DE102014200861A1

DE102014200861A1 - Verfahren zur Schwingungsmessung einer mobilen Maschine

Info

Publication number: DE102014200861A1
Application number: DE102014200861.1A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schaefer; Martin Fellmann; Sebastian Boehl; Kazutaka Iuchi; Marton Kurucz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2015-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwingungsmessung einer mobilen Maschine, insbesondere eines Fahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine, mit einem Antriebsstrang zum Fahrantrieb der Maschine und mit einer Sensorik zur Erfassung und Auswertung von Schwingungen, wobei die Sensorik Schwingungen des Antriebsstranges misst und zur Schwingungsmessung derart eine Last in den Antriebsstrang eingeleitet wird, dass die mobile Maschine zur Schwingungsmessung in einen reproduzierbaren Lastzustand gebracht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwingungsmessung einer mobilen Maschine, insbesondere eines Fahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine, mit einem Antriebsstrang zum Fahrantrieb der Maschine und mit einer Sensorik zur Erfassung und Auswertung von Schwingungen.
Bereits bekannte Verfahren zur Schwingungsmessung von Maschinen oder Maschinenteilen werden stationär durchgeführt. Derartige Messungen werden sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich zu bestimmten Zeitpunkten vorgenommen, um eine Fehlerfrüherkennung zu ermöglichen. Dabei werden die Schwingungen an geeigneten Stellen aufgezeichnet und anschließend ausgewertet.
Aus der DE 10 2005 027 134 B3 ist eine Schwingungsmessung bei einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine in Form eines Mähdreschers bekannt geworden. Im Konkreten erfolgt eine Schwingungsmessung eines Strohschüttlers, der den Kornanteil des Ernteguts vom Strohanteil separiert, und zwar während der Fahrt des Mähdreschers. Hiermit wird eine Schwingungsmessung des Strohschüttlers ermöglicht.
Allerdings ist bei dem bekannten Verfahren problematisch, dass im Betrieb weitere Schwingungen hinzukommen, die kritisch für die eigentlich zu messenden – für eine Überwachung relevanten – Schwingungen sind. So besteht bei dem bekannten Verfahren die Gefahr, dass an weiteren Aggregaten des Mähdreschers, beispielsweise einem Antriebsmotor, Schwingungen auftreten, die ebenfalls bei einer Schwingungsmessung des Strohschüttlers erfasst werden. Problematisch ist außerdem, dass durch den Fahrzustand, beispielsweise durch Überfahren von Unebenheiten, weitere Schwingungen induziert werden. Insoweit sind die Schwingungsmessungen nicht hinreichend genau.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schwingungsmessung einer mobilen Maschine anzugeben, mit denen unter gleichbleibenden Messbedingungen eine hohe Genauigkeit erreicht werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren und eine alternative Vorrichtung zur Schwingungsmessung einer mobilen Maschine anzugeben. Zudem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Motorsteuergerät anzugeben.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe bei einem Verfahren zur Schwingungsmessung einer mobilen Maschine, insbesondere eines Fahrzeuges oder einer Arbeitsmaschine, mit einem Antriebsstrang zum Fahrantrieb der Maschine und mit einer Sensorik zur Erfassung und Auswertung von Schwingungen dadurch, dass die Sensorik Schwingungen des Antriebsstanges misst und zur Schwingungsmessung eine Last derart in den Antriebsstrang eingeleitet wird, dass die mobile Maschine zur Schwingungsmessung in einen reproduzierbaren Lastzustand gebracht wird.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Schwingungsüberwachung einer mobilen Maschine, insbesondere eines Fahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe ebenfalls durch ein Motorsteuergerät, insbesondere für einen Verbrennungsmotor einer mobilen Maschine, insbesondere eines Fahrzeuges oder einer Arbeitsmaschine, das zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 geeignet ist.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass mit einfachen Mitteln eine Messung von Schwingungen unter reproduzierbaren Randbedingungen erreicht werden kann. Dies ermöglicht eine vergleichende Auswertung der Messergebnisse, so dass eine hohe Qualität der Messergebnisse der Schwingungsmessung gewährleistet ist. Der Zustand der mobilen Maschine kann somit über eine lange Zeit hinweg auf aussagekräftige Weise überwacht werden, indem die unter reproduzierbaren Bedingungen gewonnenen Schwingungsmessdaten aufgezeichnet und ggf. miteinander verglichen werden.
Die Sensorik zur Erfassung und Auswertung von Schwingungen ist dabei dem Antriebsstrang zum Fahrantrieb der mobilen Maschine zugeordnet. Denkbar ist, dass die Sensorik einem Motor- oder Getriebegehäuse zugeordnet ist, insbesondere unmittelbar an einem Motor- oder Getriebegehäuse angeordnet ist. So lässt sich auf zuverlässige Weise der Zustand des Antriebsstranges überwachen. Schäden können hierdurch frühzeitig erkannt werden, idealerweise bevor ein schwerwiegender Defekt, beispielsweise ein Ausfall einer Komponente oder einer Baugruppe, auftritt. Bevorzugt können somit rechtzeitig Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten durchgeführt werden, bevor weitere Komponenten, Baugruppen oder Teilsysteme als Folgefehler Schaden nehmen. Auch ist es denkbar, dass bei Vorliegen und Detektion eines Schadens einzelne Fahrzeugfunktionen der mobilen Maschine in Form eines Notprogramms limitiert oder blockiert, beziehungsweise Teilsysteme abgeschaltet werden. Beispielhaft könnte bei Vorliegen eines Schadens im Antriebsstrang die Motorleistung reduziert oder beispielsweise ein Nebenabtrieb deaktiviert werden, um die mobile Maschine, angetrieben durch eigenen Antrieb und mittels des Antriebsstrangs, in eine Werkstatt zu überführen.
Bei einem erfindungsgemäßen Motorsteuergerät können durch Integration der Schwingungsmessung in ein Motorsteuergerät nicht nur der Motor und/oder weitere Komponenten des Antriebsstranges gesteuert werden, sondern es wird zugleich auch der Zustand des Antriebsstranges mittels einer Schwingungsmessung überwacht. Die Sensorik zur Erfassung und Auswertung von Schwingungen kann in das Motorsteuergerät integriert sein oder mit diesen zusammenwirken.
Unter einem „Fahrzustand“ der mobilen Maschine ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Zustand zu verstehen, in dem die mobile Maschine durch ihren Antriebsstrang fahrend angetrieben wird. Mit anderen Worten fährt die mobile Maschine, angetrieben durch eigenen Antrieb und mittels des Antriebsstrangs.
Unter einem „Stillstand“ der mobilen Maschine ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Zustand zu verstehen, in dem die mobile Maschine nicht fahrend angetrieben wird, d. h. stillsteht, und der Motor oder weitere Komponenten des Antriebsstrangs in Rotation versetzt werden. Mit anderen Worten ist darunter vorzugsweise eine stillstehende Maschine mit einer Fahrgeschwindigkeit von v = 0 m/s zu verstehen, bei der der Motor nicht oder noch nicht abgeschaltet ist.
Unter einem „Abstellen“ der mobilen Maschine ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Zustand zu verstehen, in dem die mobile Maschine nicht nur kurzzeitig stillsteht, sondern im Sinne eines Parkens abgestellt und der Motor der Maschine ausgeschaltet wird.
Unter einer „Ortungseinrichtung“ ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, eine Einrichtung zu verstehen, welche eine Ortung der mobilen Maschine in einem Bezugssystem vornehmen kann. Neben einer Ortungseinrichtung über das Global Positioning System GPS ist hier auch eine Einrichtung zu verstehen, die eine Positionierung über Bezugspunkte vornehmen kann, beispielsweise ein mobiles Internetgerät über Mobilfunkstationen mit bekannten Koordinaten oder auch einen W-LAN-Zugangspunkt mit bekannten Koordinaten.
Unter einer „Kupplung“ ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Schaltelement zu verstehen, welches je nach Betätigungszustand eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zulässt oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments darstellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüberhinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Bei betätigter bzw. geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit gleicher Drehzahl in dieselbe Richtung.
Im Folgenden ist unter „verschiedenen Schließstellungen“ der Kupplung eine teilweise geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen nur noch teilweise möglich ist, und zwar entsprechend dem zwischen beiden Bauteilen vorherrschenden Schlupf. Bei teilweise geschlossener Kupplung können die Drehzahl des ersten Bauteils und Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüberhinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht.
Bei der Bremse kann es sich um eine Betriebs- oder eine Feststellbremse handeln. Unter einer „Betriebsbremse“ ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, eine Vorrichtung zu verstehen, welche die Bewegung, beispielsweise einen Fahrzustand, der mobilen Maschine verzögern oder – im Falle einer stillstehenden Maschine mit Geschwindigkeit v = 0 m/s – ein Bewegen der mobilen Maschine verhindern kann. Die Betriebsbremse ist einerseits mit mobilen Maschine verbunden, beispielsweise der Karosserie und auf einer anderen Seite mit einem rotierbaren Element, beispielsweise einer einem Rad der mobilen Maschine zugeordneten Bremse. Im Konkreten kann es sich um eine Fußbremse handeln. Im Gegensatz dazu blockiert eine Feststellbremse dauerhaft die Räder beziehungsweise den Antriebsstrang der mobilen Maschine und sichert diese, insbesondere wenn die mobile Maschine abgestellt ist, gegen ungewolltes Wegrollen.
Der Begriff „Beladungszustand“ ist im weitesten Sinne zu verstehen: So kann es sich bei den, den Beladungszustand der Maschine verändernden Einflüssen um Treibstoff, Arbeitsgeräte und/oder Anbaugeräte der mobilen Maschine handeln, die das Gesamtgewicht der mobilen Maschine beeinflussen. Darüber hinaus beeinflusst auch jegliche Form der Beladung, beispielsweise bei der Beförderung von Personen, Gepäck oder Transportgut das Gesamtgewicht der mobilen Maschine. Die Einflüsse der Beladung lassen sich allgemein unter dem Begriff Nutzlast subsummieren.
Der Begriff „mobile Maschine“ ist im weitesten Sinne zu verstehen: So kann es sich bei der Maschine um ein Fahrzeug, insbesondere um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise in Form eines PKW, LKW oder eines Motorrads, oder um eine Arbeitsmaschine handeln, beispielsweise in der Form einer mobilen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine oder einer Baumaschine.
Der Begriff „Datenübertragungseinrichtung“ ist im weitesten Sinne zu verstehen, so kann es sich dabei um einen Funksender, ein Mobilfunkgerät, ein internet- und/oder Bluetooth fähiges Gerät, etc. handeln.
Unter einer „Fehlermeldung“ ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, eine Information zu verstehen, die eine nicht ordnungsgemäß arbeitende Komponente der zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Vorrichtung meldet. Neben einem Messfehler kann es sich auch um einen Defekt einer Komponente, beispielsweise innerhalb der Sensorik oder der Ortungseinrichtung handeln.
Unter dem Begriff „Antriebsstrang“ sind vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen die zum Antrieb der mobilen Maschine erforderlichen Komponenten zu verstehen: So umfasst der Antriebsstrang vorzugsweise einen Motor, insbesondere einen Verbrennungsmotor, eine Kupplung und/oder ein Getriebe. Das Getriebe, insbesondere eine Ausgangswelle des Getriebes, ist vorzugsweise mit Antriebsrädern der mobilen Maschine verbunden. Zwischen den Antriebsrädern der mobilen Arbeitsmaschine und der Ausgangswelle des Getriebes kann eine weitere Kupplung vorgesehen werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zweckmäßigerweise umfasst der Antriebsstrang einen Motor, insbesondere einen Verbrennungsmotor, und versetzt zur Schwingungsanregung eine Mehrzahl von Komponenten des Antriebsstrangs, insbesondere sämtliche Komponenten des Antriebsstranges, in Rotation. Somit werden die Komponenten des Antriebsstranges zu Schwingungen angeregt, die mittels der dem Antriebsstrang zugeordneten Sensorik auf reproduzierbare Weise gemessen werden können. Insbesondere um sämtliche Komponenten des Antriebsstrangs in Rotation zu versetzen kann es erforderlich sein, unterschiedliche Schaltstellungen in dem Getriebe darzustellen.
Vorteilhafterweise wird die Last in den Antriebsstrang mittels zumindest teilweisem Schließen einer Kupplung, die insbesondere im Antriebsstrang bezüglich dem Motor drehmomentabwärts angeordnet ist, eingeleitet und/oder wird innerhalb des Antriebsstranges ein Drehmoment gegen eine Bremse der mobilen Maschine aufgebaut. Insbesondere bei Antriebssträngen, die bei stillstehendem Fahrzeug alle im Getriebe befindlichen Teile in Rotation versetzen, ein sogenanntes „geared neutral“, was üblicherweise bei eingangsgekoppelten leistungsverzweigten Getrieben der Fall ist, ist dies durch Kupplungsansteuerung auf einfache Weise durchzuführen. Durch Lasteinleitung in den Antriebsstrang können Schwingungen einzelner Verzahnungen, Lager und weiterer Komponenten des Antriebsstrangs erzeugt werden. Hierzu kann bei herkömmlichen KFZ-Schaltgetrieben die geöffnete Kupplung teilweise geschlossen werden oder bei „geared neutral“-Getrieben kann ein Drehmoment gegen eine Bremse aufgebaut werden. Auch eine Kombination hiervon, nämlich ein teilweises Schließen der Kupplung und ein Aufbauen eines Drehmoments gegen die Bremse, ist denkbar. Ein Zusammenwirken der Betriebsbremse mit der Feststellbremse ist ebenfalls möglich.
Zweckmäßigerweise werden während der Schwingungsmessungen unterschiedliche Motordrehzahlen eingestellt und/oder wird die eingeleitete Last, insbesondere durch verschiedene Schließstellungen der Kupplung, während der Schwingungsmessung variiert. Dies ermöglicht eine umfassende Schwingungsmessung bei verschiedenen Lasten, was eine zuverlässige Prüfung des Zustands des Antriebsstranges ermöglicht. Durch die unterschiedlichen Motordrehzahlen und/oder die Variation der eingeleiteten Last sind Schwingungsmessungen in möglichst unterschiedlichen Betriebszuständen des Antriebsstranges darstellbar. Auch eine lastfreie Schwingungsmessung ist darstellbar. Unter dem Begriff lastfrei ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die weitere Kupplung zwischen der Ausgangswelle des Getriebes und den Antriebsrädern der mobilen Maschine geöffnet wird. Somit wirkt die eingeleitete Rotationsbewegung nicht gegen die Antriebsräder der mobilen Maschine, beziehungsweise nicht gegen eine Betriebs- oder Feststellbremse. Es wird, mit Ausnahme der durch den Wirkungsgrad des Antriebstrangs erzeugten Last, keine zusätzliche Last in den Antriebsstrang eingeleitet. Die durch den Wirkungsgrad des Antriebsstrang erzeugte Last ergibt sich aus Schleppmomenten beziehungsweise Reibung der einzelnen Bauteile und Elemente des Antriebsstrangs.
Vorteilhafterweise werden die erfassten Schwingungen ausgewertet und es wird anhand der ausgewerteten Schwingungen ermittelt, ob eine Komponente des Antriebsstranges defekt ist oder/und ausgetauscht werden muss. Dies ermöglicht eine Wartung oder Instandsetzung der mobilen Maschine unabhängig von festen Wartungsintervallen entsprechend dem tatsächlichen Zustand der mobilen Maschine. So ist es denkbar, dass anhand der Intensität der erfassten Schwingungen und/oder den auftretenden Frequenzen ermittelt werden kann, ob eine Komponente ersetzt werden muss. Teure Folgeschäden, die durch Versagen einer Komponente des Antriebsstranges verursacht werden, sowie betriebswirtschaftliche Schäden, die durch Stillstand der mobilen Maschine bedingt sind, werden somit weitestgehend verhindert.
Zweckmäßigerweise wird die Schwingungsmessung im Stillstand der mobilen Maschine durchgeführt, insbesondere bei laufendem Motor und ohne Fahrantrieb der Maschine. Der Stillstand der mobilen Maschine vermeidet Schwingungen, die durch das Fahren mit der Maschine erzeugt werden, beispielsweise durch eine unebene Fahrbahn. Auch weitere Schwingungen, die durch andere Anregungen, wie beispielswiese eingeschaltete Nebenaggregate der Maschine auftreten, können verhindert werden. Insoweit kann eine noch zuverlässigere Schwingungsmessung und damit Ermittlung des Zustandes des Antriebsstranges ermöglicht werden.
Vorteilhafterweise wird während der Schwingungsmessung die Bremse und/oder eine Kupplung der mobilen Maschine durch einen Fahrer der mobilen Maschine betätigt. Somit kann der reproduzierbare Lastzustand durch einfachen Eingriff des Fahrers der mobilen Maschine erfolgen. Ein fahrerloser Zustand der mobilen Maschine bei laufendem Motor wird damit vermieden und die Zuverlässigkeit der Schwingungsmessung weiter verbessert.
Zweckmäßigerweise wird die Schwingungsmessung beim Abstellen, insbesondere einem Parken, der mobilen Maschine oder/und beim Abschalten des Motors der mobilen Maschine automatisch durchgeführt. Dies ermöglicht eine regelmäßige Schwingungsmessung nach einer Benutzung der mobilen Maschine, so dass eine aussagekräftige Historie der Schwingungsmessungen erstellt werden kann, beispielsweise in Form einer Datenbank mit entsprechenden Einträgen.
Vorteilhafterweise werden Daten der Schwingungsmessungen und/oder bei der Schwingungsmessung ermittelte Fehlermeldungen mittels einer Datenübertragungseinrichtung zur Visualisierung und/oder Auswertung an eine Empfängerstation übertragen. Dies erlaubt eine Beurteilung des Zustands der mobilen Maschine, und zwar unabhängig vom Standort der mobilen Maschine. Die Daten der Schwingungsmessungen können mittels der Empfängerstation ausgegeben werden, und zwar bei einem Hersteller der mobilen Maschine, bei einer die mobile Maschine instandhaltenden Werkstatt und/oder bei einem Besitzer/einem Eigentümer der mobilen Maschine. Somit kann unabhängig vom Einsatzort der mobilen Maschine eine aussagekräftige Beurteilung des Zustandes der mobilen Maschine, nämlich des Zustandes des Antriebsstranges vorgenommen werden.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Schwingungsmessung während einer Fahrt der mobilen Maschine reproduzierbar auf einer definierten Strecke. Somit kann die Schwingungsmessung unmittelbar während einer Fahrt erfolgen, wobei durch die definierte Strecke mit gleichem Untergrund beim wiederholten Befahren eine vergleichbare Schwingungsanregung der mobilen Maschine erfolgt.
Vorteilhafterweise wird das reproduzierbare Befahren der definierten Strecke mittels einer Ortungseinrichtung verifiziert. Dies stellt die Vergleichbarkeit mehrerer Messungen sicher, indem eine Schwingungsmessung nicht nur auf derselben Strecke, sondern auch im selben Streckenabschnitt erfolgt. Wie bereits vorstehend erörtert, ist eine Ortungseinrichtung im weitestgehenden Sinne zu verstehen, so dass die Ortungseinrichtung als GPS-Modul oder als Positionserkennung über Mobilfunkstationen oder WLAN-Zugangspunkte mittels eines netzwerk- oder internetfähigen Endgeräts ausgebildet sein kann. Auch eine automatische Schwingungsmessung der mobilen Maschine bei Verifizierung des Befahrens der definierten Strecke ist denkbar.
Zweckmäßigerweise wird der Zustand des Antriebsstranges anhand eines Abgleichs aktueller Schwingungsmessungsdaten mit den in einer Datenbank abgespeicherten Schwingungsmessungsdaten ermittelt. Die in einer Datenbank abgespeicherten Schwingungsmessdaten können aus einer Referenzdatenbank oder aus früheren Schwingungsmessungen stammen. Damit ist ein Vergleich einzelner Schwingungsmessungen untereinander möglich, in denen einzelne oder mehrere Schwingungsmessungen miteinander verglichen werden. Eine frühere – einen neuen oder intakten Zustand der mobilen Maschine repräsentierende – Schwingungsmessung kann dann mit einer aktuellen Schwingungsmessung verglichen werden. Die von der Sensorik zur Erfassung und Auswertung von Schwingungen aufgezeichneten Daten einer Schwingungsmessung können hierfür in einem der Sensorik zugeordneten Speicher oder in einem der Empfängerstation zugeordneten Speicher abgelegt/gespeichert werden. Auch die Datenbank kann in der Sensorik oder der Empfängerstation hinterlegt/gespeichert sein.
Vorteilhafterweise werden eine Fahrweise und/oder ein Beladungszustand der mobilen Maschine über ein Motorsteuergerät des Motors anhand einer Motordrehzahl des Motors ermittelt und entsprechend der Motordrehzahl aktuelle Schwingungsmessungsdaten mit in der Datenbank abgespeicherten Schwingungsmessungsdaten verglichen. Befindet sich der Antriebsstrang der mobilen Maschinen in einem Lastzustand, dessen Schwingungen in der Vergangenheit bereits erfasst wurden, kann ein reproduzierbarer Abgleich der entsprechenden Schwingungsdaten innerhalb einer Datenbank erfolgen. Damit werden fehlerhafte Messungen oder fehlerhafte Vergleiche vermieden. Mit anderen Worten wird durch Ermittlung der Fahrweise und/oder des Beladungszustands der mobilen Maschine sichergestellt, dass lediglich vergleichbare Schwingungsmessungen miteinander verglichen werden.
Zweckmäßigerweise werden Komponenten der mobilen Maschine, welche im Fahrzustand in Kontakt mit einer Fahrbahn stehen, bei der Schwingungsmessung mittels des Antriebsstrangs lastfrei angetrieben. Im Konkreten haben beispielsweise die Räder der mobilen Maschine keinen Fahrbahnkontakt, so dass sich der gesamte Antriebsstrang in Rotation befindet, jedoch kein Fahrantrieb der mobilen Maschine stattfindet, nämlich in Ermangelung eines Fahrbahnkontaktes. Dies kann insbesondere durch Anheben der mobilen Maschine mit einer entsprechenden Hebevorrichtung, beispielsweise einer Hebebühne, erfolgen. Im Falle einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise einem Baggerlader, kann auch ein Aufbocken mittels hydraulischer Hebeelemente, beispielsweise Stützen, der Arbeitsmaschine erfolgen. Wie auch bei einem Anheben der mobilen Maschine mit einer Hebevorrichtung kann der gesamte Antriebsstrang im Stillstand des Fahrzeuges in Rotation versetzt werden, so dass eine Mehrzahl von Komponenten des Antriebsstrangs, insbesondere sämtliche Komponenten des Antriebsstrangs, zur Schwingungsmessung in Rotation versetzt werden können.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile ober Elemente beziehen.
Dabei zeigt in schematischer Form
1 ein Kraftfahrzeug zur Veranschaulichung der Schwingungsmessung einer mobilen Maschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug zur Veranschaulichung der Schwingungsmessung einer mobilen Maschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die mobile Maschine ist als Kraftfahrzeug 1 ausgebildet und über einen Antriebsstrang 2 fahrend antreibbar. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Vorderachse 3 und eine Hinterachse 4 auf, wobei die Hinterachse 4 durch den Antriebsstrang 2 angetrieben wird. Das Kraftfahrzeug 1 befindet sich weiter auf einer Fahrbahn 5. Die Fahrbahn 5 ist eben, so dass diese einen Abschnitt einer definierten Strecke darstellen kann, über die das Kraftfahrzeug 1 zur Schwingungsmessung fährt.
Der Antriebsstrang 2 umfasst einen Motor 6, der als Verbrennungsmotor 6 ausgebildet ist. Der Motor 6 ist über eine Kupplung 7 mit einem Getriebe 8 gekoppelt. An dem Antriebsstrang 2 ist eine Sensorik zur Erfassung und Auswertung von Schwingungen 9 derart angeordnet, so dass diese Schwingungen des Antriebsstranges 2 messen kann.
Das Kraftfahrzeug 1 umfasst weiter eine Bremse 10, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl der Vorderachse 3 als auch der Hinterachse 4 zugeordnet ist und mit dieser zusammenwirkt: Über die Bremse 10 kann die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 verringert oder ein Beschleunigen aus dem Stillstand des Kraftfahrzeuges 1 verhindert werden.
Weiterhin ist eine Datenübertragungseinrichtung 11 im Kraftfahrzeug 1 angeordnet, welche mit der Sensorik 9 verbunden ist. Anhand der Datenübertragungseinrichtung 11 können dann Daten der Schwingungsmessung zur Visualisierung und/oder Auswertung an eine Empfängerstation 13 übertragen werden. Die Empfängerstation 13 kann sich – entfernt vom Kraftfahrzeug 1 – beispielsweise bei einem Hersteller, einer Werkstatt, einem Eigentümer und/oder einem Besitzer des Kraftfahrzeuges 1 befinden. Dies ermöglicht eine Auswertung der Schwingungsmessung des Antriebsstrangs 2 des Kraftfahrzeugs 1, und zwar unabhängig vom momentanen Standort des Kraftfahrzeugs 1. Auch Fehlermeldungen, beispielsweise über einen Sensordefekt, können an die Empfängerstation 13 übertragen werden. Mit einer Ortungseinrichtung 12 kann der Standort des Kraftfahrzeugs 1 innerhalb eines Bezugssystems ermittelt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ortungseinrichtung 12 als GPS-Modul ausgebildet.
Eine Schwingungsmessung des Kraftfahrzeugs 1 kann im Stillstand des Kraftfahrzeuges 1 durchgeführt werden und läuft dann wie folgt ab:
Die Sensorik 9 zur Erfassung und Auswertung von Schwingungen misst Schwingungen des Antriebsstranges 2, wobei zur Schwingungsmessung eine Last in den Antriebsstang 2 eingeleitet wird, und zwar derart, dass zur Schwingungsmessung das Kraftfahrzeug 1 in einen reproduzierbaren Lastzustand gebracht wird. Hierzu regt der Motor 6 des Antriebsstrangs 2 eine Mehrzahl von Komponenten 6, 7, 8 des Antriebsstrangs 2 an, indem diese in Rotation versetzt werden. Hierzu schließt der – hier nicht dargestellte – Fahrer die Kupplung 7 teilweise, so dass beispielsweise auch das Getriebe 8 in Rotation versetzt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der nicht dargestellte Fahrer die Bremse 10 des Kraftfahrzeuges 1 betätigen, so dass innerhalb des Antriebsstrangs 2 ein Drehmoment gegen eine Bremse 10 des Kraftfahrzeugs 1 aufgebaut wird. Während der Schwingungsmessung wird die Drehzahl des Motors 6 auf unterschiedlichen Niveaus gehalten. Ferner wird die eingeleitete Last durch verschiedene Schließstellungen der Kupplung 7 während der Schwingungsmessung variiert. Somit sind unterschiedliche Lastzustände innerhalb des Antriebsstrangs 2 darstellbar.
Nach einer Schwingungsmessung können die erfassten Schwingungen ausgewertet werden und kann anhand der ausgewerteten Schwingungen ermittelt werden, ob eine oder mehrere der Komponenten 6, 7, 8 des Antriebsstranges 2 defekt ist/sind und ausgetauscht werden muss/müssen.
Zur Verdeutlichung sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Schwingungsmessung im Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 erfolgt, und zwar bei laufendem Motor 6 und ohne Fahrantrieb des Kraftfahrzeugs 1. Die Schwingungsmessung kann auch beim Abstellen, nämlich einem Parken des Kraftfahrzeuges 1 oder/und beim Ausschalten des Motors 6 des Kraftfahrzeugs 1 automatisch durchgeführt werden. Somit wird eine Schwingungsmessung realisiert, so dass der Zustand des Antriebsstrangs 2 durch eine Schwingungsmessung regelmäßig überwacht wird. Die Daten der Schwingungsmessung können von der Sensorik 9 über die Datenübertragungseinrichtung 11 an die Empfängerstation 13 übertragen und dort analysiert werden. Dies ermöglicht eine zustandabhängige Wartung des Kraftfahrzeuges 1, unabhängig von regulären Serviceintervallen, nämlich entsprechend dem tatsächlichen Zustand des Kraftfahrzeuges 1.
Die Schwingungsmessung kann auch in einem Fahrzustand des Kraftfahrzeuges 1 durchgeführt werden und läuft folgendermaßen ab:
Das Kraftfahrzeug 1 fährt vorzugsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit auf der Fahrbahn 5, die eine definierte Strecke oder einen Teil einer definierten Strecke darstellt, die vom Kraftfahrzeug 1 wiederholbar befahren wird. Das Kraftfahrzeug 1 wird durch den Antriebsstrang 2 angetrieben. Anhand der Ortungseinrichtung 12 wird überprüft, ob es sich bei der befahrenen Fahrbahn 5 um eine definierte Strecke insbesondere mit gleichbleibendem Untergrund handelt. Anhand von Informationen aus dem – hier nicht dargestellten – Motorsteuergerät des Motors 6 werden Fahrweise und/oder Beladungszustand des Kraftfahrzeugs 1 über die Motordrehzahl des Motors 6 abgeglichen. Die Schwingungsmessung erfolgt beim Befahren der definierten Strecke, wobei eine reproduzierbare Anregung des Kraftfahrzeuges 1 erfolgt.
Sofern sich der Antriebsstrang 2 in einem Lastzustand befindet, dessen Schwingungen in der Vergangenheit bereits erfasst wurden, können die aufgezeichneten Schwingungsdaten der Sensorik 9 mit einer Datenbank abgeglichen werden. In der Datenbank sind frühere Schwingungsmessungsdaten gespeichert, wobei die Datenbank in der Sensorik 9 oder in der Empfängerstation 13 abgelegt/gespeichert sein kann. Anhand der Daten aus dem Motorsteuergerät, insbesondere der Motordrehzahl, wird sichergestellt, dass lediglich vergleichbare – insbesondere eine gleiche Fahrweise und/oder einen gleichen Beladungszustand repräsentierende – Schwingungsmessungen miteinander verglichen werden. Damit kann der Zustand des Antriebsstranges 2 zuverlässig anhand Schwingungsmessungen des Antriebsstranges 2 ermittelt werden.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hinsichtlich der Einzelheiten der Schwingungsmessung auf die voranstehende Beschreibung betreffend die im Stillstand erfolgende Schwingungsmessung sowie auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Maschine
2: Antriebsstrang
3: Vorderachse
4: Hinterachse
5: Fahrbahn
6: Motor
7: Kupplung
8: Getriebe
9: Sensorik
10: Bremse
11: Datenübertragungseinrichtung
12: Ortungseinrichtung
13: Empfängerstation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005027134 B3 [0003]

Claims

Verfahren zur Schwingungsmessung einer mobilen Maschine (1), insbesondere eines Fahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine, mit einem Antriebsstrang (2) zum Fahrantrieb der Maschine (1) und mit einer Sensorik (9) zur Erfassung und Auswertung von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (9) Schwingungen des Antriebsstranges (2) misst und zur Schwingungsmessung derart eine Last in den Antriebsstrang (2) eingeleitet wird, dass die mobile Maschine (1) zur Schwingungsmessung in einen reproduzierbaren Lastzustand gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (2) einen Motor (6), insbesondere einen Verbrennungsmotor (6), umfasst und zur Schwingungsanregung eine Mehrzahl von Komponenten (6, 7, 8) des Antriebsstranges (2), insbesondere sämtliche Komponenten (6, 7, 8) des Antriebsstranges (2), in Rotation versetzt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Last in den Antriebsstrang (2) mittels zumindest teilweisem Schließen einer Kupplung (7), die insbesondere im Antriebsstrang (2) bezüglich des Motors (6) drehmomentabwärts angeordnet ist, eingeleitet wird oder/und dass innerhalb des Antriebsstranges (2) ein Drehmoment gegen eine Bremse (10) der mobilen Maschine (1) aufgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schwingungsmessung unterschiedliche Drehzahlen des Motors (6) eingestellt werden und/oder dass die eingeleitete Last, insbesondere durch verschiedene Schließstellungen der Kupplung (7), während der Schwingungsmessung variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Schwingungen ausgewertet werden und anhand der ausgewerteten Schwingungen ermittelt wird, ob eine Komponente (6, 7, 8) des Antriebsstranges (2) defekt ist oder/und ausgetauscht werden muss.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsmessung im Stillstand der mobilen Maschine (1), insbesondere bei laufendem Motor (6) und ohne Fahrantrieb der mobilen Maschine (1), durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schwingungsmessung eine Bremse (10) und/oder eine Kupplung (7) der mobilen Maschine (1) durch einen Fahrer der mobilen Maschine (1) betätigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsmessung beim Abstellen, insbesondere einem Parken, der mobilen Maschine (1) oder/und beim Ausschalten des Motors (6) der mobilen Maschine (1) automatisch durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Daten der Schwingungsmessung und/oder bei der Schwingungsmessung ermittelte Fehlermeldungen mittels einer Datenübertragungseinrichtung (11) zur Visualisierung und/oder Auswertung an eine Empfängerstation (13) übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsmessung während einer Fahrt der mobilen Maschine (1) reproduzierbar auf einer definierten Strecke erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das reproduzierbare Befahren der definierten Strecke mittels einer Ortungseinrichtung (12) verifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Antriebsstranges (2) anhand eines Abgleichs aktueller Schwingungsmessungsdaten mit in einer Datenbank abgespeicherten Schwingungsmessungsdaten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrweise und/oder ein Beladungszustand der mobilen Maschine (1) über ein Motorsteuergerät des Motors (6) anhand einer Motordrehzahl des Motors (6) ermittelt und entsprechend der Motordrehzahl aktuelle Schwingungsmessungsdaten mit in der Datenbank abgespeicherten Schwingungsmessungsdaten verglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten (3, 4) der mobilen Maschine (1), welche im Fahrzustand im Kontakt mit einer Fahrbahn (5) stehen, bei der Schwingungsmessung mittels des Antriebsstranges (2) lastfrei angetrieben werden.
Vorrichtung zur Schwingungsüberwachung einer mobilen Maschine (1), insbesondere eines Fahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine, geeignet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Motorsteuergerät, insbesondere für einen Verbrennungsmotor (6) einer mobilen Maschine (1), insbesondere eines Fahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.