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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung
zumindest eines mechanisch stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug.
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In
Kraftfahrzeugen ist es bisher üblich, mechanisch stark
belastete Bauteile, wie beispielsweise ein Fahrwerk, größer
zu dimensionieren, als dies unter normalen Betriebszuständen
erforderlich wäre, um einen Ausfall desselben sicher vermeiden
zu können. Die Überdimensionierung stellt somit
eine gewisse Sicherheit gegen einen unvorhersehbaren, plötzlichen
Ausfall des Bauteils dar. Generell könnten derartige mechanisch
hochbelastete Bauteile auch kleiner dimensioniert werden, wobei
dann der jeweilige Verschleißzustand kontinuierlich überwacht
werden müsste. Eine derartige Überwachung ist
bisher jedoch lediglich durch die Zuhilfenahme von komplexer und
sehr aufwändiger Messtechnik an Prüfständen
möglich, die jedoch von ihren Abmessungen und Auslegungen
her nicht für den Einbau in Kraftfahrzeuge geeignet sind.
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Eine
derartige Einrichtung zur Überwachung eines mechanisch
stark belasteten Bauteils ist beispielsweise aus der
DE 297 17 736 U1 bekannt.
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Aus
der
DE 10 2004
013 767 B4 ist darüber hinaus ein Verfahren zur
Diagnose der Funktionalität einer Ventilhubverstellung
bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem in einem Kennfeld
ein Zusammenhang zwischen einer Ventilhubeinstellung und einem zugeordneten
Zündwinkel abgelegt ist, so dass bei einer Verstellung
des Ventilhubes eine entsprechende Anpassung des Zündwinkels
erfolgt. Zu jeder einander zugeordneten Einstellung Ventil/Zündwinkel,
wird eine im störungsfreien Betrieb der Ventilhubverstellung
vorliegende Körperschallfrequenz der Brennkraftmaschine
ermittelt, die jeweils als Soll-Frequenz zusammen mit dem Kennfeld
in einer Regel/Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine hinterlegt
ist. Mit zumindest einem Klopfsensor wird dabei die tatsächlich
vorhandene Ist-Frequenz des Körperschalls der Brennkraftmaschine
ermittelt und der Soll-Frequenz gegenüberstellt. Bei einer
Abweichung der Ist-Frequenz von der Soll-Frequenz wird dabei eine
Fehlermeldung ausgegeben, die eine Fehlfunktionalität der
Ventilhubverstellung beinhaltet.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
eine Einrichtung zur Überwachung zumindest eines mechanisch
stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug anzugeben, die
es insbesondere ermöglicht, einen Verschleißzustand
des mechanisch stark belasteten Bauteils kontinuierlich zu erfassen.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine
bisher aufwändige und lediglich auf externe Prüfstände
beschränkte Messtechnik so weiter zu bilden, dass diese
problemlos im Kraftfahrzeug selbst eingesetzt bzw. verwendet werden
kann. Dies wird dadurch erreicht, dass eine erfindungsgemäße
Einrichtung zur Überwachung zumindest eines mechanisch
stark belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug zumindest einen
Sensor und eine kommunizierend damit verbundene Auswerteeinrichtung
umfasst. Der zumindest eine Sensor ist dabei an dem mechanisch stark
belasteten Bauteil angeordnet und zur Erfassung von Körperschallwellen
und/oder transversalen Schallwellen ausgebildet. Erfindungsgemäß ist
dabei der zumindest eine Sensor energieautark betrieben, das heißt
er bedarf keiner externen Energiequelle, wie beispielsweise einer Stromversorgung,
sondern deckt seinen eigenen Energiebedarf aus seinem direkten Umfeld,
beispielsweise durch Umwandlung von mechanischen Erschütterungen
in elektrische Energie. Durch den energieautarken Betrieb des wenigstens
einen Sensors kann insbesondere auf ein aufwändiges und
kompliziertes Verlegen von Stromversorgungsleitungen innerhalb des
Kraftfahrzeuges verzichtet werden, wodurch sowohl der Montageaufwand
als auch ein späterer Wartungs-/Reparaturaufwand klein
gehalten werden können. Zudem können dadurch die
Sensoren an mechanisch stark belasteten Bauteilen eingesetzt werden,
die für Sensoren mit einer elektrischen Energieversorgung über
Stromversorgungsleitungen nicht erreichbar wären. Auch
stellen derartige Energieversorgungsleitungen üblicherweise
eine Schwachstelle dar, so dass bei deren Unterbrechung der zugehörige
Sensor keine für die Überwachung erforderlichen
Signale mehr erzeugen kann und dadurch die Überwachungsfunktion
stark eingeschränkt ist. Durch den energieautarken Betrieb
hingegen kann auf diese aufwändige und komplizierte und
darüber hinaus auch fehleranfällige Art der Stromversorgung
verzichtet werden. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar,
dass der zumindest eine am mechanisch stark belasteten Bauteil angeordnete
Sensor einen thermoelektrischen Wandler, beispielsweise ein Peltierelement,
zur Erzeugung des für den Betrieb des Sensors erforderlichen
Strombedarfs aufweist. Mittels der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Überwachung des zumindest einen mechanisch stark
belasteten Bauteils in einem Kraftfahrzeug ist es auch möglich,
dieses Bauteil nunmehr bedarfsgerecht zu dimensionieren und auf
eine bisher übliche Überdimensionierung zu verzichten.
Hierdurch lassen sich Material und Gewicht einsparen, was sich beispielsweise über
einen späteren Kraftstoffverbrauch ebenfalls monetär
günstig bemerkbar macht. Durch die kontinuierliche Überwachung
des belasteten Bauteils kann somit auf die durch die Überdimensionierung
erreichte Sicherheit zumindest teilweise verzichtet werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung, kommunizieren der wenigstens eine Sensor und die
Auswerteeinrichtung drahtlos, beispielsweise über Funk,
miteinander. In diesem Fall können nicht nur Stromversorgungsleitungen,
sondern darüber hinaus auch Kommunikationsleitungen entfallen,
wodurch der Einsatz des zumindest einen Sensors ebenfalls deutlich
flexibler wird. Insbesondere kann der wenigstens eine Sensor auch
an Orten eingesetzt werden, die bisher für eine Verkabelung
unzugänglich waren.
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Zweckmäßig
ist die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet, dass sie aus den
vom Sensor empfangenen Signalen eine Belastung und/oder einen Verschleißzustand
des Bauteils ermittelt. Hierbei können beispielsweise Grenzwerte
definiert werden, ab welchen die Auswerteeinrichtung ein Warnsignal erzeugt,
wodurch ein Fahrer des Kraftfahrzeuges auf einen bestimmten Verschleißgrad
des überwachten Bauteils hingewiesen wird. Selbstverständlich
ist dabei auch denkbar, dass unterschiedliche Warnstufen vorgesehen
sind, so dass beispielsweise bei einer ersten Warnstufe lediglich
auf eine hohe Belastung und einen stärker werdenden Verschleiß hingewiesen
wird, während bei einer zweiten Stufe der Verschleißzustand
bzw. die Belastung bereits so hoch sind, dass der Fahrer des Kraftfahrzeuges
aufgefordert wird, eine Werkstatt aufzusuchen. Bei einer möglichen
dritten Stufe, bei welcher beispielsweise das Versagen des überwachten
Bauteils unmittelbar bevorsteht, könnte die Auswerteeinrichtung
den Betrieb des Kraftfahrzeuges einschränken oder aber dieses
gänzlich stilllegen, so dass der Fahrer des Kraftfahrzeuges
gezwungen ist, eine entsprechende Werkstatt aufzusuchen.
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Generell
können dabei die Sensoren zur Erfassung von Körperschallwellen
und/oder transversalen Schallwellen als Mikrosensoren ausgebildet sein,
wobei ein in der Auswerteeinrichtung ablaufender Auswertealgorithmus
den von den Sensoren ermittelten Körperschall unterschiedlichen
mechanischen Beanspruchungen, zum Beispiel Bruch, Risse, Auftrennungen,
etc., zuordnen kann. Darüber hinaus ist auch eine Anpassung
der Sensoren an unterschiedlichste Materialien, wie beispielsweise
Glas, Metall, Kunststoff oder Keramik, möglich.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Einrichtung lässt
sich insbesondere die Sicherheit von Kraftfahrzeugen durch die Überwachung
von kritischen Bauteilen, beispielsweise im Bereich einer Fahrwerksaufhängung,
eines Trägers oder einer Frontscheibe (Glasbrucherkennung)
erhöhen. Durch die Überwachung der kritischen
Bauteile können insbesondere nahende Ausfälle
rechtzeitig erkannt werden. Darüber hinaus ist durch die
erfindungsgemäße Einrichtung auch eine Überdimensionierung
vermeidbar, wodurch Einsparungen bei der Auslegung der kritischen
Bauteile auch die notwendige Sicherheit erreicht werden können.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße
Einrichtung beim Einsatz von neuen Materialien, da diese zuverlässig
während des Betriebs überwacht werden können
und dadurch ein Versagensrisiko besser in den Griff zu bekommen
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29717736
U1 [0003]
- - DE 102004013767 B4 [0004]