DE102021132840B4

DE102021132840B4 - Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung, Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und Energiewandlungsvorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102021132840B4
Application number: DE102021132840.3A
Authority: DE
Inventors: Egon Theil; Michael Dobrowolski; Joachim Thiesemann
Original assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2041-12-14
Also published as: DE102021132840A1; WO2023110738A1; EP4448948A1; CN118401748A

Abstract

Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung (5) einer einen Gaspfad (7) aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung (1), mit folgenden Schritten:- zeitabhängiges Erfassen einer Aktorposition eines zum Verstellen eines Stellelements (9) der Gaspfadregelvorrichtung (5) vorgesehenen Aktors (11),- Ermitteln von wenigstens einem Verschleißzustandsparameter anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition, und- Ermitteln des Verschleißzustands anhand des wenigstens einen Verschleißzustandsparameters,wobei als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter wenigstens ein Zustandsparameter ermittelt wird, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: einemLagerzustandsparameter einer Lagerung (31) der Gaspfadregelvorrichtung (5); und einem Verzahnungszustandsparameter einer Verzahnung (15) des Aktors (11).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung einer einen Gaspfad aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Energiewandlungsvorrichtung mit einem eine Gaspfadregelvorrichtung aufweisenden Gaspfad und einer solchen Steuervorrichtung.
Bauteile von Energiewandlungsvorrichtungen, die einem Verschleiß unterliegen, wie die hier angesprochenen Gaspfadregelvorrichtung, werden herkömmlicherweise nicht auf ihren Verschleißzustand überwacht, sondern nach vorbestimmten Betriebszeitintervallen, insbesondere nach einem vorbestimmten Wartungsplan, getauscht. Die Betriebszeitintervalle sind dabei vorsorglich kürzer gewählt, als es einer tatsächlichen Lebenszeit der entsprechenden Bauteile entspricht. Dies führt zu generell hohen Wartungs- und Lebenszykluskosten, sowie gegebenenfalls auch zu unerwarteten Ausfällen der betroffenen Bauteile, mit den damit verbundenen Nachteilen, insbesondere Stillstandszeiten.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 018 785 A1 wird ein Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung einer einen Gaspfad aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung offenbart. Dabei wird zeitabhängig eine Aktorposition eines zum Verstellen eines Stellelements der Gaspfadregelvorrichtung vorgesehenen Aktors erfasst. Weiterhin wird wenigstens ein Verschleißzustandsparameter anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition ermittelt. Der Verschleißzustand wird anhand des wenigstens einen Verschleißzustandsparameters ermittelt.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 056 557 A1 offenbart ein Verfahren zur Feststellung der Gängigkeit, insbesondere Schwergängigkeit und/oder Leichtgängigkeit, eines elektromechanischen Verstellmechanismus zur Beeinflussung einer Abgasströmung eines Abgasturboladers eines Fahrzeugs. Dabei wird eine elektrische Leistungsaufnahme als Ist-Wert eines elektrischen Stellmotors des Verstellmechanismus gemessen. Weiterhin wird die gemessene Leistungsaufnahme mit einem eine Referenzgängigkeit des Verstellmechanismus repräsentierenden Referenzwert verglichen, und es wird ein Signal ausgegeben, wenn der Ist-Wert vom Referenzwert stärker als eine vorgegebene Toleranz abweicht.
In der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2018 / 0 003 121 A1 wird eine Vorrichtung für einen Abgasturbolader mit variabler Geometrie offenbart. Die Vorrichtung ist eingerichtet, um einen Strömungspfad des Abgases mittels eines Aktors zu verändern. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Erfassungsteil, der ausgebildet ist, um eine Last des Aktors zu erfassen oder dem Aktor Energie zuzuführen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen Bestimmungsteil, der ausgebildet ist, zu bestimmen, dass eine Anomalie vorliegt, wenn ein Erfassungsergebnis durch den ersten Erfassungsteil außerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, der einem Betriebszustand des Turboladers mit variabler Geometrie entspricht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung einer einen Gaspfad aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens und eine Energiewandlungsvorrichtung mit einem eine Gaspfadregelvorrichtung aufweisenden Gaspfad und einer solchen Steuervorrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung einer einen Gaspfad aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung geschaffen wird, das folgende Schritte aufweist: Eine Aktorposition eines zum Verstellen eines Stellelements der Gaspfadregelvorrichtung vorgesehenen Aktors wird zeitabhängig erfasst; anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition wird wenigstens ein Verschleißzustandsparameter ermittelt, und anhand des wenigstens einen Verschleißzustandsparameters wird der Verschleißzustand ermittelt. Mithilfe des Verfahrens kann vorteilhaft der Verschleißzustand der Gaspfadregelvorrichtung in deren Betrieb auf einfache und kostengünstige Weise überwacht werden, sodass die Gaspfadregelvorrichtung bedarfsgerecht, abhängig von ihrem tatsächlichen Verschleißzustand, getauscht werden kann. Somit entfallen starre und regelmäßig aus Sicherheitsgründen zu kurz gewählte Wartungsintervalle, und unerwartete Ausfälle werden wirksam vermieden, da der tatsächliche Verschleiß - vorteilhaft zu jedem Zeitpunkt - festgestellt werden kann. Insbesondere können die mit der Gaspfadregelvorrichtung verbundenen Wartungs- und Lebenszykluskosten gesenkt werden.
Insbesondere wird der Verschleißzustand im Betrieb der Gaspfadregelvorrichtung ermittelt. Insbesondere wird der Verschleißzustand fortgesetzt während des Betriebs der Gaspfadregelvorrichtung ermittelt, insbesondere ereignisgesteuert, in regelmäßigen Abständen, oder kontinuierlich.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Verschleißzustand wenigstens eine Maßnahme ergriffen. Die wenigstens eine Maßnahme ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Ausgabe einer Warnung an einen Betreiber der Gaspfadregelvorrichtung; Ausgabe einer Tauschwarnung oder Aufforderung zum Austauschen der Gaspfadregelvorrichtung an den Betreiber; Umschalten eines Betriebs einer die Gaspfadregelvorrichtung aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung in einen sicheren Betriebsmodus; und Abschalten der Energiewandlungsvorrichtung. Insbesondere auf diese Weise können starre Wartungs- und/oder Austauschintervalle sowie unerwartete Ausfälle der Gaspfadregelvorrichtung vermieden werden. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die wenigstens eine Maßnahme ergriffen, wenn der Verschleißzustand einen vorbestimmten Verschleißzustandsgrenzwert überschreitet.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird als der Verschleißzustand ein Verschleißzustand des Aktors ermittelt. Insbesondere wird bevorzugt als der Verschleißzustand ein Verschleißzustand einer Verzahnung, insbesondere eines Zahnrads des Aktors, ermittelt.
Unter einer Gaspfadregelvorrichtung wird im Kontext der vorliegenden Lehre insbesondere eine Klappenvorrichtung, insbesondere eine Drosselklappe oder Abgasklappe, oder eine Ventilvorrichtung, insbesondere ein Drosselventil oder ein Wastegate-Ventil, verstanden.
Die Gaspfadregelvorrichtung weist insbesondere das Stellelement und den mit dem Stellelement antriebswirkverbundenen Aktor auf, der eingerichtet ist, um das Stellelement zu verstellen. Der Aktor ist insbesondere ansteuerbar ausgebildet.
Insbesondere weist der Aktor einen Motor in Kombination mit einer Verzahnung, insbesondere einem Zahnrad auf, wobei der Motor über die Verzahnung mit dem Stellelement antriebswirkverbunden ist. Dem Stellelement ist bevorzugt eine Zahnstange zugeordnet, die mit dem Zahnrad in Eingriff ist. Die Verzahnung weist insbesondere das Zahnrad und die Zahnstange auf, die miteinander in Eingriff sind, das heißt miteinander kämmen.
Der Motor des Aktors ist insbesondere ein Elektromotor, vorzugsweise ein Schrittmotor oder Servomotor.
Das Stellelement ist insbesondere ein Klappenelement, oder ein Ventilkolben oder Ventilstößel.
Unter einem Gaspfad wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Luftpfad oder Ladepfad, oder ein Abluftpfad oder Abgaspfad der Energiewandlungsvorrichtung verstanden.
Unter einer Energiewandlungsvorrichtung wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die eingerichtet ist, um eine erste Energieform in eine zweite, von der ersten Energieform verschiedene Energieform zu wandeln, entweder unmittelbar oder über mindestens eine Zwischenstufe, das heißt mindestens eine weitere Energieform.
Insbesondere ist die Energiewandlungsvorrichtung eingerichtet, um chemische Energie in elektrische und/oder mechanische Energie zu wandeln.
Insbesondere ist die Energiewandlungsvorrichtung eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle.
Unter einer Aktorposition wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine momentane Aktorposition verstanden, insbesondere eine innere Position, insbesondere eine Winkelstellung oder ein Drehwinkel relativ zu einer Referenz-Winkelstellung, die zeitabhängig erfasst wird. Darunter, dass der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition ermittelt wird, wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter unmittelbar aus der zeitabhängig erfassten Aktorposition abgeleitet wird, oder dass der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter mittelbar, insbesondere mithilfe von Zwischenschritten, insbesondere durch vorbestimmte Berechnungen, in welche die zeitabhängig erfasste Aktorposition eingeht, aus der zeitabhängig erfassten Aktorposition abgeleitet wird. Insbesondere wird der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter anhand einer zeitlichen Änderung der Aktorposition ermittelt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter anhand einer zeitlichen Ableitung der Aktorposition, insbesondere anhand der ersten zeitlichen Ableitung der Aktorposition, ermittelt.
Erfindungsgemäß wird als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter wenigstens ein Zustandsparameter ermittelt, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: einem Lagerzustandsparameter einer Lagerung, insbesondere einer Radiallagerung, der Gaspfadregelvorrichtung; und einem Verzahnungszustandsparameter einer Verzahnung des Aktors.
Insbesondere wird ein Lagerzustandsparameter, insbesondere einer Radiallagerung, des Aktors, insbesondere der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads, ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird ein Lagerzustandsparameter einer Lagerung, insbesondere einer Radiallagerung, des Stellelements ermittelt.
Insbesondere wird ein Verzahnungszustandsparameter des Zahnrads des Aktors ermittelt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden beide Zustandsparameter, der Lagerzustandsparameter und der Verzahnungszustandsparameter, als Verschleißzustandsparameter ermittelt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die beiden Zustandsparameter miteinander verodert, das heißt im Verhältnis eines logischen ODER zueinander behandelt, um insbesondere eine Entscheidung über weitere Maßnahmen abhängig von demjenigen Zustandsparameter zu treffen, der den größeren Verschleiß anzeigt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter mit einem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert verglichen wird, wobei der Verschleißzustand anhand des Vergleichs ermittelt wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Verschleißzustand als absolute oder relative Abweichung zwischen dem Verschleißzustandsparameter und dem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert ermittelt. Die absolute Abweichung wird dabei insbesondere gebildet, indem der Verschleißzustandsparameter von dem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert subtrahiert wird. Die relative Abweichung wird insbesondere gebildet, indem der Verschleißzustandsparameter durch den vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert dividiert wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die wenigstens eine Maßnahme dann ergriffen, wenn der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter den vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert überschreitet.
In einer Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher der Verschleißzustand als absolute Abweichung zwischen dem Verschleißzustandsparameter und dem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert ermittelt wird, beträgt der vorbestimmte Verschleißzustandsgrenzwert bevorzugt null. In einer Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher der Verschleißzustand als relative Abweichung zwischen dem Verschleißzustandsparameter und dem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert ermittelt wird, beträgt der vorbestimmte Verschleißzustandsgrenzwert bevorzugt 1. Selbstverständlich kann der Verschleißzustandsgrenzwert aber auch anders gewählt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird jeder der beiden ermittelten Zustandsparameter, das heißt der Lagerzustandsparameter und der Verzahnungszustandsparameter, jeweils mit einem zugeordneten vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert verglichen, woraus jeweils ein separates Vergleichsergebnis erhalten wird. Das Vergleichsergebnis wird jeweils insbesondere als - wie oben für den Verschleißzustand erläutert - absolute oder relative Abweichung des jeweiligen Zustandsparameters von dem ihm zugeordneten Verschleißzustandsparametergrenzwert ermittelt. Bevorzugt wird dasjenige Vergleichsergebnis als der Verschleißzustand verwendet, welches näher an dem Verschleißzustandsgrenzwert ist. Auf diese Weise werden die beiden Zustandsparameter miteinander verodert, und es wird jeweils derjenige Zustandsparameter insbesondere für eine Entscheidung über weitere Maßnahmen herangezogen, der den größeren Verschleiß anzeigt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Lagerzustandsparameter einer Lagerung, insbesondere einer Radiallagerung, der Gaspfadregelvorrichtung ermittelt wird, indem anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition eine momentane Belastungsgröße der Gaspfadregelvorrichtung ermittelt wird, wobei die momentane Belastungsgröße zeitlich integriert wird, woraus ein Belastungsintegral als der Lagerzustandsparameter erhalten wird. Durch zeitliche Integration der momentanen Belastungsgröße kann vorteilhaft eine Information über den insbesondere kumulierten Verschleißzustand der Gaspfadregelvorrichtung erhalten werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die momentane Belastungsgröße als Produkt einer zeitlichen Ableitung der Aktorposition mit einer Widerstandsgröße ermittelt wird. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Ermittlung der momentanen Belastungsgröße dar. Als zeitliche Ableitung der Aktorposition wird insbesondere die erste zeitliche Ableitung der Aktorposition verwendet. Es wird also insbesondere die Geschwindigkeit einer Veränderung der Aktorposition in Kombination mit der Widerstandsgröße betrachtet. Vorzugsweise wird als die zeitliche Ableitung der Aktorposition ein vorzeichenfreies Maß für die zeitliche Ableitung, insbesondere ein Betrag oder eine geradzahlige Potenz, insbesondere ein Quadrat der zeitlichen Ableitung der Aktorposition, oder eine Wurzelfunktion der geradzahligen Potenz, verwendet.
Unter einer Widerstandsgröße wird im Kontext der hier vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine physikalische Größe verstanden, die charakteristisch ist für eine einer Änderung der Aktorposition entgegenwirkende und/oder die Lagerung belastende Kraft. Insbesondere ist die Widerstandsgröße eine Kraft- oder Druck-Größe, insbesondere ein Gegendruck oder eine für den Gegendruck charakteristische Größe. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird als Widerstandgröße ein Abgasgegendruck herangezogen. Insbesondere wenn die Gaspfadregelvorrichtung in einem Abgaspfad der Energiewandlungsvorrichtung angeordnet ist, muss das Stellelement direkt gegen den Abgasgegendruck verlagert werden beziehungsweise die Lagerung wird durch den Abgasgegendruck belastet. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird insbesondere als Widerstandsgröße, insbesondere als Maß für den Abgasgegendruck, eine stellvertretende Druck-Größe, insbesondere ein Ladedruck verwendet. Dies ist insoweit vorteilhaft, als bei Brennkraftmaschinen typischerweise zwar ein Drucksensor zur Erfassung des Ladedrucks vorgesehen ist, jedoch kein separater Drucksensor zur Erfassung des Abgasgegendrucks. Da jedoch der Abgasgegendruck mit dem Ladedruck korreliert, kann der Ladedruck in einfacher und kostengünstiger Weise stellvertretend als Widerstandsgröße verwendet werden. Wenn die Gaspfadregelvorrichtung in einem Luftpfad oder Ladepfad der Energiewandlungsvorrichtung angeordnet ist, kann der Ladedruck insbesondere unmittelbar als Widerstandsgröße herangezogen werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Lagerzustandsparameter als Belastungsintegral L gemäß folgender Gleichung berechnet: $L = \int | \frac{d}{d t} x_{a} (t) | w (t) d t,$
wobei x_a(t) die zeitabhängig erfasste Aktorposition und w(t) die insbesondere ebenfalls zeitabhängige Widerstandsgröße, insbesondere der Abgasgegendruck oder - insbesondere stellvertretend - der Ladedruck ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Verzahnungszustandsparameter der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads, des Aktors ermittelt wird, indem ein Stellintervall des Aktors in eine Mehrzahl von Teil-Stellintervallen unterteilt wird, wobei als die Aktorposition ein momentanes Teil-Stellintervall des Aktors zeitabhängig erfasst wird. Als der wenigstens eine Verzahnungszustandsparameter wird eine Häufigkeitsverteilung verschleißkritischer Ereignisse ermittelt, wobei die verschleißkritischen Ereignisse ausgewählt sind aus einer Gruppe, bestehend aus: dem Einnehmen eines verschleißkritischen Teil-Stellintervalls durch den Aktor, und einem verschleißkritischen Teil-Stellintervallwechsel. Die verschleißkritischen Ereignisse werden insbesondere jeweils gezählt, und es wird - insbesondere nach Art eines Histogramms - eine Häufigkeitsverteilung ermittelt. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine Information über den Verschleiß der Verzahnung des Aktors erhalten werden. Insbesondere wird der Verschleißzustandsparameter aus der Häufigkeitsverteilung abgeleitet, oder die Häufigkeitsverteilung wird als Verschleißzustandsparameter verwendet.
Alternativ oder zusätzlich wird eine absolute Häufigkeit der verschleißkritischen Ereignisse ermittelt. Insbesondere auf diese Weise kann einfach der Verschleißzustandsparameter als die absolute Häufigkeit ermittelt und somit eine valide Information über den Verschleiß der Verzahnung erhalten werden. Insbesondere wird die absolute Häufigkeit bevorzugt als Summe über die Häufigkeitsverteilung, insbesondere als Summe über alle verschleißkritischen Ereignisse, oder als Summe über alle betrachteten verschleißkritischen Ereignisse, ermittelt.
Unter einem Stellintervall des Aktors wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein vollständiger Stellweg von einer ersten Endposition, insbesondere einem ersten Endanschlag, bis zu einer zweiten Endposition, insbesondere einem zweiten Endanschlag, verstanden, den der Aktor im Betrieb der Gaspfadregelvorrichtung für die Verstellung des Stellelements zurücklegen kann. Das Stellintervall kann insbesondere in Winkelgraden, oder in Prozent angegeben werden, wobei in letzterem Fall insbesondere beispielsweise der ersten Endposition der Wert 0 % und der zweiten Endposition der Wert 100 % zugeordnet werden kann. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Stellintervall einmalig, oder zu vorbestimmten Zeiten, oder ereignisgesteuert, eingelernt, insbesondere mittels einer Lernfahrt des Aktors, insbesondere indem der Aktor den Stellweg von der ersten Endposition zu der zweiten Endposition - oder umgekehrt, oder in beide Richtungen - zurücklegt. Insbesondere ist in einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass das Stellintervall jedes Mal bei einem erneuten Anschalten oder Starten der Energiewandlungsvorrichtung eingelernt wird. Insbesondere kann das Stellintervall auf diese Weise vorteilhaft an veränderte Randbedingungen, insbesondere Verschmutzungen der Gaspfadregelvorrichtung, angepasst werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Stellintervall derart in die Mehrzahl von Teil-Stellintervallen unterteilt, dass den Teil-Stellintervallen jeweils einerseits Einzelzahneingriffe und andererseits Doppelzahneingriffe zugeordnet werden können. Insbesondere wird die Anzahl der Teil-Stellintervalle, in welche das Stellintervall unterteilt wird, entsprechend geeignet gewählt, insbesondere derart, dass bestimmten Teil-Stellintervallen eindeutig Doppelzahneingriffe zugeordnet werden können. Es ist aber auch möglich, dass in ein Teil-Stellintervall ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff fällt. Das Zahnrad des Aktors und ein zugeordnetes Gegen-Verzahnungselement, insbesondere die Zahnstange, sind insbesondere derart ausgebildet, angeordnet und aufeinander abgestimmt, dass stets höchstens zwei unmittelbar einander benachbarte Zähne des Zahnrads mit dem Gegen-Verzahnungselement in Eingriff sind, wobei über einen größeren Anteil an Teilwegen des Stellwegs nur jeweils ein Zahn des Zahnrads mit dem Gegen-Verzahnungselement in Eingriff ist, und wobei nur für einen kleineren Anteil, insbesondere eine Minderheit an Teilwegen des Stellwegs zwei unmittelbar einander benachbarte Zähne des Zahnrads mit dem Gegen-Verzahnungselement in Eingriff sind. Unter einem Einzelzahneingriff wird dabei insbesondere verstanden, dass nur ein Zahn des Zahnrads mit dem Gegen-Verzahnungselement, insbesondere der Zahnstange, in Eingriff ist. Unter einem Doppelzahneingriff wird insbesondere verstanden, dass zwei einander unmittelbar benachbarte Zähne des Zahnrads gleichzeitig mit dem Gegen-Verzahnungselement, insbesondere der Zahnstange, in Eingriff sind.
Darunter, dass der Aktor ein verschleißkritisches Teil-Stellintervall einnimmt, wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre verstanden, dass die momentane Aktorposition - statisch oder insbesondere transient - einem verschleißkritischen Teil-Stellintervall entspricht, der Aktor also bezüglich seiner momentanen Aktorposition in dem verschleißkritischen Teil-Stellintervall angeordnet ist. Unter einem verschleißkritischen Teil-Stellintervallwechsel wird verstanden, dass die Aktorposition zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten Teil-Stellintervallen wechselt, wobei dieser Wechsel als verschleißkritisch eingestuft wird.
Als verschleißkritisch wird ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff angesehen, denn dieser Wechsel bedingt einen Biegelastwechsel an den beteiligten Zähnen, was eine verschleißrelevante mechanische Belastung und insbesondere einen Hauptverschleißmechanismus des Zahnrads darstellt.
Insbesondere werden nun im Rahmen des Verfahrens verschleißkritische Teil-Stellintervallwechsel identifiziert. Insbesondere werden solche Teil-Stellintervallwechsel, das heißt Wechsel von einem Teil-Stellintervall zu einem unmittelbar benachbarten nächsten Teil-Stellintervall, als verschleißkritisch identifiziert, bei denen ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff erfolgt. Ein verschleißkritischer Teil-Stellintervallwechsel ist demnach insbesondere ein Wechsel zwischen einem ersten Teil-Stellintervall und einem dem ersten Teil-Stellintervall unmittelbar benachbarten zweiten Teil-Stellintervall, bei dem entweder in dem ersten Teil-Stellintervall ein Einzelzahneingriff und in dem zweiten Teil-Stellintervall ein Doppelzahneingriff, oder umgekehrt in dem zweiten Teil-Stellintervall ein Einzelzahneingriff und in den ersten Teil-Stellintervall ein Doppelzahneingriff vorliegt.
Alternativ oder zusätzlich werden im Rahmen des Verfahrens verschleißkritische Teil-Stellintervalle identifiziert. Insbesondere werden solche Teil-Stellintervalle als verschleißkritisch identifiziert, innerhalb derer ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff - unabhängig von der Richtung dieses Wechsels - erfolgt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Häufigkeitsverteilung der verschleißkritischen Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads des Aktors ermittelt wird.
Alternativ oder zusätzlich wird die Häufigkeitsverteilung zahnpaarindividuell für eine Mehrzahl von Paaren von unmittelbar einander benachbarten Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Häufigkeitsverteilung verschleißkritischer Ereignisse global für die Verzahnung, insbesondere das Zahnrad, ermittelt wird.
Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads des Aktors ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnindividuell für genau einen Zahn der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads ermittelt.
Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnpaarindividuell für eine Mehrzahl von Paaren von unmittelbar einander benachbarten Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnpaarindividuell für genau ein Paar von unmittelbar einander benachbarten Zähnen der Verzahnung, insbesondere des Zahnrads ermittelt. Insbesondere auf diese Weise kann eine detaillierte und lokal aufgeschlüsselte Information über den Verschleiß der Verzahnung erhalten werden.
Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse global für die Verzahnung, insbesondere das Zahnrad, ermittelt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktorposition durch den Aktor selbst erfasst wird. Dies stellt eine besonders einfache und zugleich zuverlässige Art dar, die Aktorposition zu ermitteln. Insbesondere wird die Aktorposition bevorzugt durch den Aktor selbst erfasst, wenn der Aktor als Motor einen Schrittmotor oder Servomotor aufweist. Die Aktorposition wird dann insbesondere durch den Schrittmotor oder Servomotor erfasst.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verschleißzustand lokal in einer Steuervorrichtung einer die Gaspfadregelvorrichtung aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung ermittelt wird. Dies stellt eine besonders einfache und wenig aufwändige Art der Ermittlung des Verschleißzustands dar.
Alternativ oder zusätzlich wird der Verschleißzustand entfernt von der Energiewandlungsvorrichtung ermittelt, insbesondere auf einer entfernten Rechenvorrichtung, insbesondere einem Dienstgeber, oder in einer Datenwolke, die auch als Cloud bezeichnet wird. Insbesondere wird bevorzugt eine Mehrzahl von Verschleißzuständen einer Mehrzahl von Gaspfadregelvorrichtungen einer Mehrzahl von Energiewandlungsvorrichtungen entfernt von den Energiewandlungsvorrichtungen zentral ermittelt. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft eine große Anzahl von Daten über den Verschleiß von Gaspfadregelvorrichtungen erhoben und ausgewertet, insbesondere statistisch ausgewertet werden. Insbesondere können daraus wiederum vorteilhaft valide Werte für den Verschleißzustandsgrenzwert und/oder den Verschleißzustandsparametergrenzwert abgeleitet werden, insbesondere mit Blick auf einen einerseits nicht zu häufigen, andererseits aber unter Berücksichtigung der Vermeidung unerwarteter Ausfälle nicht zu späten Austausch von Gaspfadregelvorrichtungen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuervorrichtung für eine Energiewandlungsvorrichtung geschaffen wird, wobei die Energiewandlungsvorrichtung einen Gaspfad aufweist, der seinerseits eine Gaspfadregelvorrichtung aufweist. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit der Steuervorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Steuervorrichtung weist insbesondere mindestens eine Schnittstelle zur Herstellung einer Wirkverbindung mit einer Gaspfadregelvorrichtung, insbesondere mit einem Aktor einer Gaspfadregelvorrichtung, auf
In einer Ausführungsform der Steuervorrichtung ist diese eingerichtet, um den Verschleißzustand lokal zu ermitteln.
In einer anderen Ausführungsform der Steuervorrichtung weist diese ein Kommunikationsmodul auf, das eingerichtet ist, um mit einer entfernten Rechenvorrichtung insbesondere datenübertragend zusammenzuwirken, um den Verschleißzustand zu ermitteln.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Energiewandlungsvorrichtung mit einem Gaspfad geschaffen wird, der eine Gaspfadregelvorrichtung aufweist, wobei die Energiewandlungsvorrichtung eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung oder eine Steuervorrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist. In Zusammenhang mit der Energiewandlungsvorrichtung ergeben sich insbesondere diejenigen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und/oder in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung erläutert wurden.
Die Gaspfadregelvorrichtung weist insbesondere ein Stellelement und einen mit dem Stellelement antriebswirkverbundenen Aktor auf, der eingerichtet ist, um das Stellelement zu verstellen. Der Aktor ist insbesondere ansteuerbar ausgebildet.
Insbesondere weist der Aktor einen Motor in Kombination mit einer Verzahnung, insbesondere einem Zahnrad auf, wobei der Motor über die Verzahnung mit dem Stellelement antriebswirkverbunden ist. Dem Stellelement ist bevorzugt eine Zahnstange zugeordnet, die mit dem Zahnrad in Eingriff ist. Die Verzahnung weist insbesondere das Zahnrad und die Zahnstange auf, die miteinander in Eingriff sind, das heißt miteinander kämmen.
Der Motor des Aktors ist insbesondere ein Elektromotor, vorzugsweise ein Schrittmotor oder Servomotor.
Das Stellelement ist insbesondere ein Klappenelement, oder ein Ventilkolben oder Ventilstößel.
Die Steuervorrichtung ist insbesondere mit der Gaspfadregelvorrichtung, insbesondere mit dem Aktor, wirkverbunden, insbesondere um den Aktor anzusteuern und vorzugsweise um die Aktorposition von dem Aktor zu empfangen.
Die Energiewandlungsvorrichtung ist insbesondere eingerichtet zur Wandlung von chemischer Energie in mechanische und/oder elektrische Energie. In einer Ausführungsform ist die Energiewandlungsvorrichtung als Brennkraftmaschine, insbesondere als Hubkolbenmotor, ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Energiewandlungsvorrichtung als Brennstoffzelle ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Energiewandlungsvorrichtung ist der Gaspfad ein Luftpfad oder Ladepfad der Energiewandlungsvorrichtung. In einer anderen Ausführungsform ist der Gaspfad ein Abluft- oder Abgaspfad der Energiewandlungsvorrichtung.
In einer Ausführungsform der Energiewandlungsvorrichtung ist die Gaspfadregelvorrichtung eine Klappenvorrichtung, insbesondere eine Drosselklappe oder Abgasklappe, oder eine Ventilvorrichtung, insbesondere ein Drosselventil oder ein Wastegate-Ventil.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Energiewandlungsvorrichtung mit einem Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung und einer Gaspfadregelvorrichtung;
2 eine Detaildarstellung einer Gaspfadregelvorrichtung;
3 eine erste schematische Darstellung eines ersten Teils eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Überwachen eines Verschleißzustands der Gaspfadregelvorrichtung, und
4 eine zweite schematische Darstellung eines zweiten Teils des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß 3.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Energiewandlungsvorrichtung 1 mit einem Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung 3 und einer Gaspfadregelvorrichtung 5.
Die Energiewandlungsvorrichtung 1 weist einen Gaspfad 7 auf, der wiederum die Gaspfadregelvorrichtung 5 aufweist. Die Gaspfadregelvorrichtung 5 weist ein Stellelement 9 und einen mit dem Stellelement 9 antriebswirkverbundenen Aktor 11 auf, der eingerichtet ist, um das Stellelement 9 zu verstellen. Der Aktor 11 ist ansteuerbar ausgebildet und weist einen Motor 13 in Kombination mit einer Verzahnung 15, insbesondere einem in 2 dargestellten Zahnrad 17 auf. Über die Verzahnung 15 ist der Motor 13 mit dem Stellelement 9 antriebswirkverbunden. Dem Stellelement 9 ist bevorzugt eine ebenfalls in 2 dargestellte Zahnstange 19 zugeordnet, die mit dem Zahnrad 17 in Eingriff ist. Die Verzahnung 15 weist insbesondere das Zahnrad 17 und die Zahnstange 19 auf, die miteinander in Eingriff sind, das heißt miteinander kämmen. Der Motor 13 ist bevorzugt ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor oder Servomotor. Das Stellelement 9 ist insbesondere ein Klappenelement, oder ein Ventilkolben oder Ventilstößel.
Die Steuervorrichtung 3 ist mit der Gaspfadregelvorrichtung 5, insbesondere mit dem Aktor 11, wirkverbunden, insbesondere um den Aktor 11 anzusteuern und eine momentane Aktorposition von dem Aktor 11 zu empfangen.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Energiewandlungsvorrichtung 1 als Brennkraftmaschine 21, insbesondere als Hubkolbenmotor, ausgebildet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Energiewandlungsvorrichtung 1 als Brennstoffzelle ausgebildet sein. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist außerdem der Gaspfad 7 ein Abgaspfad 23 der Brennkraftmaschine 21. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Gaspfad 7 ein Luftpfad 24 oder Ladepfad, oder ein Abluftpfad der Energiewandlungsvorrichtung 1 sein. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gaspfadregelvorrichtung 5 ein Wastegate-Ventil 25, das insbesondere in einem Turbinenbypass 27 einer Abgasturbine 28 eines Abgasturboladers 29 der Brennkraftmaschine 21 angeordnet ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Gaspfadregelvorrichtung 5 eine Klappenvorrichtung, insbesondere eine Drosselklappe oder Abgasklappe, oder eine andere Ventilvorrichtung, insbesondere ein Drosselventil, sein.
Die Steuervorrichtung 3 ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens zum Überwachen eines Verschleißzustands der Gaspfadregelvorrichtung 5 mit folgenden Schritten: Die Aktorposition des Aktors 11 wird zeitabhängig erfasst; anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition wird wenigstens ein Verschleißzustandsparameter ermittelt, und anhand des wenigstens einen Verschleißzustandsparameters wird der Verschleißzustand ermittelt.
Als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter wird bevorzugt wenigstens ein Zustandsparameter ermittelt, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: einem Lagerzustandsparameter einer in 2 dargestellten Lagerung 31 der Gaspfadregelvorrichtung 5, die hier eine Radiallagerung 32 des Zahnrads 17 ist; und einem Verzahnungszustandsparameter der Verzahnung 15 des Aktors 11. Bevorzugt werden beide Zustandsparameter, der Lagerzustandsparameter und der Verzahnungszustandsparameter, als Verschleißzustandsparameter ermittelt. Insbesondere werden die beiden Zustandsparameter miteinander verodert, um eine Entscheidung über weitere Maßnahmen abhängig von demjenigen Zustandsparameter zu treffen, der den größeren Verschleiß anzeigt.
Insbesondere wird der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter bevorzugt mit einem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert verglichen, wobei der Verschleißzustand anhand des Vergleichs ermittelt wird.
Insbesondere ist die Steuervorrichtung bevorzugt eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einem der der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele des Verfahrens, vorzugsweise beider Ausführungsbeispiele in Kombination miteinander, insbesondere unter Veroderung der erhaltenen Verschleißzustandsparameter im oben erläuterten Sinn.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Lagerzustandsparameter der Lagerung 31, insbesondere der Radiallagerung 32, der Gaspfadregelvorrichtung 5 ermittelt wird, indem anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition eine momentane Belastungsgröße der Gaspfadregelvorrichtung 5 ermittelt wird, wobei die momentane Belastungsgröße zeitlich integriert wird, woraus ein Belastungsintegral L als der Lagerzustandsparameter erhalten wird. Die momentane Belastungsgröße wird insbesondere als Produkt einer zeitlichen Ableitung der Aktorposition mit einer Widerstandsgröße ermittelt. Bevorzugt wird das Belastungsintegral L gemäß der oben angegebenen Gleichung (1) berechnet.
Bei einem zweiten, insbesondere anhand der nachfolgenden Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Verzahnungszustandsparameter der Verzahnung 15, insbesondere des Zahnrads 17, des Aktors 11 ermittelt wird.
2 zeigt eine Detaildarstellung einer Gaspfadregelvorrichtung 5 mit der Verzahnung 15, insbesondere dem Zahnrad 17 und der Zahnstange 19.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Das Zahnrad 17 und die Zahnstange 19 sind insbesondere derart ausgebildet, angeordnet und aufeinander abgestimmt, dass stets höchstens zwei unmittelbar einander benachbarte Zähne 33 des Zahnrads mit der Zahnstange 19 in Eingriff sind. In 2 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nur insgesamt zwei Zähne 33 mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Über einen größeren Anteil an Teilwegen des Stellwegs des Aktors 11 ist nur jeweils ein Zahn 33 mit der Zahnstange 19 in Eingriff, was als Einzelzahneingriff bezeichnet wird. Nur für einen kleineren Anteil an Teilwegen des Stellwegs sind zwei unmittelbar einander benachbarte Zähne 33 mit der Zahnstange 19 in Eingriff, was als Doppelzahneingriff bezeichnet wird.
In 2a) ist ein Einzelzahneingriff dargestellt, bei dem nur ein Zahn 33, nämlich ein erster Zahn 33.1 mit der Zahnstange 19 in Eingriff ist. In 2b) ist ein Doppelzahneingriff dargestellt, bei dem zwei einander unmittelbar benachbarte Zähne 33, nämlich der erste Zahn 33.1 und ein zweiter, dem ersten Zahn 33.1 unmittelbar benachbarter Zahn 33.2, gleichzeitig mit der Zahnstange 19 in Eingriff sind.
3 zeigt eine erste schematische Darstellung eines ersten Teils eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Überwachen eines Verschleißzustands der Gaspfadregelvorrichtung 5.
Dabei wird ein Stellintervall S des Aktors 11 in eine Mehrzahl von Teil-Stellintervallen S_i unterteilt. Das Stellintervall S entspricht einem vollständigen Stellweg des Aktors 11 von einer ersten Endposition E₁ bis zu einer zweiten Endposition E₂, den der Aktor 11 im Betrieb der Gaspfadregelvorrichtung 5 für die Verstellung des Stellelements 9 zurücklegt. Das Stellintervall S kann insbesondere in Winkelgraden oder in Prozent angegeben werden, wobei in letzterem Fall insbesondere beispielsweise der ersten Endposition E₁ der Wert 0 % und der zweiten Endposition E₂ der Wert 100 % zugeordnet werden kann. Als die Aktorposition wird ein momentanes Teil-Stellintervall Si des Aktors 11 zeitabhängig erfasst. Dabei ist in 3 nur eine grobe Unterteilung des Stellintervalls S in sechs Haupt-Teil-Stellintervalle dargestellt, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eines mit S_H bezeichnet ist, wobei jedes Haupt-Teil-Stellintervall einem von sechs Zähnen 33, als Zähne Z1 bis Z6 bezeichnet, zugeordnet ist, die sukzessive nacheinander mit der Zahnstange 19 in Eingriff kommen, wenn der Aktor 11 das Stellintervall S durchläuft.
Tatsächlich erfolgt die Unterteilung in die Teil-Stellintervalle Si feiner, das heißt insbesondere in eine größere Zahl von Teil-Stellintervalle S_i, insbesondere bevorzugt in dreißig Teil-Stellintervalle S_i, derart, dass den Teil-Stellintervallen Si jeweils einerseits Einzelzahneingriffe und andererseits Doppelzahneingriffe zugeordnet werden können. Insbesondere wird die Anzahl der Teil-Stellintervalle, in welche das Stellintervall S unterteilt wird, entsprechend geeignet gewählt, insbesondere derart, dass bestimmten Teil-Stellintervallen S_i eindeutig Doppelzahneingriffe zugeordnet werden können.
4 zeigt eine zweite schematische Darstellung eines zweiten Teils des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß 3. Dabei ist hier eine tabellarische Darstellung der dreißig Teil-Stellintervalle S_i dargestellt, zusammen mit einer Zuordnung, welchen der Teil-Stellintervalle S_i Einzelzahneingriffe zugeordnet sind, und welchen der Teil-Stellintervalle Doppelzahneingriffe zugeordnet sind. Dabei sind die in 3 dargestellten sechs Zähne auch hier als Z1 bis Z6 bezeichnet. Die dreißig Teil-Stellintervalle sind jeweils mit ihrem Index i, von 1 bis 30, bezeichnet. Beispielsweise sind Doppelzahneingriffe den Teil-Stellintervallen S₁, S₆, S₇, S₁₂, S₁₃, S₁₈, S₁₉, S₂₄, S₂₅ und S₃₀ zugeordnet. Den anderen Teil-Stellintervallen sind jeweils Einzelzahneingriffe zugeordnet. Es ist allerdings bei einem anderen Ausführungsbeispiel auch eine Unterteilung des Stellintervalls in Teil-Stellintervalle möglich, bei denen einzelnen Teil-Stellintervallen Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff - unabhängig von der Richtung des Wechsels - zugeordnet sind.
Als der wenigstens eine Verzahnungszustandsparameter wird nun eine Häufigkeitsverteilung verschleißkritischer Ereignisse ermittelt, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, bestehend aus: dem Einnehmen eines verschleißkritischen Teil-Stellintervalls durch den Aktor 11, und einem verschleißkritischen Teil-Stellintervallwechsel. Die verschleißkritischen Ereignisse werden insbesondere jeweils gezählt, und es wird - insbesondere nach Art eines Histogramms - eine Häufigkeitsverteilung ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird eine absolute Häufigkeit der verschleißkritischen Ereignisse ermittelt.
Insbesondere werden im Rahmen des Verfahrens verschleißkritische Teil-Stellintervallwechsel identifiziert. Insbesondere werden solche Teil-Stellintervallwechsel, das heißt Wechsel von einem Teil-Stellintervall Si zu einem unmittelbar benachbarten nächsten Teil-Stellintervall S_i, als verschleißkritisch identifiziert, bei denen ein Wechsel zwischen einem Einzelzahneingriff und einem Doppelzahneingriff erfolgt. Ein verschleißkritischer Teil-Stellintervallwechsel ist demnach insbesondere ein Wechsel zwischen einem ersten Teil-Stellintervall Si und einem dem ersten Teil-Stellintervall S_i unmittelbar benachbarten zweiten Teil-Stellintervall S_i+1 oder S_i-1, bei dem entweder in dem ersten Teil-Stellintervall Si ein Einzelzahneingriff und in dem zweiten Teil-Stellintervall S_i+1 oder S_i-1 ein Doppelzahneingriff, oder umgekehrt in dem zweiten Teil-Stellintervall S_i+1. oder S_i-1 ein Einzelzahneingriff und in den ersten Teil-Stellintervall Si ein Doppelzahneingriff vorliegt, beispielsweise ein Wechsel von S₁₃ zu S₁₄ oder von S₆ zu S₅.
Vorzugsweise wird die Häufigkeitsverteilung der verschleißkritischen Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die Häufigkeitsverteilung zahnpaarindividuell für eine Mehrzahl von Paaren von unmittelbar einander benachbarten Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die Häufigkeitsverteilung verschleißkritischer Ereignisse global für das Zahnrad 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnindividuell für genau einen Zahn 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnpaarindividuell für eine Mehrzahl von Paaren von unmittelbar einander benachbarten Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit zahnpaarindividuell für genau ein Paar von unmittelbar einander benachbarten Zähnen 33 des Zahnrads 17 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse global für das Zahnrad 17 ermittelt.
Die Aktorposition wird bevorzugt durch den Aktor 11 selbst erfasst, insbesondere wenn der Aktor 11 als Motor einen Schrittmotor oder Servomotor aufweist.
Bevorzugt wird der Verschleißzustand lokal in der Steuervorrichtung 3 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird der Verschleißzustand entfernt von der Energiewandlungsvorrichtung 1 ermittelt, insbesondere auf einer entfernten Rechenvorrichtung, insbesondere einem Dienstgeber, oder in einer Datenwolke oder Cloud.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Energiewandlungsvorrichtung
3: Steuervorrichtung
5: Gaspfadregelvorrichtung
7: Gaspfad
9: Stellelement
11: Aktor
13: Motor
15: Verzahnung
17: Zahnrad
19: Zahnstange
21: Brennkraftmaschine
23: Abgaspfad
24: Luftpfad
25: Wastegate-Ventil
27: Turbinenbypass
28: Abgasturbine
29: Abgasturbolader
31: Lagerung
32: Radiallagerung
33: Zahn

Claims

Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Gaspfadregelvorrichtung (5) einer einen Gaspfad (7) aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung (1), mit folgenden Schritten: - zeitabhängiges Erfassen einer Aktorposition eines zum Verstellen eines Stellelements (9) der Gaspfadregelvorrichtung (5) vorgesehenen Aktors (11), - Ermitteln von wenigstens einem Verschleißzustandsparameter anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition, und - Ermitteln des Verschleißzustands anhand des wenigstens einen Verschleißzustandsparameters, wobei als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter wenigstens ein Zustandsparameter ermittelt wird, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: einem Lagerzustandsparameter einer Lagerung (31) der Gaspfadregelvorrichtung (5); und einem Verzahnungszustandsparameter einer Verzahnung (15) des Aktors (11).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter mit einem vorbestimmten Verschleißzustandsparametergrenzwert verglichen wird, wobei der Verschleißzustand anhand des Vergleichs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Lagerzustandsparameter einer Lagerung (31), der Gaspfadregelvorrichtung (5) ermittelt wird, indem - anhand der zeitabhängig erfassten Aktorposition eine momentane Belastungsgröße der Gaspfadregelvorrichtung (5) ermittelt wird, wobei - die momentane Belastungsgröße zeitlich integriert wird, woraus ein Belastungsintegral (L) als der Lagerzustandsparameter erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die momentane Belastungsgröße als Produkt einer zeitlichen Ableitung der Aktorposition mit einer Widerstandsgröße (w) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als der wenigstens eine Verschleißzustandsparameter ein Verzahnungszustandsparameter einer Verzahnung (15) des Aktors (11) ermittelt wird, indem - ein Stellintervall (S) des Aktors (11) in eine Mehrzahl von Teil-Stellintervallen (S_i) unterteilt wird, wobei - als zeitabhängig erfasste Aktorposition ein momentanes Teil-Stellintervall (Si) des Aktors (11) zeitabhängig erfasst wird, wobei - als der wenigstens eine Verzahnungszustandsparameter eine Häufigkeitsverteilung und/oder eine absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse ermittelt wird, wobei die verschleißkritischen Ereignisse ausgewählt sind aus einer Gruppe, bestehend aus: dem Einnehmen eines verschleißkritischen Teil-Stellintervalls (Si) durch den Aktor (11), und einem verschleißkritischen Teil-Stellintervallwechsel.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Häufigkeitsverteilung und/oder die absolute Häufigkeit verschleißkritischer Ereignisse zahnindividuell für eine Mehrzahl von Zähnen (33) der Verzahnung des Aktors (11) oder global für die Verzahnung (15) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktorposition durch den Aktor (11) selbst erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verschleißzustand lokal in einer Steuervorrichtung (3) einer die Gaspfadregelvorrichtung (5) aufweisenden Energiewandlungsvorrichtung (1) und/oder entfernt von der Energiewandlungsvorrichtung (1), oder in einer Datenwolke, ermittelt wird.
Steuervorrichtung (3) für eine einen eine Gaspfadregelvorrichtung (5) aufweisenden Gaspfad (7) aufweisende Energiewandlungsvorrichtung (1), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Energiewandlungsvorrichtung (1) mit einem eine Gaspfadregelvorrichtung (5) aufweisenden Gaspfad (7) und einer Steuervorrichtung (3) nach Anspruch 9.