Verschleißzustands einer elektrischen Leitung

Die Erfindung betrifft allgemein eine Lösung zur Zustandsüberwachung (Engl. : condition monitoring) einer oder mehrerer elektrischer Leitungen, die zur Übertragung von Daten und/oder elektrischer Energie dienen. Die Erfindung betrifft insbesondere die Überwachung des Verschleiß zustands (Engl. : wear condition monitoring) einer elektrischen Leitung, die innerhalb einer bzw. durch eine dynamische bzw. bewegliche Leitungsführungseinrichtung geführt wird.

Dynamische Leitungsführungseinrichtungen wie z.B. Energieführungsketten dienen zum Führen mindestens einer Leitung z.B. eines Datenkabels oder Energiekabels zwischen zwei Anschlussstellen, von denen mindestens eine zur anderen relativ beweglich ist und sind an sich bekannt.

Die darin geführten Leitungen werden u.a. bedingt durch die typisch hohe Anzahl an Bewegungszyklen stark beansprucht.

Ungeachtet der Bauart der Leitungsführungseinrichtung bzw. Energieführungskette, werden die geführten Leitungen im Betrieb dynamisch beansprucht. Die Leitungen unterliegen unvermeidbarem Verschleiß und werden daher mit steigender Anzahl gefahrener Bewegungs zyklen ausfallgefährdet. Deshalb besteht gerade bei beweglich geführten Leitungen ein Bedarf, den durch unvermeidbaren Verschleiß bedingten Alterungszustands der elektrischen Leitung zu überwachen .

Die vorliegend gattungsgemäßen Überwachungssysteme bzw. Überwachungsgeräte sind keine eigentlichen Messgeräte, da sie nicht primär auf eine messtechnisch genaue quantitative Ermittlung von physikalischen Größen ausgelegt sind bzw. hierfür nicht bestimmt sind. Vielmehr handelt es sich um Überwachungseinrichtungen, welche dazu bestimmt und eingerichtet sind, in industriellen Anwendungen vorausschauende Wartung (Englisch: predictive maintenance) zu ermöglichen, z.B. um unvermeidbare Ausfälle vorzubeugen und insoweit insbesondere eine qualitative Erkenntnis zu einem sich verschlechternden Leitungszustand bzw. Verschleiß zustand ermöglichen sollen.

Ausfälle von Leitungen können zu Betriebsunterbrechungen durch Ausfall der versorgten Maschine bzw. Anlage und damit verbundenen hohen Kosten führen. Zur Vorbeugung solcher Ausfälle dienen gattungsgemäße Überwachungslösungen .

Lösungen zur Zustandsüberwachung einer oder mehrerer elektrischer Leitungen hat die Anmelderin selbst bereits in WO 2018/196949 Al und in WO 2020/104491 Al vorgeschlagen.

Bei der Lösung nach WO 2018/196949 Al erfolgt eine Leitungsqualitätsüberwachung indirekt über eine repräsentative, spezielle Messleitung bzw. über eigens in die zu überwachende Leitung integrierte Messadern, welche ausschließlich der Überwachung dienen. Dadurch kann besonders einfache Technik z.B. eine Widerstands- oder Leitwertüberwachung genutzt werden.

Die Lösung aus WO 2020/104491 Al erfordert keine gesonderte Messadern und ist speziell für Leitungen zur Datenübertragung z.B. ETHERNET-Leitungen bestimmt. Bei dieser Lösung wird vorgeschlagen, ein inf ormatisches Qualitätsmerkmal der Datenübertragung, z.B. ein protokollinhärentes Merkmal, zu nutzen.

Eine weitere Lösung zur Ermittlung des Zustands einer elektrischen Leitung wurde beispielsweise in EP 3 715 880 Al vorgeschlagen. Hierin wird zur Ermittlung des Zustands einer elektrischen Leitung vorgeschlagen, während des Nutzbetriebs besondere Messimpulse auf die Leitung zu geben, zu denen dann reflektierte Signalanteile ausgewertet werden, um eine zugehörige Reflexionsstelle zu erkennen aufgrund welcher ein Rückschluss über den Zustand der elektrischen Leitung bestimmt werden soll. Die Messimpulse sollen dabei in zeitlichen Intervallen zwischen Datenpaketen des Nutzsignals aufgegeben werden.

Alle vorgenannten Lösungen erlauben grundsätzlich eine Überwachung im laufenden Betrieb der Leitung. Typischerweise - z.B. bedingt durch die industrielle Anwendungsumgebung - erfolgt die Auswertung, zumindest jedoch die Informationsübermittlung an den Systemnutzer, an einer von der zu überwachenden Leitung bzw. Anwendung entfernten Stelle, z.B. an einem Anlagensteuerpult, einem Prozessleitstand oder einer ähnlichen zentralen Stelle. So schlägt z.B. EP 3 715 880 Al vor, die Vorrichtung mit einem zentralisierten Rechner zu verbinden, in dem Teile der Prozesse ablaufen bzw. erfasste Daten abgespeichert werden.

Eine weitere Lösung zur Leitungsüberwachung zur Zustandsüberwachung einer elektrischen Leitung, die Bewegungsbelastungen ausgesetzt ist, wurde in WO 2012/061979 Al vorgeschlagen. Das in WO 2012/061979 Al vorgeschlagene Überwachungsgerät beruht auf einem ähnlichen, aber einfacheren Prinzip als in EP 3 715 880 Al. Es umfasst einen Testsignalgenerator und einen Filter, welches ein vom Testsignal erzeugtes Prüfsignal extrahiert sowie eine Auswerteeinheit mit mindestens einem Vergleicher, welcher das Prüfsignal mit einem Referenzwert vergleicht, um bei Überschreiten eines Schwellwerts ein Warnsignal zu erzeugen.

Ausgehend vom vorbekannten Stand der Technik liegt mithin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Lösung zur Zustandsüberwachung mindestens einer elektrischen Leitung vorzuschlagen, welche die Nutzerfreundlichkeit insbesondere für das Wartungspersonal spürbar verbessert. Die Lösung soll dabei insbesondere eine möglichst schnelle und zielführende Wartung insbesondere vorausschauende Wartung unterstützen.

Dies wird erreicht durch ein Überwachungsgerät nach Anspruch 1, ein Überwachungssystem nach Anspruch 10 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 11. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung bzw. ein Gerät zur Überwachung des Verschleißzustands einer elektrischen Leitung insbesondere einer Leitung, die durch eine dynamische bzw. bewegliche Leitungsführung wie z.B. durch eine Energieführungskette geführt ist. Die Vorrichtung bzw. das Gerät zur Überwachung umfasst dabei insbesondere :

- eine Signaleinheit, die zur Übertragung, Verarbeitung und/oder Auswertung von Signalen bestimmt und eingerichtet ist, wobei die Signale von einer zu überwachenden elektrischen Leitung übertragen werden, wobei die Signale insbesondere auch bestimmungsgemäße Nutzsignale sein können; und

- eine Auswerteeinheit, welche mit der Signaleinheit zusammenwirkt und bestimmt und eingerichtet ist um insbesondere auf Grundlage von Übertragung, Verarbeitung und/oder Auswertung durch die Signaleinheit mindestens eine Information zum Verschleißzustand der zu überwachenden Leitung zu ermitteln.

Zur Verbindung mit der Leitung ist insbesondere mindestens eine Schnittstelle, insbesondere ein physischer Anschluss vorgesehen, mittels welcher die Signaleinheit mit der zu überwachenden Leitung verbindbar ist.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Überwachungsgerät modular ausgeführt ist und zumindest die Auswerteeinheit, die Signaleinheit und die Schnittstelle in einem Modulgehäuse vereint aufweist und dass das Überwachungsgerät bzw. Modulgehäuse weiterhin ein Display zur insbesondere grafischen und/oder alphanumerischen Informationsdarstellung aufweist.

Anhand des Displays können dem Wartungspersonal vor Ort an oder in der überwachten Anlage bzw. Maschine Informationen zum Verschleißzustand angezeigt werden. Hierbei kann z.B. ein auf der mindestens einen Zustandsinformation beruhender Wartungshinweises unmittelbar am Überwachungsmodul bzw. Überwachungsgerät angezeigt werden, ohne dass eine Verbindung mit einem weiteren Gerät z.B. einem tragbaren Rechner oder dgl . erforderlich ist.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass das Überwachungsgerät ein, zumindest nach Einrichtung ggf . über Server, bzgl. der notwendigen Informationen für Wartungszwecke autarkes Modul bildet, das eigenständig, ohne übergeordneten Rechner oder dgl. , dem Nutzer relevante Wartungsinformation anzeigen kann. Dies erhöht die Nutzerf reundlichkeit , vermeidet Verzögerung zur Ermittlung relevanter Information und bietet ggf. eine Redundanz, z.B. im Falle eines Ausfalls der Verbindung zum übergeordneten Rechner .

Besonders bevorzugt ist das Display zur pixelformatierten Informationsdarstellung ausgeführt, insbesondere als TFT-Display, LC-Display und/oder OLED-Display oder dgl . , um komplexere Informationen unterschiedlichster Art und in wählbaren Formaten oder Sprachen anzeigen zu können.

In bevorzugter Ausführungsform wird das Display von der Auswerteeinheit gesteuert. Dabei kann die Auswerteeinheit das Display insbesondere zur Darstellung pixelformatierter Bilddaten und/oder über eine vorzugsweise serielle IC-Schnittstelle, z.B. über I2C oder dgl. ansteuern.

In besonders bevorzugter Kombination mit dem Display wird als Auswerteeinheit eine programmierbare integrierte Schaltung vorgesehen, insbesondere ein Mikrocontroller bzw. Mikroprozessor oder dgl, wie z.B. ein DSP, FPGA usw. Dies erlaubt hohe Flexibilität hinsichtlich der Grundeinstellungen bzw. das Aufspielen wahlweiser Firmware zur Überwachung unterschiedlicher Leitungsarten und entsprechend angepasster bzw. wählbarer Informationsanzeige am Display. Besonders bevorzugt umfasst die programmierbare, integrierte Schaltung einen nichtflüchtigen Speicher insbesondere zur Speicherung von Firmware und dgl.

Die Signaleinheit wiederum kann, insbesondere falls eine Datenleitung zu überwachen ist, einen Datenübertragungs- Transceiver insbesondere einen Ethernet-Transceiver vorzugsweise mit einer TDR-basierten Leitungsdiagnosefunktion, umfassen. Im Handel sind Transceiver erhältlich, welche zur Erkennung von Fehlern bei der Systeminstallation TDR-Prüf funktionen aufweisen, etwa um korrekte Leitungsabschlüsse, -längen und sonstige Parameter zu prüfen. Solche TDR-basierten Leitungsdiagnosefunktion können vorteilhaft ausgenutzt werden, um eine laufende Zustandsüberwachung zu ermöglichen und/oder zu unterstützen.

In einer Weiterbildung ist das Modul insbesondere die Auswerteeinheit vorzugsweise eingerichtet, um eine Schadstelle der überwachten Leitung zu erkennen und einen Abstand zur erkannten Schadstelle zu ermitteln und mittels des Displays den ermittelten Abstand anzuzeigen. Hierzu kann z.B. eine TDR-basierte Leitungsdiagnosefunktion wie einleitend in EP 3 715 880 Al beschrieben genutzt werden.

Ergänzend oder alternativ ist das Modul insbesondere die Auswerteeinheit vorzugsweise eingerichtet, um eine Übertragungsgüte auf Grundlage von Übertragung, Verarbeitung und/oder Auswertung durch die Signaleinheit zu ermitteln und mittels des Displays die ermittelten Übertragungsgüte anzuzeigen. Hierzu kann beispielsweise ein inf ormatisches Qualitätsmerkmal der Datenübertragung, vorzugsweise anhand mindestens einer protokollinhärenten Funktion, wie z.B. auf der Datensicherungsschicht des OSI-Modells genutzt werden wie in WO 2020/104491 Al vorgeschlagen.

Weiterhin kann das Modulinsbesondere die Auswerteeinheit, vorzugsweise eingerichtet sein, um eine Ausfallursache auf Grundlage von Übertragung, Verarbeitung und/oder Auswertung durch die Signaleinheit zu ermitteln und mittels des Displays die drohende oder erkannte Ausfallursache anzuzeigen. Dabei kann z.B. erkannt werden, ob die Verschlechterung der Leitungsqualität sich aus Beschädigung der Leitung ergibt, welche Leitungseigenschaften an sich verändert sind oder z.B. in endseitigen Steckerverbindern bedingt liegt, die sich verschlechtert haben.

In bevorzugter Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Überwachungsgerät, insbesondere die Auswerteeinheit, einen Webserver umfasst und eine Schnittstelle, vorzugsweise eine Drahtlos-Schnittstelle, insbesondere Funk-Schnittstelle, zur Kommunikation mit dem Webserver aufweist. Dabei kann die Auswerteeinheit vorzugsweise eingerichtet sein zur Parametrierung und/oder zwecks Datenaustausch über den Webserver. So kann z.B. auch eine Aktualisierung der Firmware erfolgen oder eine Initialisierung mit Referenzwerten aus einer Datenbank mit leitungsspezifischen Parametern erfolgen. Hierbei kann insbesondere auch die Art der Darstellung am Display wählbar eingestellt werden z.B. hinsichtlich des anzuzeigenden Inhalts und/oder dessen Format, dessen Sprache usw.

Für die Überwachung einer oder mehrerer Datenleitungen hat das Überwachungsgerät bevorzugt mindestens zwei physische Leitungsanschlüsse, insbesondere zwei Steuerleitungs- bzw. Datenleitungsanschlüsse, wie z.B. RJ45-Anschlüsse , DriveClique- Anschlüsse, M23-Rundstecker-Anschlüsse oder dgl . Hierbei kann die Signaleinheit über geeignete Schnittstellen, insbesondere ETHERNET-Schnittstellen, mit den Anschlüssen zwecks Signalübertragung, insbesondere Datenübertragung, kommunizieren bzw. verbunden sein.

Zur gesteigerten Nutzerf reundlichkeit kann das Modul bzw. Überwachungsgerät zusätzlich zum Display eine Anzahl Signalleuchten zur Zustands- bzw. Statusanzeige aufweisen, z.B. in Art einer Ampelanzeige hinsichtlich eines guten („grün") , eines wartungsreifen („orange" bzw. „gelb") und kritischen bzw. ausgefallenen („rot") Leitungszustands, wobei die Signalleuchten ergänzend neben dem Display am bzw. im Modulgehäuse angeordnet sind. Derartige Signalleuchten bieten dann ggf. eine Kontrollmöglichkeit, dahingehend dass das Modul bzw. Überwachungsgerät funktionsfähig in Betrieb ist.

In einer praktischen Ausführungsform hat das Modulgehäuse eine Frontseite, insbesondere eine als Schmalseite ausgeführte Frontseite, an welcher das Display angeordnet ist, und eine Rückseite mit einer Befestigungsvorrichtung aufweist, wobei das Display vorzugsweise ein Verhältnis Breite :Höhe h 2:1 aufweist und z.B. mit seiner Längsachse parallel zur Länge der Schmalseite angeordnet ist. Dies erlaubt u.a. eine kompakte Bauweise.

Für industrielle Anwendungen besonders vorteilhaft ist eine Montage des Moduls in einem Schaltschrank oder dgl. , wie bei Industrieanlagen bzw. -maschinen üblich. Dazu hat das Modul bevorzugt die Befestigungsvorrichtung an der Rückseite des Modulgehäuses in Form einer Rastbefestigung zur Montage an einer DIN-/Hutschiene . Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn das Modulgehäuse kompakt, z.B. im wesentlichen quaderförmig, ausgeführt und insbesondere zur Schaltschrankmontage dimensioniert ist, wobei die Frontseite vorzugsweise Abmessungen mit H x B 180mm x 60mm aufweist sodass eine vergleichsweise geringer Breite im Schaltschrank eingenommen wird.

Die vorgeschlagene Lösung ist zur Überwachung im laufenden Betrieb von bewegten Leitungen, insbesondere Datenleitungen, an oder in industriellen Maschinen und Anlagen geeignet, d.h. während der bestimmungsgemäßen Nutzung der Leitung. Das vorgeschlagene Überwachungsmodul eignet sich insbesondere zur Anwendung in einem industriellen System, insbesondere System mit einem Industrieroboter, umfassend eine zu überwachende elektrische Leitung, eine bewegliche Leitungsführungseinrichtung, insbesondere Energieführungskette, zum Führen der Leitung zwischen einer ersten Anschlussstelle und einer dazu relativbeweglichen zweiten Anschlussstelle, insbesondere an einem Industrieroboter, sowie ein erfindungsgemäßes Modul bzw. mit der zu überwachenden elektrischen Leitung verbindbares Überwachungsgerät. Hierbei kann die zu überwachende elektrische Leitung insbesondere eine Vorrichtung am Endeffektor bzw. an der Roboterhand des Industrieroboters versorgen. Aufgrund des stetig zunehmenden Automatisierungsgrades und der Anfälligkeit von Leitungen an Robotern erlaubt die vorgeschlagene Lösung insbesondere in dieser Anwendung eine spürbare Beschleunigung und Vereinfachung der Wartung und/oder gezielte präventive Wartung.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Überwachung des Verschleißzustands einer elektrischen Leitung die durch eine bewegliche Leitungsführungseinrichtung, insbesondere durch eine Energieführungskette, geführt ist, vorgeschlagen. Beim vorgeschlagenen Verfahren wird ein modulares Überwachungsgeräts genutzt, das mit der zu überwachenden Leitung verbunden ist und zumindest eine Auswerteeinheit und eine Signaleinheit aufweist.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagenen, dass das modulare Überwachungsgerät selbst ein Display aufweist und mit diesem Display Information zum Verschleißzustand der zu überwachenden Leitung anzeigt.

Verfahren und Modul können bevorzugt so ausgeführt sein, dass die Überwachung des Verschleißzustands als Echtzeitüberwachung während des laufenden Betriebs der zu überwachenden Leitung ausgeführt wird, insbesondere durch fortwährende Überwachung von mindestens einer Datenübertragungseigenschaft der zu überwachenden Leitung, wobei eine Information zum Verschleiß zustand der zu überwachenden Leitung vorzugsweise einerseits mittels des Displays anzeigt wird und andererseits, insbesondere von der Auswerteeinheit, über eine Schnittstelle an ein übergeordnetes System übermittelt wird, insbesondere zwecks Veranlassung prädiktiver Wartung.

Eine Anzeige der Information zum Verschleiß zustand, insbesondere mit Wartungshinweisen am Modul und an einer übergeordneten Einrichtung z.B. einem Zentralrechner erlaubt eine Wartungserleichterung vor Ort und ggf . eine Verbesserung bei Planung bzw. Einsatz des Wartungspersonal.

Verfahren und Modul können bevorzugt so ausgeführt sein, dass die Überwachung des Verschleißzustands durchgeführt wird basierend auf einem inf ormatischen Qualitätsmerkmal der Datenübertragung, vorzugsweise anhand mindestens einer protokollinhärenten Funktion, z.B. auf Ebene der OSI-Datensicherungsschicht wie in WO 2020/104491 Al, und/oder basierend auf einer TDR- Leitungsdiagnose der zu überwachenden Leitung.

Besonders bevorzugt wird insbesondere durch die Signaleinheit mittels TDR-Leitungsdiagnosef unktion, ein Abstand zu einer ermittelten bzw. f rüherkannten Schadstelle bestimmt und dem Nutzer am Display des Moduls der ermittelte Abstand mittels des Displays angezeigt. So kann das Wartungspersonal zielgerichtet denjenigen Abschnitt der Leitung austauschen, in welchem der drohende Defekt früherkannt wurde und ggf. hier auch gezielt eine robustere Leitung für den weiteren Betrieb einsetzen.

Vorzugsweise führt das modulare Überwachungsgerät eine anfängliche Initialisierung durch, bei welcher mindestens ein Referenzwert zu nominalen bzw. auf den neuwertigen Zustand bezogenen Datenübertragungseigenschaften der zu überwachenden Leitung eingespeichert werden. Dieser mindestens eine Referenzwert kann durch das modulare Überwachungsgerät anschließend bei der Überwachung des Verschleißzustands, insbesondere während des laufenden Betriebs, zur Früherkennung möglicher Schadstellen herangezogen werden. Hierdurch wird eine anwendungsspezifische Überwachung, abgestimmt auf genutzten Leitungstyp und vorgesehene Leitungsläge usw. vereinfacht und eine aufwendige manuelle Parametrierung des modularen Überwachungsgerät weitgehend vermieden .

Die vorgeschlagene Lösung bietet diverse weitere Vorteile. So kann das Display z.B. dem Nutzer die Initialisierung vereinfachen indem es zwecks Einrichtung Auswahlmöglichkeiten zum Typ der zu überwachenden Leitung und andere auszuwählende Parameter anzeigt und eine Bestätigung der Auswahl bzw. Parametrierung nach Initialisierung anzeigt. Weiterhin kann das Display genutzt werden um bei einem Überwachungsgerät zur Überwachung mehrerer Leitungen dem Wartungspersonal anzuzeigen an welcher der mehreren Leitungen ein Defekt droht bzw. erkannt wurde.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Wirkungen der Erfindung werden nachfolgend ohne Beschränkung der Allgemeinheit des Vorstehenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:

FIG.l: eine Prinzipskizze in Seitenansicht einer

Energieführungskette mit einem Überwachungssystem wie allgemein in WO 2020/104491 Al beschrieben, in welchem ein erfindungsgemäßes Überwachungsmodul eingesetzt werden kann;

FIG.2A-2B: schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Überwachungsmoduls in Frontansicht und perspektivischer Ansicht;

FIG.3: ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Überwachungsmoduls; und

FIG.4: eine Seitenansicht eines Industrieroboters mit einer räumlich auslenkbaren Energieführungskette, die mit einem Überwachungsmodul gemäß FIG.2-3 ausgerüstet werden kann.

In FIG.l zeigt als Beispiel einer dynamischen Leitungsführungseinrichtung schematisch eine Energieführungskette 1. Die Energieführungskette 1 dient zur geschützten Führung von Kabeln, Schläuchen oder ähnlichen Leitungen, die nicht näher gezeigt sind. Zwischen einem bewegten Trum 2, hier dem Obertrum, und einem ruhenden Trum 3, hier dem Untertrum, bildet die Energieführungskette 1 einen mitfahrenden Umlenkbogen 4 mit vorgegebener Krümmung. Der Umlenkbogen 4 hat zur Vermeidung von Leitungsbrüchen insbesondere einen vorgegebenen, minimalen Krümmungsradius und gewährleistet damit, dass die zulässigen Krümmungsradien der geführten Leitungen nicht unterschritten werden. Die Energieführungskette 1 bildet typisch einen inneren Führungskanal, in welchem eine anwendungsabhängige Anzahl und Art von Leitungen geführt sind.

FIG.l zeigt rein beispielhaft eine linear und horizontal verfahrbare Energieführungskette 1. Das bewegte Trum 2 endet an einem ersten Anschlussende 2A, z.B. in einem Endglied, das an einem Mitnehmer eines beweglichen Maschinenteils (nicht gezeigt) befestigt ist. Das ruhende Trum 3 endet an einem zweiten Anschlussende 3A, z.B. in einem Endglied, das an einem festen Punkt der Maschine bzw. Anlage befestigt ist. Der Umlenkbogen 4 folgt mit halber Geschwindigkeit der Bewegung des fahrenden Anschlussendes 2A. Die Bauweise der Energieführungskette 1 ist jedoch nicht entscheidend für die Erfindung, es kommen z.B. alle an sich bekannten Energieführungsketten 1, aus einzelnen schwenkbar miteinander verbundenen Kettengliedern in Betracht, auch z.B. räumlich auslenkbare Energieführungsketten wie in FIG.4 gezeigt .

FIG.l zeigt schematisch als einen wesentlichen Aspekt des allgemein mit 10 bezeichneten Systems, als erstes Gerät ein modulares Überwachungsgerät 11, nachfolgend Überwachungsmodul 11 mit einer Schnittstelle zur Datenkommunikation. Das Überwachungsmodul 11 kommuniziert insbesondere mit einem weiteren, zweiten Gerät 12 über dessen einer Schnittstelle zur Datenkommunikation. Die Geräte 11, 12 sind im gezeigten Beispiel zur Datenkommunikation, in FIG.l bspw. gemäß ETHERNET-Protokoll bzw. einem zu IEEE 802.3 ähnlichen oder kompatiblen Protokoll, wie z.B. PROFINET, eingerichtet und können somit digitale Daten miteinander austauschen. Die Schnittstellen beider Geräte 11, 12 sind dazu über eine ETHERNET-Datenleitung 13, z.B. ein gängiges CAT5-Datenkabel mit einem verdrillten Datenleitungspaar (twisted pair) , verbunden. Ein Längsabschnitt der Datenleitung 13 ist dabei, wie FIG.l veranschaulicht, in der Leitungsführungseinrichtung bzw. Energieführungskette 1 geführt und geschützt.

Das Überwachungsmodul 11 umfasst neben der ETHERNET-Schnittstelle zur Datenleitung 13 zumindest eine Signaleinheit und eine Auswerteeinheit, wie weiter unten zu FIG.3 erläutert, die Zusammenwirken um Information zum Zustand der zu überwachenden Leitung, hier z.B. der Datenleitung 13 selbst, basierend auf einem inf ormatischen Qualitätsmerkmal der Datenverbindung zwischen den Geräten 11, 12 zu ermitteln, insbesondere unter Nutzung der OSI- Datensicherungsschicht.

Zur inf ormatischen Prüfung des Qualitätsmerkmals der Datenverbindung zwischen den Geräten 11, 12 kann dabei eine handelsübliche Lösung genutzt werden die zur paketvermittelten Datenübertragung gemäß IP-Protokoll geeignet ist und protokollinhärent, z.B. unter Nutzung der OSI- Datensicherungsschicht, etwas eine Funktion für Erreichbarkeitsanfragen, wie etwa ein ICMP-Echo-Request bzw. eine PING-Nachricht gemäß TCP/IP-Protokoll oder vergleichbaren Protokollfamilien bereitstellt.

Das Überwachungsmodul 11 prüft laufend, z.B. in regelmäßigen Zeitabständen, die Qualität der Datenverbindung anhand des Ausbleibens entsprechender Antworten, z.B. ECHO-Antworten bzw. PONG-Nachricht vom zweiten Gerät 12, oder aber anhand von Veränderungen in den Eigenschaften dieser Antworten gegenüber einer Referenzantwort. Hierzu ist das Überwachungsmodul 11 softwaremäßig mit einer geeigneten Funktionalität ausgestattet und hat weiterhin eine softwaremäßige Diagnosefunktion, welche das betrachtete Qualitätsmerkmal laufend überprüft. Als Qualitätsmerkmal kann insbesondere die ermittelte Anzahl von Paketverlusten (Engi, „packet loss") eingesetzt werden, die typisch ein Ausgabewert eines ICMP-Echo-Request bzw. der PING- Funktion darstellt. Wenn die Anzahl von Paketverlusten über eine vorbestimmte Anzahl steigt, zeigt dies insbesondere eine durch Verschleiß oder Fehlverhalten bedingte Abnutzung oder Unterbrechung der Datenleitung 13 an. Als zweites Gerät 12 kann grundsätzlich jedes protokollkompatible Netzwerkgerät bzw. jede Netzwerk-Komponente eingesetzt werden, welches die gewählte Protokollfunktion, wie etwas Erreichbarkeitsanfragen, z.B. nach dem TCP/IP-Protokoll unterstützt, oder zumindest aber geeignet ist Empfangsbestätigungen an das erste Gerät zu senden, wenn etwa anstelle einer ETHERNET-Datenverbindung ein Feldbus-Protokoll wie CAN-Bus, EIA-485 oder dergleichen, eingesetzt wird. Im letztgenannten Fall kann das Überwachungsmodul 11 z.B. überwachen, ob auf jede Anfrage eine Empfangsbestätigung des zweiten Geräts 12 eingeht und gibt bei Erreichen einer vorbestimmten Fehlerschwelle ebenfalls eine Warn- bzw. Fehlermeldung aus.

Die Geräte 11, 12 der Überwachungsvorrichtung 10 bewirken keine nennenswerte Beeinträchtigung der Kommunikation zwischen einem ersten Bereich 15 des Datennetzes bzw. des Datenbus und einem zweiten Bereich 16 des Datennetzes bzw. des Datenbus dienen.

Als zweites Gerät 12, welches mit dem Überwachungsmodul 11 zusammenwirkt kann ein anwendungsspezifisches Gerät 12, das im zweiten Bereich 16 als Teil der Maschine oder Anlage ohnehin vorgesehen ist, ausgenutzt werden. Das weitere Gerät 12 kann dabei z.B. inhärent für die Beantwortung eines ECHO-Request , oder zur Empfangsbestätigung von adressierten Bus-Daten, konfiguriert sein. Somit ist kein besonderes zweites Gerät erforderlich.

Die weitere Lehre aus WO 2020/104491 Al, insbesondere zur Leitungsqualitätsüberwachung, wird vorliegend zur Verkürzung durch Bezugnahme hierin auf genommen.

Mit Bezug auf FIG.2A-2B und FIG.3 wird nachfolgend ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Überwachungsmoduls 11 näher beschrieben.

FIG.2A-2B zeigen schematische Ansichten des Gehäuses des Überwachungsmoduls 11. Das Überwachungsmodul umfasst als ein wesentliches Merkmal ein integriertes Display 20, z.B. ein OLED- Display, zur Anzeige grafischer Information das an der schmalen Frontseite des Modulgehäuses 21 des Überwachungsmoduls vorgesehen ist. An der abgewandten Rückseite des Modulgehäuses 21 ist eine Rastbefestigung 22 zur Montage an einer DIN-/Hutschiene vorgesehen, wobei das Modulgehäuse 21 kompakte Abmessungen z.B. HxBxT < 180mm x 60mm x 240mm aufweist und zur Schaltschankmontage etwa quaderförmig ist (FIG.2B) . An der Frontseite des Modulgehäuses 21 sind für den Nutzer u.a. weitere Statusanzeigen in Form von Signalleuchten 23A, 23B, 23C vorgesehen, welche z.B. den Status der überwachten Leitung (en) nach einem Ampelprinzip anzeigen, sodass bei Nutzung mehrerer Überwachungsmodule 11 unmittelbar erkannt werden kann, an welchem eine Früherkennung bzw. ein Fehler angezeigt wird. Zur Verbindung mit der Leitung, z.B. der ETHERNET-Datenleitung 13, weist das Modulgehäuse 21 geeignete Steuerleitungs- bzw. Datenleitungsanschlüsse 24, z.B. RJ45-Buchsen auf.

Eine wesentliche Funktionalität des Überwachungsmoduls 11 liegt in der unmittelbaren Anzeige von Information durch das Display 20 unmittelbar am Überwachungsmodul 11 bzw. Modulgehäuse 21.

FIG.3 veranschaulicht beispielhaft ein geeignetes Schaltungslayout zur Realisierung des Überwachungsmoduls 11.

Das Display 20 wird über einen geeigneten IC-Bus, z.B. einen I2C Bus, zur Darstellung pixelformatierter Bilddaten gesteuert von einem programmierbaren Mikroprozessor 30. Die Mikroprozessor 30 dient als Auswerteeinheit und ist mit einer Signaleinheit 32, z.B. einem COTS Dual-Port ETHERNET-Transceiver verbunden und wirkt mit diesem zusammen. Die Signaleinheit 32 ist, hier z.B. als ETHERNET- Transceiver, eingerichtet zur Datenübertragung nach IEEE 802.3 (oder aber nach einem ähnlichen Protokoll) und hat eine integrierte Leitungsdiagnosefunktion, z.B. eine TDR- Leitungsdiagnosef unktion . So kann der Mikroprozessor 30 auf Grundlage der Leitungsdiagnosefunktion der Signaleinheit 32 Information zum Verschleißzustand der zu überwachenden Leitung 12 ermitteln .

Die Signaleinheit 32 ist über die Anschlüsse 24A, 24B mit der zu überwachenden Leitung 13 verbunden. Weiterhin ist ein Diagnoseanschluss 24C vorgesehen, welche eine Kommunikation mit dem Mikroprozessor 30 bzw. dessen anwendungsspezifische

Programmierung erlaubt. Der Mikroprozessor 30 hat ferner einen

Eingang 33 für eine oder mehrere manuelle Eingabevorrichtungen, z.B. Bedientasten am Modulgehäuse 21 (nicht gezeigt) und einen

Ausgang 34 u.a. zur Ansteuerung der Signalleuchten 23A, 23B, 23C.

Weiterhin verfügt der Mikroprozessor 30 in FIG.3 über einen integrierten Webserver 35 und eine Funk-Schnittstelle, z.B. eine WLAN-Schnittstelle 36, zur Kommunikation mit dem Webserver 35. Der Mikroprozessor 30 ist programmiert zwecks Parametrierung und/oder zwecks Datenaustausch über den Webserver 35 durch bzw. mit einem übergeordneten System.

Unter Zusammenwirkung mit einer geeigneten Signaleinheit 32 kann der Mikroprozessor 30 programmiert sein um

- eine Schadstelle der überwachten Leitung 13 zu erkennen und einen Abstand zur erkannten Schadstelle zu ermitteln, z.B. mittels einer TDR- Leitungsdiagnosefunktion der Signaleinheit 32, und mittels des Displays 20 den ermittelten Abstand anzuzeigen; und/oder

- eine Übertragungsgüte über die Leitung 13 auf Grundlage von protokollinhärenter Information, z.B. aus der OSI- Datensicherungsschicht aus der Signaleinheit 32 zu ermitteln und mittels des Displays 20 eine Angabe zur ermittelten Übertragungsgüte anzuzeigen; und/oder

- eine Ausfallursache auf Grundlage von Information aus der Signaleinheit 32, insbesondere auf Grundlage der Leitungsdiagnosefunktionalität zu ermitteln und mittels des Displays 20 die Ausfallursache anzuzeigen.

Dank des Displays 20 kann das modulare Überwachungsgerät 11 nutzerfreundlich vor Ort Information zum Verschleiß zustand der zu überwachenden Leitung (en) anzeigen.

Hinsichtlich der Funktion ist anzumerken, dass die Überwachung des Verschleißzustands als Echtzeitüberwachung während des laufenden Betriebs der zu überwachenden Leitung 13 ausgeführt wird. Dies kann insbesondere durch fortwährende Überwachung von mindestens einer Datenübertragungseigenschaft erfolgen. Ermittelte Information zum Verschleißzustand der zu überwachenden Leitung 13 kann einerseits mittels des Displays 20 angezeigt werden und auch parallel bzw. andererseits, z.B. über den Webserver 35 und die Funk-Schnittstelle 36 an ein übergeordnetes System übermittelt werden, welches z.B. eine prädiktive Wartung auslöst.

Es kommen unterschiedliche Techniken zur Überwachung des Verschleißzustands in Betracht, z.B. gemäß der Lehre aus WO 2020/104491 Al, unter Nutzung eines inf ormatischen Qualitätsmerkmal der Datenübertragung oder z.B. nach dem Prinzip einer TDR-Leitungsdiagnose der zu überwachenden Leitung 13.

Die Architektur in FIG.3 ermöglicht weiterhin, dass das modulare Überwachungsgerät 11 eine anfängliche Initialisierung durchführt bei welcher mindestens ein Referenzwert zu nominalen Signal- bzw.

Datenübertragungseigenschaften der zu überwachenden Leitung in einem Speicher des Mikroprozessors 30 eingespeichert wird. Der Mikroprozessor 30 kann diesen Referenzwert anschließend bei der Überwachung des Verschleißzustands, insbesondere während des laufenden Betriebs, zur Früherkennung möglicher Schadstellen heranziehen. So kann z.B. bei beginnender Verschlechterung der Übertragungseigenschaften dies unmittelbar als Indikator für einen rechtzeitigen Leitungsaustausch genutzt werden, um ungeplante Anlagen- bzw. Maschinen Stillstände zu vermeiden.

Detaillierte Informationen zur erkannten Verschlechterung der Übertragungseigenschaft und z.B. die Entfernung zum betroffenen Leitungsabschnitt können mittels des Displays 20 unmittelbar am Überwachungsmodul 20 angezeigt werden. So können Wartungsarbeiten gezielt und zeitsparend schnell am betroffenen Leitungssegment ausgeführt werden. Die vorgenannten Informationen können, z.B. über die Funk-Schnittstelle 36 ebenfalls im Sinne einer loT-Lösung an ein übergeordnetes System übermittelt werden.

FIG.4 zeigt als beispielhaften Anwendungsfall für ein Überwachungssystem 10 mit dem Überwachungsmodul 11 aus FIG.2-3 einen Gelenkarmroboter 40, z.B. zur vollautomatischen Handhabung von Werkstücken in einem Fertigungsprozess. Von der ortsfesten Basis 40A des Gelenkarmroboters führt hier z.B. eine erste linear verfahrbare Energieführungskette 1 zu einem Drehgelenk von dem aus eine räumlich auslenkbare zweite Energieführungskette 41 (z.B. gemäß WO 2004/093279 Al) weiterführt zum Endeffektor 42 bzw. endseitigen Roboterwerkzeug. Am Endeffektor 42 sind typisch eine Anzahl Aktoren und Sensoren vorgesehen die bereits für ein gängiges Feldbus-Protokoll, das ETHERNET-Protokoll oder z.B. das PROFINET-Protokoll geeignet sind und welche das kommunizierende zweite Gerät 12 umfassen können. Die Adresse dieser Feldgeräte bzw. Netzwerkgeräte ist vorbekannt oder vorbestimmbar bzw. programmierbar. Unter Anwendung des Prinzips aus FIG.1-3 kann mindestens eine oder mehrere Datenleitungen die durch die Energieführungsketten 1, 41 geführt sind auf ihren Verschleiß- Zustand hin überwacht werden. Hierzu ist lediglich ein preiswert realisierbares Modul 11, nach FIG.2-3 erforderlich. Das vorgeschlagene Überwachungssystem zur Überwachung des Leitungszustands bietet somit eine preiswerte Lösung zur Unterstützung prädiktiver Wartung und/oder zur Verringerung bzw. Vermeidung von Ausfallzeiten. Die Erfindung erlaubt es u.a. anfälligere und ggf . auch kostenintensive Datenleitungen, Spezialleitungen oder dgl . hinsichtlich ihrer möglichen Lebensdauer maximal zu nutzen, d.h. einen unnötig frühen Austausch zu vermeiden

Überwachungsgerät und Verfahren zur Überwachung des

Verschleißzustands einer elektrischen Leitung

Bezugszeichenliste

FIG.1

1 Leitungsführungseinrichtung (Energieführungskette)

2 bewegtes Trum

2A erstes Anschlussende

3 ruhendes Trum

3A zweites Anschlussende

4 Umlenkbogen

10 Uberwachungssystem

11 Überwachungsgerät (Modul)

12 zweites Gerät

13; 13A, 13B Datenleitung

14 Vermittlungsgerät

15 erster Bereich (Kunden-Netz/-Bus )

16 zweiter Bereich (Kunden-Netz/-Bus )

FIG.2A-2B

11 Überwachungsmodul

20 Display (OLED-Display)

21 Modulgehäuse

22 Rastbefestigung (für DIN-Schiene)

23A, 23B, 23C Signalleuchten

24A, 24B Steuerleitungs- bzw. Datenleitungsanschlüsse

FIG.3

24A, 24B Steuerleitungs- bzw. Datenleitungsanschlüsse

24C Diagnoseanschluss 30 Mikroprozessor (Auswerteeinheit)

32 Ethernet-Transceiver (Signaleinheit)

33 Eingang

34 Ausgang 35 Webeserver (integriert)

36 Funk-Schnittstelle

FIG.4

1 erste Energieführungs kette (linear verfahrbar) 2, 3 Trume

4 Umlenkbogen

40 Gelenkarmroboter

40A Basis

41 zweite Energieführungskette (räumlich auslenkbar) 42 Endeffektor