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Die Erfindung betrifft eine Anlage für das schießende Zuführen von Fügehilfselementen zu einer Verarbeitungseinrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Ermittlung des Wartungsbedarfs eines Zuführschlauchs für Fügehilfselemente.
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Fügehilfselemente sind insbesondere Verbindungselemente, wie bspw. Bolzen, Schrauben, Nieten und dergleichen. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Systeme zum Zuführen von Verbindungselementen zu einer Verarbeitungseinrichtung, z. B. einem Setzkopf, bekannt, bei denen die Verbindungselemente einzeln durch einen Zuführschlauch geschossen werden. Zum Stand der Technik wird bspw. auf die
DE 103 90 182 B4 ,
DE 197 56 798 A1 und
DE 20 2006 017 239 U1 hingewiesen.
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Die
DE 20 2007 013 198 U1 offenbart eine Bremsvorrichtung zum Abbremsen von Fügelementen, die mittels Zuschuss-Druckluft in einer Förderrichtung durch eine Rohrleitung gefördert werden, mit einem Sensor, der die Fügeelemente bei ihrer Bewegung durch die Rohrleitung jeweils detektiert, und einem Bremsluftventil, das jeweils in Abhängigkeit von einem Signal des Sensors geöffnet wird, um Brems-Druckluft über einen Bremslufteinlass entgegen der Förderrichtung in die Rohrleitung einzublasen und dadurch das detektierte Fügeelement abzubremsen.
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Die
DE 696 12 907 T2 offenbart ein System zum Setzen eines Blindniets und Bewerten der Annehmbarkeit des Setzens anhand von mittels Sensoren ermittelten Geschwindigkeiten.
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Die WO 2016 / 102 305 A1 offenbart eine Zuführungseinrichtung zum Zuführen von mechanischen Befestigungselementen, mit einem Transportmittel zum Transportieren der Befestigungselemente mittels Druckluft sowie einer Stopp und Ausrichtungseinheit.
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Die zumeist aus einem flexiblen Kunststoffmaterial gebildeten Zuführschläuche können bis zu 30 m lang sein. Die Schussgeschwindigkeiten liegen bspw. in einem Bereich von 5 bis 15 m/s. Die Zuführschläuche unterliegen jedoch einem Verschleiß, bspw. in Form von Abrieb, Knicken, Lecks etc. Durch fortschreitenden Verschleiß wird die ordnungsgemäße Zuführung der Fügehilfselemente zur Verarbeitungseinrichtung zunehmend gestört. Die Zuführschläuche werden daher regelmäßig ausgetauscht. Zu kurze Austauschintervalle sind mit hohen Kosten verbunden. Hingegen können zu lange Austauschintervalle zum Produktionsstillstand führen.
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Mit der Erfindung sollen Möglichkeiten aufgezeigt werden, wie insbesondere in der Serienfertigung möglichst kostengünstig mit dem Verschleiß von Zuführschläuchen besser umgegangen werden kann.
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Hierzu wird eine erfindungsgemäße Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Eine erfindungsgemäße Anlage bzw. Zuführanlage umfasst mehrere zusammenwirkende Geräte, Vorrichtungen und Einrichtungen und kann daher auch als Zuführsystem bezeichnet werden. Mit einem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung des Wartungsbedarfs eines Zuführschlauchs, insbesondere an einer erfindungsgemäßen Anlage. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
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Die mit dem Patentanspruch 1 vorgeschlagene Anlage für das schießende - Zuführen von Fügehilfselementen zu (wenigstens) einer Verarbeitungseinrichtung umfasst:
- - ein Zuführgerät, welches die Fügehilfselemente vereinzelt bzw. einzelweise abschießt;
- - (wenigstens) einen Zuführschlauch, der an seinem einen Ende mit dem Zuführgerät und an seinem anderen Ende (direkt oder indirekt) mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist; und
- - ein Mess- und Auswertesystem, welches die Geschwindigkeiten der einzeln durch den Zuführschlauch geschossenen Fügehilfselemente erfasst und hieraus einen Wartungsbedarf des Zuführschlauchs ermittelt.
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Die Verarbeitungseinrichtung ist insbesondere ein Setzkopf, der z. B. in einem Pressenwerkzeug, einer Roboter-Nietzange oder dergleichen montiert ist.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es einen Zusammenhang zwischen dem Zustand bzw. Verschleißzustand des Zuführschlauchs und den Geschwindigkeiten der durch den Zuführschlauch geschossenen Fügehilfselemente gibt. Typischerweise nehmen die Geschwindigkeiten mit zunehmendem Verschleiß ab, sodass die Fügehilfselemente irgendwann eine zu geringe Eintrittsgeschwindigkeit in die Verarbeitungseinrichtung aufweisen, was zu Störungen führen kann. D. h., eine zu geringe gemessene Geschwindigkeit, die unterhalb eines Geschwindigkeitsrichtwerts liegt, kann als Kriterium für einen Wartungsbedarf des Zuführschlauchs bewertet werden. Äquivalent zu einer Geschwindigkeitsmessung ist die Messung der Zeitspanne (bzw. des Zeitintervalls), die ein durch den Zuführschlauch geschossenes Fügehilfselement benötigt, um zwei hintereinanderliegende Messpunkte bzw. Messstellen zu passieren, wie nachfolgend noch näher erläutert.
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Das Mess- und Auswertesystem kann mehrere Komponenten umfassen, wie z. B. (Mess)Sensoren, ein Auswertemodul mit Schnittstellen zu den Sensoren und gegebenenfalls zu einer Steuereinrichtung des Zuführgeräts (das Auswertemodul kann auch in die Steuereinrichtung integriert sein), eine Anzeigeeinrichtung (bspw. ein Display oder eine Signalleuchte) und dergleichen.
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Bevorzugt ist das Mess- und Auswertesystem dazu ausgebildet, den Wartungsbedarf durch eine Ausfallprognose für den Zuführschlauch zu ermitteln. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass aufgrund aktueller Messungen prognostiziert wird, nach wie vielen zukünftigen Schüssen bzw. nach welcher Restzeit der Zuführschlauch definitiv ausgetauscht werden muss. Die Wartung bzw. der Austausch kann nahe des tatsächlichen Ausfallzeitpunkts und somit erst relativ spät erfolgen, wodurch einerseits Kosten eingespart und andererseits die Wartungs- bzw. Austauscharbeiten besser geplant werden können.
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Es wird außerdem eine Anlage für das schießende Zuführen von Fügehilfselementen zu (wenigstens) einer Verarbeitungseinrichtung vorgeschlagen, deren Mess- und Auswertesystem die Geschwindigkeiten der durch den Zuführschlauch geschossenen Fügehilfselemente erfasst und bei Bedarf automatisch nachregelt.
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Ein Bedarf zur Nachregelung besteht insbesondere dann, wenn die Geschwindigkeiten zu niedrig sind (d. h. unterhalb eines Geschwindigkeitsrichtwerts oder eines unteren Grenzwerts liegen), was zu geringe Eintrittsgeschwindigkeiten zur Folge hat (s. o.), oder aber auch zu hoch sind (d. h. oberhalb eines Geschwindigkeitsrichtwerts oder eines oberen Grenzwerts liegen), was einen zu hohen Verschleiß, eine zu hohe Geräuschentwicklung und/oder zu hohe Eintrittsgeschwindigkeiten (mit der Gefahr von Rückpralleffekten) zur Folge hat. Die Nachregelung erfolgt vorzugsweise über die Steuereinrichtung des Zuführgeräts, das hierzu bspw. die Einstellungen bzw. Einstellwerte für eine zum Zuführgerät gehörende Druckluft-Blaseinrichtung anpasst. Die Nachregelung erfolgt insbesondere mit dem Ziel, einen vorgegebenen Geschwindigkeitsrichtwert zu erreichen.
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Die Nachregelung kann eine eigenständige erfindungsgemäße Maßnahme darstellen, mit der auf den fortschreitenden Verschleiß des Zuführschlauchs reagiert wird. Die Nachregelung kann allerdings auch eine zur erfindungsgemäßen Ermittlung des Wartungsbedarf des Zuführschlauchs ergänzende Maßnahme darstellen, mit der bis zur Wartung bzw. zum Austausch der störungsfreie Betrieb der Anlage sichergestellt werden kann. Das Mess- und Auswertesystem kann also dazu ausgebildet sein, einerseits den Wartungsbedarf des Zuführschlauchs zu ermitteln und andererseits, insbesondere bis zum Austausch des Zuführschlauchs, die Geschwindigkeiten der durch den Zuführschlauch zu schießenden Fügehilfselemente nachzuregeln, um dadurch insbesondere zu niedrige Eintrittsgeschwindigkeiten der Fügehilfselemente in die Verarbeitungseinrichtung zu vermeiden.
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Bevorzugt weist das Mess- und Auswertesystem wenigstens zwei Sensoren auf, die in Schlauchlängsrichtung mit einem definierten Abstand am anderen Ende des Zuführschlauchs, d. h. an dem Ende, welches direkt oder indirekt mit der Verarbeitungseinrichtung bzw. mit dem Setzkopf verbunden ist, angeordnet sind. An diesem Ende des Zuführschlauchs werden die relevanten Eintrittsgeschwindigkeiten (s. o.) erfasst bzw. gemessen. Mit den beiden Sensoren können die Zeitspannen bzw. Zeitintervalle gemessen werden, in denen die durch den Zuführschlauch geschossenen Fügehilfselemente die beiden in Schlauchrichtung hintereinanderliegenden Sensoren passieren. Die gemessenen Zeitintervalle können als Geschwindigkeitsäquivalente direkt mit Zeitvorgäben bzw. Grenzwerten verglichen werden. Aus den Zeitintervallen und dem Sensorabstand können aber auch die Geschwindigkeiten berechnet werden. Der Sensorabstand liegt bspw. in einem Bereich von 10 mm bis 200 mm und beträgt bevorzugt nicht mehr als 50 mm, was sich als sehr praktikabel erwiesen hat. Anstelle von zwei Sensoren kann auch ein Sensor mit wenigstens zwei Sensorköpfen oder Sensorflächen verwendet werden.
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Bevorzugt sind beide Sensoren von außen am Zuführschlauch bzw. am Ende des Zuführschlauchs, insbesondere dicht (d. h. bspw. mit einem Abstand von nicht mehr als 50 mm) oder direkt (d. h. im Wesentlichen ohne Abstand) vor der Verarbeitungseinrichtung bzw. dem Setzkopf, befestigt, was eine einfache Montage und Demontage ermöglicht, bspw. mittels Schlauchschellen oder Kabelbindern. Die beiden Sensoren können in einem gemeinsamen Sensorgehäuse angeordnet sein, welches von außen am Zuführschlauch befestigt ist.
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Als Sensoren können bspw. induktive oder kapazitive Sensoren verwendet werden. Als Sensoren können auch, insbesondere in Kombination mit einem lichtdurchlässigen Zuführschlauch, Lichtschranken(module) verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Wartungsbedarfs eines Zuführschlauchs für Fügehilfselemente sieht vor, dass anhand der erfassten bzw. gemessenen Geschwindigkeiten der durch den Zuführschlauch geschossenen Fügehiifsetemente, wobei insbesondere die Geschwindigkeit jedes durch den Zuführschlauch geschossenen Fügehilfselements erfasst bzw. gemessen wird, der Zustand des Zuführschlauchs überwacht und bei schlechter werdendem bzw. sich verschlechterndem Zustand, bei dem die ordnungsgemäße Zuführung der Fügehilfselemente zur Verarbeitungseinrichtung nicht mehr gewährleistet ist, der Wartungsbedarf ermittelt bzw. erkannt und angezeigt wird. (Ein sich verschlechternder Zustand äußert sich insbesondere in abnehmenden Geschwindigkeiten, wie obenstehend erläutert.) Die Anzeige kann mittels Display oder Signalleuchte erfolgen. Der Zuführschlauch kann dann rechtzeitig, d. h. nicht zu früh aber auch nicht zu spät, ausgetauscht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt schematisch eine Anlage zum Zuführen von Fügehilfselementen zu einem Setzkopf.
- 2 veranschaulicht schematisch in einem Diagramm die fortschreitende Geschwindigkeitsentwicklung bzw. -veränderung der mit der Anlage aus 1 zugeführten Fügehilfselemente.
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Mit der in 1 gezeigten Anlage 100 werden Fügehilfselemente, wie bspw. metallische Bolzen, Schrauben, Nieten und dergleichen, einer Verarbeitungseinrichtung 200 zugeführt. Die Verarbeitungseinrichtung 200 ist ein Setzkopf, der in einem Pressenwerkzeug oder einem robotergeführten C-Bügel montiert ist und in der Serienproduktion die zugeführten Fügehilfselemente in Werkstücke 300 einfügt bzw. daran befestigt. Die Anlage 100 umfasst ein Zuführgerät 110 mit einer Druckluft-Blaseinrichtung 120 und einer Steuereinrichtung 130 sowie einen Zuführschlauch 150, der das Zuführgerät 110 mit der Verarbeitungseinrichtung 200 verbindet. Im Zuführgerät 110 werden die Fügehilfselemente zunächst aus einem Vorrat vereinzelt und dann mithilfe der Druckluft-Blaseinrichtung 120 einzeln durch den Zuführschlauch 150 zum Setzkopf 200 geschossen, wie mit dem Pfeil S veranschaulicht. Der Zuführschlauch 150 unterliegt dabei einem Verschleiß, was Störungen und schlimmstenfalls sogar Ausfälle mit Stillstandszeiten verursachen kann.
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Der fortschreitende Verschleiß des Zuführschlauchs 150 hat insbesondere zur Folge, dass die Geschwindigkeiten der durch den Zuführschlauch 150 geschossenen Fügehilfselemente abnehmen (siehe auch 2), wodurch sich auch die Eintrittsgeschwindigkeiten v der Fügehilfselemente in den Setzkopf 200 verringern. Sind die Eintrittsgeschwindigkeiten v in den Setzkopf 200 zu niedrig, kann es zu Störungen kommen. Bei einer zu geringen Eintrittsgeschwindigkeit v reicht die kinetische Energie nicht aus, um eine zuverlässige Zuführung in den Setzkopf 200 zu ermöglichen.
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Am setzkopfseitigen Ende des Zuführschlauchs 150 sind unmittelbar vor dem Setzkopf 200 zwei Sensoren 141 und 142, bspw. induktive Sensoren, angeordnet, mit denen möglichst exakt die Eintrittsgeschwindigkeiten v erfasst bzw. gemessen werden können. Die Sensoren 141 und 142 bilden zusammen mit der Steuereinrichtung 130 des Zuführgeräts 110 ein Mess- und Auswertesystem. Die beiden Sensoren 141 und 142 sind außen am Zuführschlauch 150 befestigt und weisen einen bestimmten Abstand zueinander auf. Ein durch den Zuführschlauch 150 geschossenes Fügehilfselement wird nacheinander an beiden Sensoren 141 und 142 erkannt. Der gemessene Zeitraum (Δt) zwischen den beiden Erkennungssignalen lässt sich dann über den Abstand der beiden Sensoren 141 und 142 in einen Geschwindigkeitswert umrechnen. Je geringer der Abstand bzw. Messstellenabstand zwischen den Sensoren 141 und 142 zueinander ist und je dichter die Sensoren 141 und 142 bzw. die Messanordnung zum Setzkopf 200 angeordnet sind, desto besser können die Eintrittsgeschwindigkeiten der Fügehilfselemente in den Setzkopf 200 (oder ein Äquivalent hierzu; s. o.) erfasst werden.
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Mithilfe der Sensoren 141 und 142 kann die Eintrittsgeschwindigkeit v jedes durch den Zuführschlauch 150 geschossenen Fügehilfselements erfasst bzw. gemessen werden. Unterschreiten die Eintrittsgeschwindigkeiten v einen unterhalb eines Geschwindigkeitsrichtwerts liegenden unteren bzw. minimalen Grenzwert (siehe 2) kann die Steuereinrichtung 130 die Luftzufuhr bzw. Luftmenge (Zuschussluft) für die Druckluft-Blaseinrichtung 120 automatisch nachregeln, sodass die Fügehilfselemente wieder den Geschwindigkeitsrichtwert erreichen oder zumindest die Eintrittsgeschwindigkeiten v oberhalb des unteren Grenzwerts liegen. Auf diese Weise kann auch bei zunehmendem Verschleiß des Zuführschlauchs 150 die ordnungsgemäße Zuführung der Fügehilfselemente zum Setzkopf 200 gewährleistet werden.
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Eine solche automatische Nachregelung kann prinzipiell auch beim Überschreiten des Geschwindigkeitsrichtwerts bzw. eines oberhalb des Geschwindigkeitsrichtwerts liegenden oberen bzw. maximalen Grenzwerts erfolgen. Tritt ein Fügehilfselement nämlich mit einer zu hohen Geschwindigkeit v in den Setzkopf 200 ein, hat es eine solch hohe kinetische Energie, dass es abprallt und wieder zurück in den Zuführschlauch 150 gelangt oder sogar eine Beschädigung im Setzkopf 200 verursacht. Auch die Fügehilfselemente können beschädigt werden. Mit der Nachregelung können also grundsätzlich korrekte Eintrittsgeschwindigkeiten v sichergestellt werden.
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Obere (maximale) und untere (minimale) Grenzwerte können für jede Anlage 100 und Verarbeitungseinrichtung 200 gesondert bestimmt werden, wobei auch die Verlegung des Zuführschlauchs 150, insbesondere Schlauchbiegungen und -torsionen, berücksichtigt werden können. (Eine minimale oder maximale Geschwindigkeitsgrenze wird häufig auch vom Hersteller der Verarbeitungseinrichtung bzw. des Setzkopfs 200 vorgegeben.) Ferner lassen sich für jede einzelne Setz- bzw. Fügeposition Grenzwerte der Geschwindigkeit definieren, bei deren Über- bzw. Unterschreitung eine automatische Nachregelung der Luftmenge erfolgen kann.
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Ergänzend zur Nachregelung oder auch als eigenständige Maßnahme kann vorgesehen sein, dass aus den fortlaufend erfassten Geschwindigkeiten v der durch den Zuführschlauch 150 geschossenen Fügehilfselemente der Wartungsbedarf des Zuführschlauchs 150 ermittelt und angezeigt wird. In 2 ist graphisch die Geschwindigkeitsentwicklung der erfassten Geschwindigkeitswerte v über der Zeit t bzw. der Schussanzahl n veranschaulicht. Nähern sich die tatsächlich gemessenen Geschwindigkeiten v dem unteren Grenzwert, wird der Wartungsbedarf des Zuführschlauchs 150 erkannt und eine Meldung bzw. Warnmeldung generiert und angezeigt, sodass der Schlauchwechsel seitens der Instandhaltung eingeplant werden kann. Idealerweise werden hierbei Schwankungen in der Geschwindigkeitsmessung berücksichtigt, damit kein Fehlalarm zum Schlauchtausch ausgelöst wird.
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Bevorzugt wird der Wartungsbedarf jedoch durch eine Ausfallprognose ermittelt. D. h., aus den gemessenen Geschwindigkeiten v wird eine möglichst genaue Aussage über den erwarteten Ausfallzeitpunkt A abgeleitet.
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Ein prognostizierter Ausfallzeitpunkt des Zuführschlauchs 150 ermöglicht dann eine genauere zeitliche und personelle Planung von Instandhaltungsmaßnahmen (der Schlauchtausch kann bspw. außerhalb des laufenden Betriebs geplant werden), sodass der verschlissene Zuführschlauch 150 vor dem Ausfall getauscht werden kann. Zwischen dem Schlauchtausch und dem prognostizierten Ausfallzeitpunkt kann so wenig Zeit wie möglich, aber so viel Zeit wie nötig liegen. So wird gewährleistet, dass der Zuführschlauch 150 möglichst lange genutzt wird und dennoch kein Produktionsstillstand droht.
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Eine Ausfallprognose kann auf der Annahme einer bestehenden Korrelation zwischen den Geschwindigkeiten bzw. Eintrittsgeschwindigkeiten v der Fügehilfselemente, dem Drucklufteinstellwert für die Druckluft-Blaseinrichtung 120 und dem Verschleißzustand des Zuführschlauchs 150 beruhen.
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Für die Ausfallprognose kann eine bestimmte Setz- bzw. Fügeposition (an der bei jedem Werkstück 300 ein Fügehilfselement gesetzt wird) ausgewählt werden, die dann repräsentativ im zeitlichen Verlauf betrachtet wird. Die Geschwindigkeitswerte v an dieser Setz- bzw. Fügeposition werden kontinuierlich bzw. fortlaufend erfasst und für eine möglichst genaue Aussage des Zustands bzw. Verschleißzustands und des Ausfallszeitpunkts ausgewertet.
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Für die Ausfallprognose wird die Geschwindigkeitsentwicklung v(t) bzw. v(n) ausgehend vom aktuellen Zustand H rechnerisch in die Zukunft fortgeführt und mit jedem neuen Messwert aktualisiert, wodurch sich eine Trendlinie bis zum prognostizierten Ausfallzeitpunkt A ergibt. Der Zeitpunkt, an dem der Wartungsbedarf erkannt bzw. identifiziert und angezeigt wird, kann mit zwei verschiedenen Ansätzen, die auch miteinander kombinierbar sind, ermittelt werden:
- 1. Der Wartungsbedarf wird erkannt und angezeigt, sobald die erfassten bzw. gemessenen Geschwindigkeiten v der Fügehilfselemente nur noch einen gewissen Prozentsatz (Warnschwelle) über dem unteren Grenzwert liegen.
- 2. Der Wartungsbedarf wird erkannt und angezeigt, sobald eine definierte Zeitspanne bis zum prognostizierten Ausfallzeitpunkt A unterschritten wird.