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Technisches Gebiet
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Diese Patentoffenbarung betrifft allgemein Systeme und Verfahren zum Detektieren von Defekten bei Maschinenkomponenten, und insbesondere eine frühe Detektion von Rissen und/oder anderen Defekten bei Komponenten von Maschinen- oder Fahrzeuglenksystemen während eines Betriebs in Echtzeit.
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Hintergrund
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Schwere Maschinen wie Muldenkipper werden häufig im Bergbau, auf Großbaustellen, bei Steinbrucharbeiten und bei anderen Anwendungen verwendet. Solche Anwendungen setzen normalerweise verschiedene Systeme und Komponenten der Maschinen hohen Beanspruchungen und Lasten aus. Solch eine Belastung kann Risse und/oder andere Arten von strukturellen Beschädigungen bei verschiedenen Komponenten bewirken. Häufig arbeiten solche schweren Maschinen auf einem rauen Gelände, was Defekte bei Komponenten der Lenk- und Aufhängungssysteme der Maschine bewirken kann. Die Diagnose solcher Fehler kann häufig zu einer zeitaufwändigen Aufgabe werden, wenn man die große Zahl von Komponenten berücksichtigt, die zu solchen Systemen gehören.
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Zum Beheben solcher Defekte werden Maschinen außer Betrieb genommen, was die Betriebskosten für die Maschinenbetreiber erhöht. Zum Vermeiden einer unvorhergesehenen Maschinenausfallzeit aufgrund von Defekten werden häufig regelmäßige Untersuchungen zahlreicher verschraubter Verbindungen durchgeführt. Solche Prüfungen sind häufig visueller Natur und beinhalten begrenzte Diagnosetests. Der am weitesten verbreitete Diagnosetest ist als „Klopfen” bekannt, was das Schlagen einer Schraube mit einem Hammer oder einer anderen Vorrichtung zum Hervorrufen einer Schwingung oder eines Tons beinhaltet. Der Ton wird durch den Techniker, der den Test durchführt, im Hinblick auf seine Qualität und seine Tonhöhe subjektiv bewertet, um zu ermitteln, ob die Schraube strukturell unversehrt ist.
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Solche regelmäßigen Tests erfordern häufig das Außerbetriebnehmen der Maschine. Außerdem sind die eingesetzten Testverfahren nicht immer effektiv beim Detektieren bestimmter Arten von Defekten, beispielsweise von Haarrissen, bei den getesteten Komponenten. Ferner können bestimmte Arten von Defekten rasch auftreten und bei einem regelmäßigen Test nicht detektiert werden. Solche Defekte treten häufig während eines Betriebs einer Maschine vor Ort auf, was das Außerbetriebnehmen der Maschine für eine Wartung und das Abschleppen der Maschine zu einer Wartungseinrichtung erfordert. Dies erhöht die Reparaturkosten und die Ausfallzeit der Maschine.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt beschreibt die Offenbarung eine Maschine mit einem Fehlerdetektionssystem zum Detektieren eines strukturellen Defekts eines Befestigungselements in Echtzeit. Das Befestigungselement verbindet eine erste Komponente der Maschine mit einer zweiten Komponente der Maschine und enthält einen Ultraschallsensor, der an einem Ende des Befestigungselements angeordnet ist. Der Ultraschallsensor ist mit dem Befestigungselement integriert und dazu in der Lage, ein Ultraschallsignal auszusenden, das über eine Länge des Befestigungselements läuft. Der Ultraschallsensor ist ferner dazu in der Lage, ein zurückkommendes Ultraschallsignal zu empfangen. Ein Ultraschallreflektor ist an einem anderen Ende des Befestigungselements angeordnet und zum Reflektieren des Ultraschallsignals angepasst, wodurch das zurückkommende Ultraschallsignal zu dem Ultraschallempfänger gesendet wird. Ein Prozessor empfängt Signale von dem Ultraschallsender und dem Ultraschallempfänger, die eine Laufzeit zwischen einem Aussenden des Ultraschallsignals und einem Empfang des zurückkommenden Ultraschallsignals angeben. Der Prozessor berechnet dann eine tatsächliche Länge des Befestigungselements basierend auf der Laufzeit, vergleicht die tatsächliche Länge mit der Länge des Befestigungselements, die vorbestimmt ist, und sendet ein drahtloses Signal, das einen strukturellen Zustand des Befestigungselements angibt, zu einer Elektroniksteuerung der Maschine.
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Gemäß einem anderen Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Fehlerdetektionssystem zum Detektieren eines strukturellen Defekts eines Befestigungselements, das eine erste Komponente einer Maschine mit einer zweiten Komponente der Maschine verbindet, in Echtzeit. Das Fehlerdetektionssystem enthält einen Ultraschallsensor, der mit dem Befestigungselement integriert ist. Ein Ultraschallsender, der mit dem Ultraschallsensor integriert ist, sendet ein Ultraschallsignal aus, das durch eine Länge des Befestigungselements läuft und durch einen Ultraschallreflektor reflektiert wird. Das reflektierte Signal kommt zurück zu einem Ultraschallempfänger, der mit dem Ultraschallsensor integriert ist und dazu in der Lage ist, das zurückkommende Ultraschallsignal zu empfangen. Ein Prozessor empfängt Signale von dem Ultraschallsender und Ultraschallempfänger, die eine Laufzeit zwischen einem Aussenden des Ultraschallsignals und einem Empfang des zurückkommenden Ultraschallsignals angeben. Der Prozessor berechnet eine tatsächliche Länge des Befestigungselements basierend auf der Laufzeit, vergleicht die tatsächliche Länge mit einer vorbestimmten Länge des Befestigungselements und sendet ein drahtloses Signal aus. Das drahtlose Signal gibt einen strukturellen Zustand des Befestigungselements an und wird von einer Elektroniksteuerung der Maschine empfangen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zum Diagnostizieren eines strukturellen Zustands eines Befestigungselements während eines Betriebs einer Maschine in Echtzeit. Das Verfahren beinhaltet das Aussenden eines Ultraschallsignals von einem Ultraschallsensor, der für einen Betrieb mit dem Befestigungselement verbunden und an einem Ende desselben angeordnet ist. Das Ultraschallsignal wird durch einen Ultraschallreflektor reflektiert, der für einen Betrieb mit dem Befestigungselement verbunden und an einem anderen Ende desselben angeordnet ist. Das reflektierte Ultraschallsignal wird von dem Ultraschallsensor empfangen, der die tatsächliche Länge des Befestigungselements basierend auf einer Zeit zwischen dem Aussenden und dem Empfang des Ultraschallsignals berechnet. Der Ultraschallsensor liefert ein drahtloses Signal, das einen strukturellen Zustand des Befestigungselements angibt, zu einer Elektroniksteuerung der Maschine. Die Elektroniksteuerung ermittelt basierend auf dem drahtlosen Signal, ob eine Fehlerbedingung aufgetreten ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Seitenansicht einer Maschine gemäß der Offenbarung.
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2 ist ein Überblick über ein Lenksystem für eine Maschine gemäß der Offenbarung.
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3 ist eine Seitenansicht einer Kugelumlaufspindel zur Verwendung in einem Lenksystem für eine Maschine gemäß der Offenbarung.
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4 ist eine Seitenansicht einer Kugelumlaufspindel mit einer Rissdetektionsvorrichtung gemäß der Offenbarung.
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5 ist ein Blockschaltbild eines Rissdetektionssystems, das in eine Kugelumlaufspindel gemäß der Offenbarung eingebaut ist.
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6 ist ein Blockschaltbild einer Maschine mit einem Kugelumlaufspindelrissdetektionssystem gemäß der Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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Diese Offenbarung betrifft eine frühe Detektion von Defekten bei Schraubverbindungen von Maschinen, und insbesondere Rissdetektionssysteme, die eine Ultraschalltechnologie verwenden, die Defekte bei Schraubverbindungen zwischen beweglichen Teilen während eines Betriebs der Maschine in Echtzeit diagnostiziert. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beinhalten Systeme und Verfahren zum Diagnostizieren von Rissen oder übermäßigen Belastungen bei Kugelumlaufspindeln, die in Lenksystemen verwendet werden. Wenngleich in der Beschreibung Kugelumlaufspindeln in einem Lenksystem als Beispiele verwendet werden, sind die hierin offenbarten Systeme und Verfahren auf andere Arten von Befestigungselementen anwendbar, die bei unterschiedlichen Anwendungen verwendet werden. Die Offenbarung gibt allgemein eine Echtzeitdetektion von strukturellen Problemen in Verbindung mit Gelenken einer Maschine an, die während eines Betriebs Belastungen und Beanspruchungen ausgesetzt sind. Wenn ein abnormaler Zustand detektiert wird, gibt die Offenbarung ein Frühwarnsystem an, das den Bediener auf einen möglicherweise drohenden Defekt aufmerksam macht, derart, dass der abnormale Zustand repariert oder behoben werden kann, bevor er die Maschine unbrauchbar macht.
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1 stellt eine Seitenansicht einer Maschine 100 dar. Ein Beispiel für die Maschine 100 ist ein Muldenkipper 102 wie diejenigen, die auf Baustellen, im Bergbau oder bei Steinbrucharbeiten verwendet werden. In der folgenden Beschreibung stellt dieses Beispiel die verschiedenen Anordnungen dar, die auf Maschinen mit Lenksystemen verwendet werden können, die Lenkaktoren enthalten, die mit Achsschenkeln verbunden sind. Die Achsschenkel bei den dargestellten Ausführungsformen enthalten Lenkarme, die durch Lenkstangen miteinander verbunden sind. Es ist offensichtlich, dass irgendein anderes Fahrzeug mit einem Lenksystem, das Lenkarme enthält, die über Kugelumlaufspindeln oder andere Arten von Befestigungselementen miteinander verbunden sind, von den hierin beschriebenen Vorteilen profitieren können. Der Ausdruck „Maschine” wird daher allgemein verwendet, um irgendeine Maschine mit mindestens einem Rad zu beschreiben, das lenkbar ist.
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Eine Seitenansicht des Muldenkippers 101 ist in 1 gezeigt. Der Muldenkipper 101 enthält ein Fahrgestell 102, das eine Bedienerkabine 104 und einen Förderkasten 106 trägt. Der Förderkasten 106 ist schwenkbar mit dem Fahrgestell 102 verbunden und zum Tragen einer Nutzlast angeordnet, wenn der Muldenkipper 101 in Betrieb ist. Ein Bediener, der sich in der Bedienerkabine 104 befindet, kann die Bewegung und die verschiedenen Funktionen des Muldenkippers 101 steuern. Das Fahrgestell 102 trägt verschiedene Antriebssystemkomponenten. Diese Antriebssystemkomponenten sind dazu in der Lage, einen Satz von Antriebsrädern 108 zum Antreiben des Muldenkippers 101 anzutreiben. Ein Satz von Freilaufrädern 110 kann derart lenken, dass sich der Muldenkipper 101 in einer beliebigen Richtung bewegen kann. Wenngleich der Muldenkipper 101 ein starres Fahrgestell mit Antriebsrädern für eine Bewegung und lenkbaren Rädern zum Lenken enthält, ist offensichtlich, dass andere Maschinenkonfigurationen verwendet werden können. Beispielsweise können solche Konfigurationen ein Knickfahrgestell mit einem oder mit mehreren Antriebsrädern enthalten.
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Eine Übersicht über ein Lenksystem 200 für einen Muldenkipper 101 (1) ist in 2 gezeigt. Das Lenksystem 200 ist mit dem Fahrgestell 102 verbunden und zum Einschlagen der Freilaufräder 110 in Betrieb, die hier als Radfelgen dargestellt sind, bei denen zur Veranschaulichung die jeweiligen Reifen entfernt worden sind. Das Lenksystem 200 ist mit Längsträgern 202 verbunden, die zu dem Fahrgestell 102 gehören. Das Fahrgestell 102 bildet zwei Stützen 204 aus, die an einem Ende derselben durch ein Querbauteil 206 miteinander verbunden sind, so dass eine U-Form gebildet wird. Zwei Aufhängungsanordnungen 208 sind jeweils mit einer der zwei Stützen 204 verbunden. Jede der zwei Aufhängungsanordnungen 208 ermöglicht jedem Zwischenrad 110, sich während eines Betriebs unabhängig vertikal zu bewegen, wenn über unebenes Gelände gefahren wird.
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Jede der zwei Aufhängungsanordnungen 208 enthält einen Rahmenteil 210, der mit einer jeweiligen Stütze 204 verbunden ist. Der Rahmenteil 210 ist ein hohles röhrenförmiges Bauteil, das einen Radteil 212 verschiebbar umgibt. Während eines Betriebs ist der Radteil 212 dazu in der Lage, sich unter Verwendung einer Feder (nicht gezeigt) und/oder eines Bewegungsdämpfers (nicht gezeigt) relativ zu dem Rahmenteil 210 gedämpft zu bewegen. Ein Achsschenkel 214 für jede der zwei Aufhängungsanordnungen 208 ist drehbar an einem Ende des Radteils 212 verbunden. Jeder Achsschenkel 214 kann sich um eine jeweilige Längsachse S drehen, wenn die Freilaufräder 110 lenken, und kann sich ferner vertikal bewegen, indem er der Bewegung des Radteils 212 relativ zu dem Rahmenteil 210 folgt.
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Jeder Achsschenkel 214 trägt über ein (nicht gezeigtes) Lager eines der Freilaufräder 110 drehbar. Ein Lenkarm 216 ist an jedem Achsschenkel 214 ausgebildet. Der Lenkarm 216 ist starr mit dem Achsschenkel 214 verbunden und alternativ damit integriert, derart, dass er sich gemeinsam mit dem Achsschenkel 214 dreht, wenn sich die Freilaufräder 110 drehen. Ein Ende eines Linearaktors 218 ist mit jedem Lenkarm 216 verbunden. Bei einer Ausführungsform werden zwei Linearaktoren 218 zum Lenken der Achsschenkel 214 verwendet, es kann jedoch ein einzelner Lenkaktor verwendet werden. Die Linearaktoren 218, die hier dargestellt sind, werden hydraulisch betätigt, es können jedoch andere Arten von Linearaktoren oder alternativ Drehaktoren verwendet werden.
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Wenn die Freilaufräder 110 gelenkt werden, fährt einer der zwei Linearaktoren 218 aus, während der andere einfährt. Ein derartiger Betrieb drückt die Lenkarme 216 zum Drehen beider Achsschenkel 214 in dieselbe Richtung. Zwei Verbindungsstangen 220 verbinden die zwei Lenkarme 216 drehbar miteinander, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung der zwei Freilaufräder 110 während eines Einschlagens sicherzustellen. Bei einer Ausführungsform verbindet eine Y-Gabel 222 die zwei Verbindungsstangen mit dem Querbauteil 206. Das Lenksystem 200 ist dazu in der Lage, eine unabhängige vertikale Bewegung der Freilaufräder 110 relativ zu dem Fahrgestell 102 zuzulassen. Somit müssen die Schwenkverbindungen zwischen den Lenkarmen 216 und sowohl den Linearaktoren 218 als auch den Verbindungsstangen 220 eine laterale Winkeldrehung ermöglichen.
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Bei einer Ausführungsform setzen die Schwenkverbindungen eine Kugelgelenkverbindungsanordnung ein, die eine Kugelumlaufspindel 224 enthält, die mit einer Gelenkpfanne 226 verbunden ist. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform sind beispielsweise acht solcher Verbindungen paarweise angeordnet, wobei jeweils eine an jeder Seite jedes der zwei Linearaktoren 218 und jeder der zwei Verbindungsstangen 220 angeordnet ist.
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Eine Seitenansicht einer Kugelumlaufspindel 224 ist in 3 gezeigt, und eine Querschnittsansicht der Kugelumlaufspindel 224, die in den Lenkarm 216 eingebaut und mit einer Gelenkpfanne 226 verbunden ist, ist in 4 gezeigt. Bei einer Ausführungsform weist die Kugelumlaufspindel 224 ein Gewindesegment 302 auf, das eine in dem Lenkarm 216 ausgebildete Gewindeöffnung 304 über eine Schraubverbindung in Eingriff nimmt. Ein Kegelschaftsegment 306 ist längs der Kugelumlaufspindel 224 ausgebildet und benachbart zu dem Gewindesegment 302 angeordnet. Das Kegelschaftsegment 306 greift passend in eine in dem Lenkarm 216 ausgebildete Kegelbohrung 308 ein. Die Passung zwischen dem Kegelschaftsegment 306 und der Kegelbohrung 308 liefert eine Positionierung und eine Ausrichtung der Kugelumlaufspindel 224 und des Lenkarms 216.
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Ein zylindrisches Halssegment 310 ist benachbart zu dem Kegelwellensegment 306 in der Kugelumlaufspindel 224 ausgebildet. Das zylindrische Halssegment 310 steht zumindest teilweise aus der Kegelbohrung 308 vor, so dass ein Höhenunterschied zwischen einer entsprechenden Fläche 312 des Lenkarms 214 und einem kugelförmigen Segment 314 der Kugelumlaufspindel 224 erhalten wird. Dieser Höhenunterschied liefert einen Abstand für die Schwenkbewegung der Kugelumlaufspindel 224 und der Gelenkpfanne 226.
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Bei einer Ausführungsform enthält das sphärischen Segment 314 zwei Halbkugelflächen 316, die auf beiden Seiten eines Schmierungskanals 318 angeordnet sind. Die zwei Halbkugelflächen 316 sind passend mit einer konkaven Scheibe 320 verbunden, die verschiebbar an denselben angeordnet ist. Die konkave Scheibe 320 ist die „Gelenkpfanne” der Kugelgelenkverbindungsanordnung der Kugelumlaufspindel 224 und der Gelenkpfanne 226. Es ist offensichtlich, dass der Schmierungskanal 318 optional ist und ein verbessertes Halten eines Schmiermittels zwischen dem sphärischen Segment 314 und der konkaven Scheibe 320 liefern kann.
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Bei einer Ausführungsform ist an oder benachbart zu einem Ende der Kugelumlaufspindel 224 ein Sensorhohlraum 402 ausgebildet. Ein Ultraschallsensor 404 ist in dem Sensorhohlraum 402 angeordnet und für einen Betrieb mit der Kugelumlaufspindel 224 in Kontakt. Der Ultraschallsensor 404 wirkt zusammen mit einem Ultraschallreflektor 406, der in einem Reflektorhohlraum 408 angeordnet ist, der an oder benachbart zu einem gegenüberliegenden Ende der Kugelumlaufspindel 224 ausgebildet ist. Der Ultraschallsensor 404 ist benachbart zu und teilweise in dem Gewindesegment 302 angeordnet, während der Ultraschallreflektor 406 benachbart zu dem sphärischen Segment 314 angeordnet ist. Die Relativpositionen dieser Komponenten können jedoch anders angeordnet sein. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor 404 benachbart zu dem sphärischen Segment 314 positioniert sein, während der Ultraschallreflektor 406 benachbart zu dem Gewindesegment 302 angeordnet sein kann. Alternativ dazu können sich sowohl der Ultraschallsensor 404 als auch der Ultraschallreflektor 406 an diametral gegenüberliegenden Positionen längs des zylindrischen Halssegments 310 oder des Kegelwellensegments 306 befinden, es können jedoch auch andere geeignete Positionen verwendet werden.
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Ein Blockschaltbild der Kugelumlaufspindel 224, das den Betrieb des Ultraschallsensors 404 und des Ultraschallreflektors 406 darstellt, ist in 5 gezeigt. Die Kugelumlaufspindel 224 ist zur besseren Beschreibung in dieser Figur schematisch dargestellt. Der Ultraschallsensor 404 enthält einen Ultraschallsender 502 und einen Ultraschallempfänger 504. Der Ultraschallsender 502 erzeugt ein Ultraschallsignal oder eine Ultraschallschwingung 506, die in 5 durch einen durchgezogenen Pfeil dargestellt ist.
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Die Schwingung 506 läuft mit einer bekannten Wellenlänge und einer bekannten Geschwindigkeit in dem Kernmaterial, das die Schraubenmutter 224 bildet, bzw. wird darin übertragen. Wenn die Schwingung 506 den Ultraschallreflektor 406 erreicht, wird sie durch die Kugelumlaufspindel 224 zurückreflektiert und von dem Ultraschallempfänger 504 empfangen. Die Information über die Zeit zwischen dem Aussenden der Schwingung 506 durch den Ultraschallsender 502 und dem Empfang der Schwingung 506 bei dem Ultraschallempfänger 504 wird mittels einer Timerfunktion 508 ermittelt, die mit dem Ultraschallsender 502 und dem Ultraschallempfänger 504 in Verbindung steht, Die Timerfunktion 508 liefert ein Zeitsignal 510 zu einem Prozessor 512, wobei das Zeitsignal 510 eine Gesamtzeit angibt, die eine von dem Ultraschallemitter 502 emittierte Schwingung 506 dazu benötigt, zweimal durch die Kugelumlaufspindel 224 zu laufen.
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Der Prozessor 512 enthält eine geeignete Logik, die eine Länge L der Kugelumlaufspindel 224 basierend auf der Laufzeit und der Geschwindigkeit der Schwingung 506 berechnet und die Länge L mit einer bekannten, vorbestimmten Länge der Kugelumlaufspindel 224 vergleicht. Basierend auf solch einem Vergleich kann der Prozessor 512 das Ausmaß einer Dehnung ermitteln, sofern vorhanden, die die Kugelumlaufspindel 224 erfahren hat. Solch eine Dehnung kann auf eine Belastung, ein Biegen oder irgendeine andere physikalische Beanspruchung der Kugelumlaufspindel 224 während eines Betriebs zurückgeführt werden.
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Zusätzlich zum Erfassen einer Beanspruchung und einer Biegung der Kugelumlaufspindel 224 während eines Betriebs können Risse oder andere strukturelle Bedingungen erfasst werden. Beispielsweise kann das Vorhandensein eines Risses 513, der qualitativ als eine Gruppe von gezackten Linien gezeigt ist, eine eingehende Schwingung 516, die von dem Ultraschallsender 502 ausgesandt wird, verzerren oder umleiten. Solch eine Verzerrung oder Umleitung kann bewirken, dass die ankommende Schwingung 516 eine längere Strecke zurücklegt oder den Ultraschallempfänger 504 überhaupt nicht oder nur teilweise erreicht, wodurch ihre Intensität abnimmt. Der Ultraschallempfänger 504 kann zusätzliche Informationen 518 in Bezug auf die Intensität der eingehenden Schwingung 516 zu dem Prozessor 512 liefern. Der Prozessor 512 kann diese zusätzlichen Informationen 518 zum Ermitteln, ob irgendwelche physikalischen Anomalien wie Risse eine Verzerrung bewirkt haben, die sich auf die Intensität der eingehenden Schwingung 516 auswirkt, analysieren.
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Ein Signal 528 wird von dem Prozessor 512 zu einer Drahtlossendeschaltung 514 geliefert. Das Signal 528 gibt die Bestimmung des Prozessors 512 in Bezug auf den physikalischen Zustand der Kugelumlaufspindel 224 an. Bei einer Ausführungsform kann das Signal 528 einen ersten Zustand aufweisen, wenn keine von dem Prozessor 512 detektierten Fehler vorliegen, und einen zweiten Zustand, wenn ein Fehler detektiert worden ist. Solche Fehler beinhalten eine Beanspruchung oder ein Biegen der Kugelumlaufspindel 224, das Vorhandensein oder die Bildung von Rissen in der Kugelumlaufspindel 224 usw.
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Die Drahtlossendeschaltung 514, die bei einer Ausführungsform mit dem Ultraschallsensor 404 integriert ist und eine geeignete Schaltung enthält, die eine drahtlose Übertragung von Informationen ermöglicht, enthält eine Antenne 517. Die Antenne 517 wirkt zum Erzeugen eines drahtlosen Signals 519, das den Zustand eines Signals 528, das von dem Prozessor 512 geliefert wird, angibt.
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Ein Blockschaltbild eines Kugelumlaufspindelüberwachungssystems für eine Maschine 602 ist in 6 gezeigt. Die Maschine 602 kann der Muldenkipper 101 (1) oder irgendeine andere Maschine sein, die Schraubenverbindungen aufweist, deren struktureller Zustand gemäß dieser Offenbarung überwacht wird. Die Maschine 602 enthält ein Lenksystem 604, beispielsweise das Lenksystem 200, das in 2 gezeigt ist, welches mehrere Kugelumlaufspindeln 606 enthält. Wenngleich fünf Kugelumlaufspindeln gezeigt sind, können in dem Lenksystem 604 oder irgendeinem anderen System der Maschine mit ähnlichen Gelenken weniger oder mehr Kugelumlaufspindeln enthalten sein. Jede der mehreren Kugelumlaufspindeln 606 enthält geeignete Sensoren mit Elektronikschaltungen, die den strukturellen Zustand jeder der mehreren Kugelumlaufspindeln 606 während eines Betriebs in Echtzeit diagnostizieren können. Beispielsweise kann jede der mehreren Kugelumlaufspindeln 606 einen Ultraschallsensor und -empfänger wie die in 5 gezeigte Kugelumlaufspindel enthalten.
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Während eines Betriebs liefert jede der mehreren Kugelumlaufspindeln 606 ein drahtloses Signal 608, das den jeweiligen Zustand derselben angibt. Somit kann in der Maschine eine Mehrzahl von Signalen, die jedes drahtlose Signal 608 enthält, vorhanden sein und gesammelt werden. Bei einer Ausführungsform kann die Ansammlung von drahtlosen Signalen 608 in einem lokalen Netz (LAN) 610 bereitgestellt werden, das alle Signale enthält, die von den mehreren Kugelumlaufspindeln 606 erzeugt werden. Das LAN 610 wird durch eine Elektroniksteuerung 612 der Maschine 602 erzeugt und überwacht. Die Elektroniksteuerung 612 enthält eine Antenne 614, die Informationen empfängt, die den Zustand jeder der mehreren Kugelumlaufspindeln 606 angeben. Von der Antenne 614 gesammelte Informationen werden zu einem Empfänger 616 geliefert. Das Sammeln der drahtlosen Signale 608 durch den Empfänger 616 kann direkt zwischen der Antenne 614 und jeder der mehreren Kugelumlaufspindeln 606 durchgeführt werden, oder derartige Informationen können alternativ von dem Empfänger 616 von dem LAN 610 gesammelt werden. Bei einer Ausführungsform enthält der Empfänger 616 eine geeignete Funktionalität, die zwischen jedem drahtlosen Signal 608 unterscheiden kann, beispielsweise, wo jedes drahtlose Signal 608 ausgesandt wurde, mit einer unterschiedlichen Funkfrequenz oder einer unterschiedlichen Trägerfrequenz, die auf ein Funksignal aufgebracht wird.
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Die Informationen über den Zustand jeder der mehreren Kugelumlaufspindeln 606, die von dem Empfänger 616 empfangen werden, werden zu einer Fehlerdiagnoseroutine 618 geliefert. Die Fehlerdiagnoseroutine 618 ermittelt basierend auf einem jeweiligen drahtlosen Signal 608, das bei dem Empfänger 616 empfangen wird, ob bei einer der mehreren Kugelumlaufspindeln 606 ein Fehler aufgetreten ist. Die Fehlerdiagnoseroutine 618 kann Informationen lokal für einen Bediener der Maschine oder entfernt für eine Basisstation bereitstellen. Solche Informationen geben das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers bei einer oder mehreren der mehreren Kugelumlaufspindeln 606 an, derart, dass beispielsweise die Maschine 602 für eine Wartung eingeplant werden kann. Solch eine Funktionalität ist vorteilhaft, da jede Angabe, dass bei einer der mehreren Kugelumlaufspindeln 606 ein Fehler auftritt, während eines Betriebs der Maschine 602 in Echtzeit geliefert wird. Somit können Defekte, die ansonsten möglicherweise nicht diagnostiziert würden, in dem Defektprozess früher detektiert werden, bevor sie so schwerwiegend sind, dass die Maschine außer Betrieb gesetzt werden muss, und in einer kürzeren Zeit und mit niedrigeren Kosten, als vorher möglich war, behoben werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung ist auf irgendeinen Typ einer Maschine mit Schraubenverbindungen anwendbar, die während eines Betriebs einer Beanspruchung oder einer anderen Last ausgesetzt sind. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht das Diagnostizieren von Defekten bei Kugelumlaufspindeln, die in Lenksystemen für Maschinen angeordnet sind, oder bei Befestigungselementen im Allgemeinen, die als Teil von Schraubenverbindungen oder an beweglichen Komponenten einer Maschine verwendet werden, in Echtzeit. Eine frühe Fehlerdiagnose ermöglicht eine rechtzeitige Wartung, was zu niedrigeren Betriebskosten und einer verringerten Ausfallszeit führen kann.
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Es ist offensichtlich, dass die vorhergehende Beschreibung Beispiele für das offenbarte System und das offenbarte Verfahren liefert. Es ist jedoch vorgesehen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von den vorhergehenden Beispielen unterscheiden können. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder Beispiele für dieselbe sollen auf das bestimmte Beispiel Bezug nehmen, das an dieser Stelle erörtert wird, und keine Einschränkung in Bezug auf den Schutzbereich der Offenbarung im Allgemeinen bedeuten. Alle Ausdrücke zur Unterscheidung und Abgrenzung gegenüber bestimmten Merkmalen sollen das Fehlen einer Bevorzugung dieser Merkmale anzeigen, diese jedoch nicht vollständig aus dem Schutzbereich der Offenbarung ausschließen, sofern nichts Anderes angegeben ist.
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Das Aufführen von Wertbereichen soll lediglich als eine Kurzschreibweise zum Bezugnehmen auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, dienen, sofern hier nichts Anderes angegeben ist, und jeder einzelne Wert ist in die Beschreibung aufgenommen, so, als ob er einzeln aufgeführt wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in irgendeiner geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, sofern nichts Anderes angegeben ist oder der Zusammenhang eindeutig etwas Anderes besagt.
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Demzufolge beinhaltet diese Offenbarung im Rahmen des gesetzlich Erlaubten alle Modifikationen und Äquivalente des in den hieran angefügten Ansprüchen angegebenen Gegenstands. Ferner ist jegliche Kombination der vorher beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen derselben in der Offenbarung umfasst, sofern hierin nichts Anderes angegeben ist oder der Zusammenhang eindeutig etwas Anderes besagt.
