加载的行星齿轮组。在这种齿轮组中，齿面不能脱离。然而，在电机的具有过零转矩的负载变化期间，变速器上会出现增大的应力。在这些情况下，负载变化会导致齿面的表面之间的压力增大，这也会导致磨损增加，从而导致齿轮组过早老化。

该方法可以提供对负载变化的监测，用于检测并且尤其是用信号通知临界运行状态。例如，这使得可以在试运行期间检测齿轮组是否会因后续操作中的负载变化而承受比齿轮组设计允许的更大的应力。例如，当出现临界操作条件时，可以输出光学和/或声学信号。在这种情况下，例如可以通过改变控制参数，特别是发动机控制系统的控制参数，实现更加保护齿轮的操作模式。然而，临界运行状态不仅可以在试运行期间发出信号，而且也可以在后续运行期间发出信号。这在操作过程中由驱动器执行的运动变化很大的应用中特别有用。例如，手动控制的驱动器就是这种情况。在这种情况下，关键运行状态的信号警告操作人员，以便他们可以影响驱动器的运行模式，以便在负载变化时保护齿轮组。

替代地和/或另外地，负载变化的监测可以用于记录变速器的负载和/或磨损。这尤其可以通过存储在测量电动机的至少一个运行参数及其评估期间获得的数据来实现。通过这些数据可以得出关于齿轮组的负载和/或磨损的类型和/或程度的结论。通过这种方式，可以进行回顾性故障分析。特别地，数据可以存储在所谓的电子日志中。以这种方式获得的数据也可以评估用于驱动器的设计。这些数据还可以支持维护和/或维修工作，例如，通过在运行期间驱动器故障之前，作为计划维护间隔的一部分，及时响应增加的磨损。

替代地和/或另外，监测可用于触发自动操作干预。自动操作干预可以是紧急停机。这种紧急停机尤其可以最终防止间接损坏的发生。也可能的是，自动操作干预首先提供运行模式的适配，例如通过在负载变化时以较低的速度或转矩梯度致动驱动器。换句话说，这意味着一种类型的“保存操作”根据对负载变化的监测而触发。

被测量的电动机或电机控制单元的运行参数可以是转矩、电机位置、速度、电压、电流和/或功率。在电动机和/或电机控制领域中的运行参数的测量具有以下优点：在电机控制和/或电动机领域中——与变速器领域相反——特定的计量基础设施已经可用。通常，至少一个合适的电压源和/或电缆可用。通常，电动机和/或电机控制器也已经具有测量运行参数所需的传感器技术，因为这例如可用于控制目的。

尤其是，上述运行参数的随时间变化的进程可以在齿轮游隙方面进行评估。例如，在监测电机位置时，可以确定位置误差，即实际电机位置与理想(即理想的刚性且没有任何齿隙)驱动部分产生的电机位置的偏差。如果电机旋转方向发生变化并且齿轮组存在齿轮游隙，则会导致位置误差过程中出现特征性跳跃点。

替代地和/或附加地，例如，转矩和电机位置的随时间变化的过程可以作为彼此的函数被测量和评估。在负载变化过程中电机转旋方向刚反转后，由于齿轮齿隙，转矩最初会很低，并且在齿面相互啮合时的瞬间急剧上升。关于齿轮齿隙的结论也可以从电机在急剧转矩上升之前已经旋转的角度得出。

特别是，可以监测负载循环数。负载循环数可以作为变速器上机械负载的量度。这可以是该方法的有利设计，特别是如果负载变化在由它们引起的变速器上的机械负载方面彼此仅在很小程度上不同。特别地，超过预定的负载循环数可以被检测为临界运行状态。可以用信号通知检测到的临界运行状态。

可以对负载变化的频率进行监测。负载变化的频率可以是负载变化的瞬时频率，其可以例如从到相应的后续负载变化的时间间隔计算。替代地和/或补充地，可以考虑在特定时间段内平均的频率。例如，平均频率还可以通过记录特定时间段内的负载变化数并随着负载变化的频率对其进行监测来确定。更高频率的负载变化相应地导致变速器上更高的机械负载。超过指定的频率可以被检测到并作为临界运行条件发出信号。

此外，可以监测齿轮间隙。齿轮齿隙可以看作是发动机现有磨损的度量。因此，超过预定的齿轮齿隙可以被检测到并作为临界运行条件发出信号。

在这种情况下，特别有利的是，通过根据电机位置的时间相关特性来监测电机转矩的时间相关特性来如上所述地监测齿轮齿隙。同样，可以在转矩过零时监测与时间相关的转矩梯度。如果超过预定的转矩梯度，这可以被检测到并作为临界运行状态发出信号。

例如，电机位置可以通过旋转编码器确定。如果电机(通常是这种情况)无论如何都配备了旋转编码器，则这是特别有利的。转矩可以有利地从电机的电运行参数获得——特别是电压和/或电流。以此方式，可以以相对简单的方式确定用于监测负载变化的运行参数。

此外，负载的特征值和/或变速器的磨损可以根据负载变化次数、负载变化频率、齿轮间隙和/或转矩梯度的监测结果来确定。这样的特征值可以考虑变速器磨损的不同因素，从而与仅监测上述与磨损相关的因素之一的情况相比，总体上获得了对变速器磨损的更准确测量。可以对超过该特征值的指定值进行检测并将其作为临界运行条件发出信号。

在确定负载的特征值和/或变速器磨损时，可以使用能量平衡。因此，对于负载变化期间变速器中发生的“冲击”，可以计算出该冲击前后系统中的动能之差。该差可以用作冲击期间塑性材料变形所消耗的能量的度量，至少可以作为很好的近似值。

电动机可以由逆变器控制。然后可以在转换器处测量诸如电压和/或电流之类的运行参数。用于控制电动机的现代转换器还具有相应的控制和/或调节电子装置，其因此可以集成到所述过程的实施方式中。

该方法可以提供，考虑到受相应负载变化影响的传动元件的面积来评估至少一个运行参数。每当变速器的元件相对于彼此处于特定位置时，当负载变化以统计累积发生时，这尤其有用。变速器的元件，例如齿轮，然后统计性地聚集在彼此接合的某些区域中。这些区域然后比受影响的变速器的其他区域受到更大的磨损。

因此，检测各个齿轮元件和/或电机的角位置可能是有用的。然后至少一个运行参数可以根据该位置或这些记录的位置来评估。这使得可以识别因负载变化而增大的磨损所影响的各个变速器元件的区域。

变速器元件可以是齿轮。理想情况下，然后可以识别受相应的负载变化影响的各个齿。为此，特别是可以检测电机轴的角位置和/或变速器的轴的角位置。然后至少一个运行参数可以根据相应的受影响的齿来评估。如果变速器涉及执行频繁负载变化的重复运动模式，这尤其可以更好地评估变速器的使用寿命。

特别是如果齿轮组为工业机器人的部件，则为后者这种情况。在工业机器人的应用中，驱动器很少能完成整个旋转。而是，它们通常只旋转无限的角度范围。这也适用于自动化技术领域。在这里也有大量的驱动任务，其中驱动器重复执行相同的运动，并且相对于所覆盖的总距离，执行大量的负载变化。

在所有这些应用中，如果变速器的相同齿反复受到负载变化的影响，相较于变速器中由于负载变化而导致齿上的应力随机分布且因此均匀分布在所有齿上，其磨损将快得多。因此，考虑受到相应负载变化影响的齿轮元件的区域而进行的评估在此类应用中尤其有利。