DE102018106627B4

DE102018106627B4 - Verfahren zur Bauteilüberwachung sowie Fahrzeugantriebsstrang

Info

Publication number: DE102018106627B4
Application number: DE102018106627.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schulze; Grüßner Ingolf
Original assignee: Koki Technik Transmission Systems GmbH
Current assignee: Koki Technik Transmission Systems GmbH
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: JP2019168454A; DE102018106627A1; CN110296215A; CN110296215B; US20190295338A1

Abstract

Verfahren zur Bauteilüberwachung in einem Fahrzeugantriebsstrang gekennzeichnet durch folgende Schritte:- ein Schwingungsprofil eines Bauteils des Fahrzeugantriebsstrangs in Arbeitslage oder Ruhelage wird anhand ermittelter Frequenzwerte als Sollwert erfasst;- ein Schwingungssensor (1) wird in das Bauteil des Fahrzeugantriebsstrangs eingebettet oder auf das Bauteil des Fahrzeugantriebsstrangs aufgebracht;- der Schwingungssensor (1) wird von einem Empfänger (2) drahtlos mit Energie versorgt;- der Schwingungssensor (1) erfasst das Schwingungsprofil des Bauteils als eine Dateninformation;- die Dateninformation des Schwingungssensors (1) wird von dem Empfänger (2) permanent oder intervallisch sowie drahtlos erfasst; wobei die Dateninformationen zwischen dem Schwingungssensor (1) und dem Empfänger (2) auf Basis induktiver Kopplung in den Frequenzbereichen LF, HF oder auf Basis elektromagnetischer Welle im Frequenzbereich UHF gesendet werden;- der Empfänger (2) übermittelt die Dateninformation an einen Rechner (3) und/oder eine Speichereinrichtung (6);- der Rechner (3) und/oder die Speichereinrichtung (6) führt einen Ist-/Sollwert Abgleich der Dateninformation durch;- das Ergebnis des Ist-/Sollwert-Abgleichs wird ausgewertet und/oder weiterverarbeitet,- es erfolgt eine Bewertung, des Zustandes des Bauteils und der mit dem Bauteil verknüpften anderen Bauteile des gesamten Fahrzeugantriebsstrangs.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bauteilüberwachung in einem Fahrzeugantriebsstrang und einen Fahrzeugantriebsstrang
Stand der Technik
In diesem Zusammenhang wird auf die DE 10 2009 010 708 A1 hingewiesen, welche ein Überwachungssystem mit einer Vielzahl von drahtlosen Sensoren offenbart. Weiter wird auf die US 2015/0253219 A1 hingewiesen, welche die Überwachung eines Wellenzustandes offenbart. Ausserdem wird auf die DE 10 2013 225 711 A1 hingewiesen, welche einen Überwachungssensor aufzeigt, bei dem der Sensor zur Energieerzeugung eine Spule aufweist, die an dem Sensor derart angeordnet ist, dass an ihr zur Erzeugung eines Spannungsimpulses ein Permanentmagnet der Baueinheit vorbeiführbar ist. Daneben wird auf die DE 198 37 486 A1 verwiesen, welche ein Verfahren zur Erkennung sich anbahnender Schäden bei Fahrzeugen beschreibt, bei denen mechanische Energie in hochfrequente elektrische Energie umgewandelt wird, welche wiederum zu Hochfrequenzsignalen umgeformt werden und damit jeweils ein entsprechendes Frequenzmuster für jedes Bauteil erzeugt und auch gemessen wird. Weiter wird auf die WO 2011/117718 A1 hingewiesen, welche ein Überwachungssystem für eine Schienenradwelle beschreibt, wobei ein Rechner mit einer eigenen Batterie offenbart ist. Und dann wird auf die DE 10 2009 059 136 A1 hingewiesen. Dort ist eine Überwachungseinrichtung für ein Bauteil offenbart, wobei die benötigte Energie beispielsweise durch Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie gewonnen wird.
In der DE 10 2007 044 425 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage einer Schaltgabel eines Getriebes offenbart. Dort ist ein Bedämpfungselement als Positionsgeber angebracht, welches ein von einem ortsfesten Sensor erzeugtes, als Schwingkreis ausgelegtes Hochfrequenzfeld bedämpft und der Sensor aus dem Grad der Bedämpfung auf die Position des Bedämpfungselementes in dem Hochfrequenzfeld schließen kann und somit die Lage der Schaltschwinge erfasst.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass es aufgrund der verwendeten Bauteile hier zu einer Erhöhung des Gewichts kommt, wobei kaum belastbare Informationen zum vorausschauenden Bauteilverhalten im fahrenden Fahrzeug für beispielsweise vorbeugenden Austausch von Bauteilen entstehen, die zum Beispiel genutzt werden können, um vorausschauend Ausfälle zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere soll ein Verfahren und ein Antriebsstrang bereitgestellt werden, die eine permanente und/oder intervallische Überwachung aller oder einzelner Bauteile eines Anstriebsstrangs gewährleisten.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach dem Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Fahrzeugantriebsstrang besteht aus einer Vielzahl von Bauteilgruppen, wie Motor, Kupplung, Getriebe, Antriebswellen und Achsdifferenzialen. Diese Bauteilgruppen bestehen wiederum aus einer Vielzahl von einzelnen Bauteilen. Dieser Sachverhalt ist unabhängig von der verwendeten Antriebsquelle, wie Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor gegeben. Als Fahrzeug kommen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Motorräder oder dergleichen in Betracht.
Jedes Bauteil und auch jedes in den Komponenten zum Einsatz kommende Einzelteil hat ein charakteristisches Schwingungsverhalten. Treten Veränderungen im Bauteil auf, dann ändert sich auch das Schwingungsverhalten des Einzelteils sowie des Bauteils oder der Bauteilgruppe.
Dabei kann der Schwingungssensor beispielsweise auch eine Gestaltsänderung detektieren. Dabei kann der Schwingungssensor die Schallemmissionen derart aufnehmen, dass später der Unterschied zwischen einem regelkonformen Schwingen bei einem intakten Bauteil, einem unregelmäßigen Schwingen bei einer Verbiegung bzw. Veränderung der Bauform oder bei Vorliegen eines Risses bzw. Haar-Risses im Bauteil. Die entsprechenden Frequenzen der vorliegenden regelkonformen oder unregelmäßigen Fälle werden aufgrund des Ist-/Soll-Abgleichs detektiert und festgestellt.
Die Auslegung der Bauteilgruppen bis hin zu den Bauteilen erfolgt über Simulationsrechnungen, die das Verhalten der Bauteile unter verschiedenartiger Belastung definieren können. Unter anderem wird mit Hilfe der Modalanalyse die Eigenfrequenz analysiert, um z. B. Resonanzen zu vermeiden. Resonanzen können zum Aufschwingen des Einzelbauteils bis hin zum Antriebsstrang (System) führen. Anhand experimenteller Untersuchungen werden die ermittelten Frequenzwerte der Bauteile, Bauteilgruppen und Systeme verifiziert und könnten abschließend in den Bauteilunterlagen als SollWerte dokumentiert werden.
Eine durchgehende Überwachung des Bauteilverhaltens bedeutet aus heutiger Sicht eine besondere Herausforderung, gleichzeitig jedoch die Chance einer gezielten Einflussnahme auf die Auslegung der Bauteile nehmen zu können.
Die Integration eines Schwingungssensors oder eines Empfängers auf oder in dem Bauteil des Fahrzeugantriebsstrangs, im besonders erfindungsrelevanten Fall bei Schaltgabeln stellt dabei eine hohe Anforderung dar.
Der Schwingungssensor erfasst das Schwingungsprofil eines Bauteils oder eines Einzelteils im Bauteil. Das Schwingungsprofil wird als Dateninformation drahtlos zu dem Empfänger übermittelt. Die vom Schwingungssensor gelieferten Dateninformationen dienen der online-Analyse des Bauteils. Die Dateninformationen werden zur Auswertung von Parameterveränderungen des Bauteils, wie u. a. Position, Gestalt, Frequenz und Temperatur verwendet.
Dabei wird erfindungsgemäß ermöglicht, dass aufgrund von ausgewählten Bauteilen oder Bauteilgruppen permanent Signale erhalten werden, die deren Zustand beschreiben. Daraus wiederum folgt der Vorteil, dass dadurch die Möglichkeit der gezielten Überwachung dieser Bauteile über deren Lebenszeit hinweg möglich wird.
Das für die ausgewählten Bauteile charakteristische Schwingungsprofil, wie Frequenz, Amplitude oder Phasenverschiebung kann sich in Abhängigkeit vom Betriebszustand ändern und dient als Referenz, also als Sollwert. Treten bei der Nutzung des Bauteils Abweichungen von diesen Sollwertvorgaben auf, dann ergibt sich mit dem Vergleich von Ist-/ Sollwert die Möglichkeit der Bewertung, sowohl des Zustandes des einzelnen Bauteils als auch der mit dem Bauteil verknüpften anderen Bauteile beispielsweise in der Bauteilkomponente bzw. auch des gesamten Fahrzeugantriebsstrangs.
Im günstigsten Fall ist die für die Messung und Überwachung erforderliche Sensortechnik in Form des Schwingungssensor im betreffenden Bauteil integriert, ohne den umgebenden Bedingungen unmittelbar ausgesetzt zu sein, wie z. B. Öl, Salzwasser, Schmutz, Schlag etc.. Gleichzeitig sollten die Sensoren die Bauteileigenschaften nicht entscheidend beeinflussen.
Der Schwingungssensor ist zur Erfassung des Schwingungsprofils in dem Bauteil umfasst. Die Idee besteht darin, dass der Schwingungssensor in die Matrix des Bauteils integriert ist. Dadurch stellen er sicher, dass die drahtlose Signalübertragung zum Empfänger gewährleistet ist. Umfasst bedeutet in diesem Zusammenhang Einbetten oder Aufbringen des Schwingungssensors. Dazu kann der Schwingungssensor beispielsweise in einer Kunststoffmatrix eingebettet sein. Dazu kann die Kunststoffmatrix selbst das Bauteil darstellen oder als Kunststoffelement Teil des Bauteils sein. Der Schwingungssensor kann jedoch auch auf einem metallischen Körper platziert werden, jedoch ist dabei deren Schutz vor äußeren Einflüssen zusätzlich zu gewährleisten.
Die Dateninformation des Schwingungssensors wird zur Überwachung des Bauteils, einer Bauteilgruppe oder einem System genutzt. Dabei werden die Dateninformationen zur Auswertung von Parameterveränderungen des Bauteils, wie Position, Gestalt, Frequenz, und/oder Temperatur genutzt.
Die Signalübertragung von dem Schwingungssensor zum Empfänger erfolgt drahtlos. Die Signalübertragung kann dabei permanent oder intervallisch stattfinden. Intervallisch kann auch meinen, dass die Übermittlung der Dateninformation beispielsweise in einer bestimmten Wiederholrate durchgeführt.
Der Schwingungssensor ist einem ersten Bauteil zugeordnet und der Empfänger ist einem weiteren Bauteil zugeordnet. Dabei ist das erste Bauteil rotierend und das zweite Bauteil stationär angeordnet. Dies kann beispielsweise nur erfolgen, wenn sich der Empfänger im Sendebereich des Schwingungssensors befindet. So kann der Schwingungssensor auf einer mobilen umlaufenden Welle umfasst sein und mit einem fest in einem Gehäuse eingebauten stationären Empfänger zusammenwirken. Dabei werden die Dateninformationen des Schwingungsprofils des umlaufenden Schwingungssensors vom Empfänger, je nach Auslegung, intervallisch bei Durchschreiten des Bereichs des Empfängers oder permanent erfasst.
Auch ist es möglich das Sensorsignal bedarfsweise abzurufen. Dies kann beispielsweise bei einem turnusmäßigen Bauteil-Check erfolgen. Dazu wird der Empfänger in eine dafür vorgesehene Gehäuseposition gebracht und empfängt die Dateninformationen des Schwingungssensors.
Der Schwingungssensor steht drahtlos mit einem Empfänger in Wirkverbindung. Dazu ist der Schwingungssensor derart gestaltet, dass ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird oder ein Piezoelement vorhanden ist. Dazu kann der Schwingungssensor beispielsweise ein elektromagnetischer Feldsensor sein.
Die übermittelten Dateninformationen werden auf Basis induktiver Kopplung in den Frequenzbereichen LF, HF oder auf Basis elektromagnetischer Welle im Frequenzbereich UHF gesendet.
Der Empfänger steht mit einem Rechner und/oder eine Speichereinrichtung in Wirkverbindung. Dies erfolgt regelmäßig über Kabel.
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in der einzigen Figur ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der Figur ist ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Dort ist ein Schwingungssensor 1 gegeben. Der Schwingungssensor 1 wird von einem Empfänger 2 drahtlos mit Energie 4 versorgt.
Zwischen dem Schwingungssensor 1 und dem Empfänger wird eine drahtlose Datenübermittlung 5.1 von dem Schwingungssensor 1 zu dem Empfänger 2 und von dem Empfänger 2 zu dem Schwingungssensor 1 dargestellt.
Weiter ist gezeigt, wie zwischen einem Rechner 3 und/oder einer Speichereinrichtung 6 eine Datenübermittlung 5.2 hin zu dem Empfänger 2 und weg von dem Empfänger 2 hin zu dem Rechner 3 und/oder einer Speichereinrichtung 6 erfolgt.
Der Schwingungssensor 1 erfasst das für ein Bauteil eines Antriebsstrangs charakteristische Schwingungsprofil, wie beispielsweise Frequenz, Amplitude und/oder Phasenverschiebung in Abhängigkeit von Gebrauchslage also Betriebszustand oder Ruhelage. Das Schwingungsprofil wird als drahtlose Dateninformation 5.1 an den Empfänger 2 übertragen. Außerdem erfolgt von dem Empfänger 2 eine Energieübertragung 4 zu dem Schwingungssensor 1.
Die drahtlose Datenübermittlung 5.1 zwischen dem Schwingungssensor 1 und dem Empfänger 2 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel auf Basis induktiver Kopplung in den Frequenzbereichen LF, HF sowie auf Basis elektromagnetischer Wellen im Frequenzbereich UHF.
Die vom Empfänger 2 gelesene Dateninformation wird zur Speicherung und Auswertung an den Rechner 3 und/oder die Speichereinrichtung 6 weitergeleitet.
Dies stellt die als Radio-Frequency Identification (RFID) bekannte Technik dar. Dabei erfolgt die Datenübermittlung 5.2 bevorzugt über Kabel, kann aber auch drahtlos erfolgen.
Bezugszeichenliste

3: 1 Schwingungssensor 2 Empfänger Rechnern 4 Energieübertragung
5.1: drahtlose Datenübermittlung
5.2: Datenübermittlung
6: Speichereinrichtung

Claims

Verfahren zur Bauteilüberwachung in einem Fahrzeugantriebsstrang gekennzeichnet durch folgende Schritte: - ein Schwingungsprofil eines Bauteils des Fahrzeugantriebsstrangs in Arbeitslage oder Ruhelage wird anhand ermittelter Frequenzwerte als Sollwert erfasst; - ein Schwingungssensor (1) wird in das Bauteil des Fahrzeugantriebsstrangs eingebettet oder auf das Bauteil des Fahrzeugantriebsstrangs aufgebracht; - der Schwingungssensor (1) wird von einem Empfänger (2) drahtlos mit Energie versorgt; - der Schwingungssensor (1) erfasst das Schwingungsprofil des Bauteils als eine Dateninformation; - die Dateninformation des Schwingungssensors (1) wird von dem Empfänger (2) permanent oder intervallisch sowie drahtlos erfasst; wobei die Dateninformationen zwischen dem Schwingungssensor (1) und dem Empfänger (2) auf Basis induktiver Kopplung in den Frequenzbereichen LF, HF oder auf Basis elektromagnetischer Welle im Frequenzbereich UHF gesendet werden; - der Empfänger (2) übermittelt die Dateninformation an einen Rechner (3) und/oder eine Speichereinrichtung (6); - der Rechner (3) und/oder die Speichereinrichtung (6) führt einen Ist-/Sollwert Abgleich der Dateninformation durch; - das Ergebnis des Ist-/Sollwert-Abgleichs wird ausgewertet und/oder weiterverarbeitet, - es erfolgt eine Bewertung, des Zustandes des Bauteils und der mit dem Bauteil verknüpften anderen Bauteile des gesamten Fahrzeugantriebsstrangs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungssensor (1) ein elektromagnetisches Feld erzeugt oder ein Piezoelement ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dateninformation zur Auswertung von Parameterveränderungen des Bauteils wie Position, Gestalt, Frequenz und/oder Temperatur dient.
Fahrzeugantriebsstrang zur Bauteilüberwachung nach Anspruch 1, mit einem ersten Bauteil und einem Schwingungssensor (1) zur Erfassung eines Schwingungsprofils des ersten Bauteils, wobei der Schwingungssensor (1) dem ersten Bauteil zugeordnet ist, wobei der Empfänger (2) einem weiteren Bauteil zugeordnet ist, wobei das erste Bauteil rotierend und das zweite Bauteil stationär angeordnet ist, wobei der Schwingungssensor (1) ein elektromagnetischer Feldsensor oder ein Piezoelement ist, und wobei Dateninformationen auf Basis induktiver Kopplung in den Frequenzbereichen LF, HF oder auf Basis elektromagnetischer Welle im Frequenzbereich UHF vom Schwingungssensor (1) an den Empfänger (2) sendbar sind.