WO2011117020A1 - Vorrichtung und verfahren zur ermittlung eines schädigungszustands eines radlagers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur ermittlung eines schädigungszustands eines radlagers Download PDF

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WO2011117020A1
WO2011117020A1 PCT/EP2011/051974 EP2011051974W WO2011117020A1 WO 2011117020 A1 WO2011117020 A1 WO 2011117020A1 EP 2011051974 W EP2011051974 W EP 2011051974W WO 2011117020 A1 WO2011117020 A1 WO 2011117020A1
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WO
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wheel
sensor unit
rim
signals
wheel bearing
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PCT/EP2011/051974
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Inventor
Jens Heim
Original Assignee
Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G01M13/045—Acoustic or vibration analysis

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for determining a state of damage of a wheel bearing with a tire arranged on a rim on a wheel bearing receiving a rotation in a motor vehicle, in particular during maintenance work of the motor vehicle.
  • the wheels with tires mounted on rims of motor vehicles are rotatable with their rims by means of screws of a screwing circle on flange surfaces of wheel bearings relative to the axis of the motor vehicle and are received substantially free of play by means of a wheel bearing.
  • the wheel bearings wear, which changes their frictional resistance, noise and bearing behavior, so they may need to be replaced. It has been shown that the effects to be assessed of a damaged wheel bearing are confused with effects of other components of the motor vehicle, for example, due to a damaged wheel behavior associated with a damaged wheel bearing from a propeller shaft, so that the complex access to the wheel bearing or its expansion not necessary is.
  • the object of the invention is therefore to avoid unnecessary access to the wheel bearing, but at least to reduce.
  • the object is achieved by a device for determining a state of damage of a wheel with a tire arranged on a rim on an axle rotatably receiving wheel bearing in a motor vehicle, in particular during maintenance of the motor vehicle, wherein a communicating with an evaluation unit sensor unit is provided for determining the damage condition, which is removably mounted radially outside a bolting circle of the rim.
  • Such a device is intended for use in motor vehicles, for example in passenger cars and preferably commercial vehicles.
  • the sensor unit in the case of a suspicious behavior of a wheel bearing, for example in the case of a changed noise development of one or more wheel bearings, the sensor unit is to be attached to the rim of a wheel with the suspected wheel bearing, so that during a rotational movement of the wheel, for example during a test drive by the sensor unit is able to distinguish a normal state from a state of damage, if necessary, a state of damage can be detected.
  • the sensor unit may completely contain the evaluation unit, so that it immediately displays the test result after a test run, that is to say whether the wheel bearing is considered damaged or not.
  • the sensor unit stores the acquired measurement data in an associated memory module and / or transmits data telemetrically to the evaluation unit, for example to a diagnostic device, during or after the test drive.
  • stored data can be transmitted to the evaluation unit via a connection cable after the test drive.
  • the sensor unit can be an electronic Contain data processing unit that transforms acquired measurement data as well as performs an impedance conversion, an analog-to-digital conversion, a standardization, a conversion into a transmission protocol and / or the like.
  • the sensor unit should be attached to the rim with simple means and without expensive tools. It has proved to be advantageous if known techniques are used in service workshops for the maintenance of motor vehicles. In a particularly advantageous manner, techniques for balancing the wheels are used here.
  • the sensor unit can be clamped between the tire and a rim flange of the rim.
  • the sensor unit and possibly required additional modules such as memory, power supplies and the like are arranged on an adapter which has a clip according to a balancing weight, so that in particular with steel rims, the sensor unit can be clamped with a pair of pliers in a simple and time-saving manner on the rim flange.
  • the sensor unit can be reversibly fastened on a rim base of the rim in a materially cohesive manner.
  • an appropriately prepared adapter can be glued to the sensor unit on the rim base. Adhesives which dissolve under the influence of heat can prove to be particularly advantageous for connecting the adapter to the rim well, so that the sensor unit can be glued to the rim well in a simple manner and easily released again after the test or measurement phase with heat input.
  • the sensor unit is preferably formed from an acceleration sensor measuring at least 1-axis, which is arranged in the direction of its sensitivity to accelerations such as measuring axis radially or tangentially to the axis of rotation of the wheel.
  • This comparison data can be stored in a memory of the sensor unit and / or in the evaluation unit as maps or calculated using appropriate parameters in formulas. From the comparison of the measured structure-borne sound signals and the deposited comparison data, a resulting damage condition, for example a damage index, can be determined, which can serve to assess whether the affected wheel bearing should be accessed or possibly replaced. The sensor unit can then be removed again from the wheel. It goes without saying that a plurality of wheels can be equipped with sensor units at the same time, whereby the evaluation of the signals can be undertaken by a single evaluation unit using different signal codings.
  • the or the detected total signals result in a dependence of the detected signals of the rotating with the rotational speed of the wheel and while the acceleration of gravity exposed sensor unit of the wheel speed and the structure-borne sound signals of the wheel and other sound sources.
  • the separation of the structure-borne noise signals from the total signals can be carried out by means of a filtering of the total signals.
  • a fast Fourier transform analysis (FFT) can be performed in order to isolate the generally sinusoidal waveforms of the speed-dependent component of the total signal from the structure-borne sound vibrations.
  • FFT fast Fourier transform analysis
  • methods of envelope demodulation (HKD), phase locked loop (PLL) and the like can be used to separate the speed-dependent portion of the proportion of structure-borne noise to the total signals are used.
  • the wheel speed of or equipped with a sensor unit wheel can be determined from the signal behavior of the total signals over time itself.
  • the wheel speed can be determined, for example, from acceleration signals of the sensor unit.
  • stored or continuously transmitted via cable or wirelessly to an evaluation unit sequences of total signals can be evaluated.
  • the speed-dependent component can be determined using sensor signals of a rotational speed detection device fixedly arranged in the motor vehicle.
  • the signals provided by a wheel speed sensor of an anti-lock brake system, traction control or the like can be used to determine the speed-dependent component.
  • a motor vehicle-internal data bus for example a CAN bus
  • speed signals for example, of a wheel speed sensor can be coupled out directly by placing a clamp meter around the lines between the speed sensor and an evaluation unit.
  • the evaluation unit may be a vehicle diagnostic device that can detect, evaluate, store and display a plurality of functions, if appropriate, of a plurality of vehicle types.
  • frequency-dependent comparison signals or signal patterns can be provided as comparison data, on the one hand the structure-borne sound signals as significant to the structure-borne sound behavior Assign the wheel bearing and not about any other sound source and on the other hand, a comparison criterion, for example in the form of structure-borne sound thresholds, which in turn can vary in frequency depending, provide, from a wheel bearing has a damaged state or an investigation should take place by accessing the wheel bearing.
  • different parameter sets of relevant comparison data can be stored in the evaluation unit for a plurality of differently designed wheel bearings with respect to their geometric design.
  • the geometric design of the wheel bearing such as mass, diameter, formation of the rolling elements, pressure angle, osculation, encapsulation, lubrication and the like characterize the structure-borne sound behavior of the wheel bearing.
  • the assignment of the relevant comparative data to the individual wheel bearing types can be done, for example, as a function of vehicle data entered into the evaluation unit or read in, for example, by means of a diagnostic connector.
  • the wheel is at least roughly balanced after the application of the sensor unit.
  • diametrically opposed to the sensor unit with appropriate means - gluing or clamping - the mass of the sensor unit corresponding balancing weights can be attached.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated sensor unit with an adapter for attachment to a wheel by means of a clamping connection
  • FIG. 3 is a schematic representation of a relative to the sensor unit of Figure 1 modified sensor unit with a Klebever connection for attachment to the wheel
  • Figure 3 is a schematic representation of a wheel with a sensor unit in different rotational positions of the wheel
  • Figure 4 is a diagram of a course of a total signal on the rotational movement of a wheel without structure-borne noise signals
  • Figure 5 is a diagram of a course of a total signal on the rotational movement of a wheel with existing structure-borne sound signals.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a view of the sensor unit 1 with the acceleration sensor 3.
  • the acceleration sensor 3 is arranged on the adapter 2, for example screwed, latched and / or adhesively bonded thereto.
  • the acceleration sensor can be encapsulated on the adapter against the effects of weather.
  • the adapter is designed in accordance with a balancing weight for balancing wheels with a rim and a tire and has a contact surface 4 adapted to the profile of a rim flange, preferably a steel rim, against which the clamping strap 5 adjoins, so that the sensor unit 1, for example, applied by means of a clamping pliers on the rim flange and can be clamped with this.
  • the preferred 1-axis acceleration sensor 3 is arranged with respect to its direction of action along the double arrow 6 substantially perpendicular to the extension of the adapter 2 in the circumferential direction along the arrow 7, that is, the direction of action of the acceleration sensor is relative to the axis of rotation of the wheel radially.
  • Figure 2 shows a modification of the sensor unit 1 of Figure 1, the sensor unit 1 a with the adapter 2a, which provides for use of the sensor unit 1 a on a rim base of the rim, preferably a light metal rim.
  • the contact surface 4a is provided with a radius which is averaged over frequently occurring radii of the rim of different rims.
  • correctly fitted sensor units can be provided for each radius.
  • the removable attachment of the sensor unit 1 a to the rim base is preferably carried out by gluing such as heat bonding, wherein the contact surface 4a is glued to the rimbase and is dissolved again after use, for example by supplying heat.
  • gluing such as heat bonding
  • the contact surface 4a is glued to the rimbase and is dissolved again after use, for example by supplying heat.
  • differences in the radii of the contact surface 4a and the rim base can be compensated by appropriate material application.
  • the sensor units 1, 1 a of Figures 1 and 2 preferably communicate wirelessly with the associated evaluation unit, such as a diagnostic device or a diagnostic center of a service workshop.
  • a mobile evaluation unit can be transported in the motor vehicle so that data of the sensor units 1, 1 a can be recorded, processed and optionally stored and / or displayed in the evaluation unit during the journey.
  • Figure 3 shows schematically a view of the wheel 15 of a motor vehicle with the rim 8, on which the tire 9 is mounted.
  • the rim 8 is received by means of the screws 10 of the screwing circle 1 1 on a concealed by the rim bearing flange of only schematically and dashed lines indicated wheel bearing 12, which rotates the wheel 15 so that the axis of rotation 13 on a fixed - not shown - axis.
  • the sensor unit 1 is attached by means of the adapter 2 to the rim flange 14 of the rim 8 by means of a clamping connection.
  • the sensor unit 1 Upon rotation of the wheel 15 in the direction of the arrow 16, the sensor unit 1 rotates from the position A in the exemplary positions B and C and then rotates about the rotation axis thirteenth
  • a sinusoidal signal results depending on the gravitational acceleration over the wheel revolutions.
  • FIG. 4 shows the diagram 17 of the total signals S, for example in the form of accelerations or variables calculated therefrom against the wheel speed n over one wheel revolution.
  • the curve 18 represents the total signal S in the state not superimposed with structure-borne sound signals.
  • the sinusoidal speed-dependent portion 22 of the total signals forms in the absence of damage state of the wheel bearing 12 ( Figure 3), the curve 18.
  • the graph shown in Figure 5 19 in contrast to the diagram 17 of Figure 4 superimposed with a structure-borne sound component total signal S in the form of Curve 20 again, in turn, the positions A, B, C of the sensor unit 1 of Figure 3 are marked.
  • the remaining structure-borne noise signals 21 are compared with calculated, empirically or otherwise determined relevant comparative data, so that a damage state can be concluded and, if appropriate, other sound sources can be excluded as cause for the structure-borne noise signals 21.
  • a structure-borne noise signal pattern can be used for the used or tested wheel bearing 12 same or similar bearing groups each specifically adapted comparative data.
  • Reference numeral list sensor unit 1 a sensor unit

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung eines Schädigungszustands eines ein Rad (15) mit einem auf einer Felge (8) angeordneten Reifen (9) an einer Achse verdrehbar aufnehmenden Radlagers (12) in einem Kraftfahrzeug insbesondere während Wartungsarbeiten des Kraftfahrzeugs. Um zu vermeiden, dass unnötigerweise auf das Radlager (12) zugegriffen wird, wird eine mit einer Auswerteeinheit kommunizierende Sensoreinheit (1) zur Ermittlung des Schädigungszustands vorgesehen, die radial außerhalb eines Verschraubungskreises (11) der Felge (8) abnehmbar befestigt ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung eines Schädigungszustands
eines Radlagers
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung eines Schädigungszustands eines ein Rad mit einem auf einer Felge angeordneten Reifen an einer Achse verdrehbar aufnehmenden Radlagers in einem Kraftfahrzeug insbesondere während Wartungsarbeiten des Kraftfahrzeugs. Hintergrund der Erfindung
Die Räder mit auf Felgen aufgezogenen Reifen von Kraftfahrzeugen sind mit ihren Felgen mittels Schrauben eines Verschraubungskreises an Flanschflächen von Radlagern gegenüber der Achse des Kraftfahrzeugs verdrehbar und im Wesentlichen spielfrei mittels eines Radlagers aufgenommen. Infolge hoher Laufleistungen, Schmutz-, Temperatureinflüssen und dergleichen verschleißen die Radlager, wodurch sich deren Reibwiderstand, Geräusch- und Lagerverhalten verändert, so dass diese gegebenenfalls ausgetauscht werden müssen. Es hat sich dabei gezeigt, dass die zu beurteilenden Wirkungen eines geschä- digten Radlagers mit Wirkungen anderer Bauteile des Kraftfahrzeugs verwechselt werden, indem beispielsweise ein einem geschädigten Radlager zugeordnetes Geräuschverhalten von einer Gelenkwelle herrührt, so dass der aufwendige Zugriff auf das Radlager beziehungsweise dessen Ausbau nicht notwendig ist. Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist daher, nicht notwendige Zugriffe auf das Radlager vermeiden, zumindest jedoch zu reduzieren.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Schädigungszustands eines ein Rad mit einem auf einer Felge angeordneten Reifen an einer Achse verdrehbar aufnehmenden Radlagers in einem Kraftfahrzeug insbesondere während Wartungsarbeiten des Kraftfahrzeugs gelöst, wobei eine mit einer Auswerteeinheit kommunizierende Sensoreinheit zur Ermittlung des Schädigungszustands vorgesehen ist, die radial außerhalb eines Verschraubungs- kreises der Felge abnehmbar befestigt ist.
Eine derartige Vorrichtung ist zum Einsatz bei Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei Personenkraftwagen und vorzugsweise Nutzkraftfahrzeugen vorgesehen. Dabei soll insbesondere bei einem verdächtigen Verhalten eines Radlagers, beispielweise bei einer veränderten Geräuschentwicklung eines oder mehrerer Radlager die Sensoreinheit an der Felge eines Rads mit dem verdächtigten Radlager angebracht werden, so dass während einer Drehbewegung des Rades, beispielweise während einer Testfahrt von der Sensoreinheit, die in der Lage ist, einen Normalzustand von einem Schädigungszustand zu unterscheiden, gegebenenfalls ein Schädigungszustand erkannt werden kann. Dabei kann im einfachsten Fall die Sensoreinheit die Auswerteeinheit komplett enthalten, so dass diese nach einem Testlauf unmittelbar das Testergebnis anzeigt, ob also das Radlager für geschädigt gehalten wird oder nicht. Es kann jedoch insbesondere aus Massegründen vorteilhaft sein, wenn die Sensoreinheit die erfassten Messdaten in einem zugehörigen Speichermodul speichert und/oder Daten während oder nach der Testfahrt telemetrisch auf die Auswerteeinheit, beispielsweise auf ein Diagnosegerät überträgt. Alternativ können gespeicherte Daten nach der Testfahrt über ein Verbindungskabel zur Auswerteeinheit übertragen werden. Die Sensoreinheit kann eine elektronische Datenverarbeitungseinheit enthalten, die erfasste Messdaten umformt sowie eine Impedanzwandlung, eine Analog-Digitalwandlung, eine Standardisierung, eine Umwandlung in ein Übertragungsprotokoll und/oder dergleichen vornimmt.
Dabei soll die Sensoreinheit mit einfachen Mitteln und ohne aufwendige Werkzeuge an der Felge befestigt werden. Hierbei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in Servicewerkstätten zur Wartung von Kraftfahrzeugen bekannte Techniken verwendet werden. In besonders vorteilhafter Weise werden hierbei Techniken zum Wuchten der Räder verwendet. Beispielsweise kann die Sensoreinheit zwischen dem Reifen und einem Felgenhorn der Felge geklemmt befestigt werden. Hierzu werden die Sensoreinheit und gegebenenfalls erforderliche Zusatzmodule wie Speicher, Energieversorgungen und dergleichen auf einem Adapter angeordnet, der über einen Clip entsprechend einem Wuchtgewicht verfügt, so dass insbesondere bei Stahlfelgen die Sensoreinheit mit einer Klemmzange in einfacher und zeitsparender Weise am Felgenhorn festgeklemmt werden kann.
Alternativ kann, insbesondere bei Leichtmetallfelgen, die Sensoreinheit auf einem Felgenbett der Felge reversibel stoffschlüssig befestigt werden. Beispielsweise kann ein entsprechend vorbereiteter Adapter mit der Sensoreinheit auf das Felgenbett geklebt werden. Als besonders vorteilhaft können sich unter Wärmeeinfluss lösende Klebstoffe zur Verbindung des Adapters mit dem Felgenbett erweisen, so dass die Sensoreinheit in einfacher Weise mit dem Fel- genbett verklebt und nach der Test- beziehungsweise Messphase unter Wärmezufuhr leicht wieder gelöst werden kann.
Die Sensoreinheit wird in bevorzugter Weise aus einem zumindest 1 -achsig messenden Beschleunigungssensor gebildet, der in Richtung seiner Empfind- lichkeit gegenüber Beschleunigungen wie Messachse radial oder tangential zur Drehachse des Rades angeordnet ist. Daraus ergibt sich ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung eines Schädigungszustandes eines Radlagers mittels der beschriebenen Vorrichtung, wobei während einer Wartung des Kraftfahrzeugs die Sensoreinheit an dem Rad befestigt wird, von der Drehzahl des Rads und dem Körperschall ab- hängige Gesamtsignale der Sensoreinheit am drehenden Rad erfasst werden und für den Schädigungszustand typische Körperschallsignale des Radlagers aus den Gesamtsignalen separiert werden. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die separierten Körperschallsignale mit für den Schädigungszustand relevanten Vergleichsdaten verglichen werden. Diese Vergleichsdaten können in einem Speicher der Sensoreinheit und/oder in der Auswerteeinheit als Kennfelder hinterlegt sein oder unter Verwendung entsprechender Parameter in Formeln berechnet werden. Aus dem Vergleich der gemessenen Körperschallsignale und der hinterlegten Vergleichsdaten kann ein resultierender Schädigungszustand, beispielsweise ein Schädigungsindex ermittelt werden, der zur Beurteilung dienen kann, ob auf das betroffene Radlager zugegriffen beziehungsweise dieses gegebenenfalls ersetzt werden soll. Die Sensoreinheit kann danach wieder vom Rad abgenommen werden. Es versteht sich, dass mehrere Räder gleichzeitig mit Sensoreinheiten bestückt werden können, wobei die Auswertung der Signale unter Verwendung unterschiedlicher Signalko- dierungen von einer einzigen Auswerteeinheit übernommen werden kann.
Das beziehungsweise die erfassten Gesamtsignale ergeben eine Abhängigkeit der erfassten Signale von der sich mit der Drehzahl des Rades drehenden und dabei der Erdbeschleunigung ausgesetzten Sensoreinheit von der Raddreh- zahl und den Körperschallsignalen des Rads und anderer Schallquellen. Die Separierung der Körperschallsignale von den Gesamtsignalen kann mittels einer Filterung der Gesamtsignale vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine Fast-Fourier-Transform-Analyse (FFT) durchgeführt werden, um die in der Regel sinusförmigen Signalverläufe des drehzahlabhängigen Anteils des Ge- samtsignals von den Körperschallschwingungen zu isolieren. Alternativ oder zusätzlich können Verfahren einer Hüllkurvendemodulation (HKD), einer Pha- senregelschleife (phase locked loop; PLL) und dergleichen zur Trennung des drehzahlabhängigen Anteils von dem Anteil des Körperschalls an den Gesamtsignalen verwendet werden.
Dabei kann die Raddrehzahl des beziehungsweise der mit einer Sensoreinheit ausgestatteten Rads aus dem Signalverhalten der Gesamtsignale über die Zeit selbst ermittelt werden. Die Raddrehzahl kann beispielsweise aus Beschleunigungssignalen der Sensoreinheit ermittelt werden. Beispielsweise können hierzu gespeicherte oder laufend über Kabel oder kabellos auf eine Auswerteeinheit übertragene Sequenzen von Gesamtsignalen ausgewertet werden. Alter- nativ oder zusätzlich kann der drehzahlabhängige Anteil unter Verwendung von Sensorsignalen einer fest im Kraftfahrzeug angeordneten Drehzahlerfassungseinrichtung ermittelt werden. Beispielsweise können die von einem Raddrehzahlsensor eines Antiblockiersystems, einer Antischlupfregelung oder dergleichen zur Verfügung gestellten Signale zur Ermittlung des drehzahlabhängigen Anteils dienen. Diese können beispielsweise mittels eines kraftfahrzeuginternen Datenbusses, beispielsweise CAN-Bus zur Verfügung gestellt werden und beispielsweise mittels eines Diagnosesteckers auf die Auswerteeinheit übertragen und dort entsprechend verarbeitet werden. Im Weiteren können Drehzahlsignale beispielsweise eines Raddrehzahlsensor direkt ausgekoppelt wer- den, indem eine Strommesszange um die Leitungen zwischen dem Drehzahlsensor und einer Auswerteinheit gelegt wird. Es versteht sich, dass die Auswerteeinheit ein Fahrzeugdiagnosegerät sein kann, das eine Vielzahl von Funktionen gegebenenfalls mehrerer Fahrzeugtypen erfassen, bewerten, speichern und anzeigen kann.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die von dem drehzahlabhängigen Anteil der Gesamtsignale gewonnenen Körperschallsignale weiter zu verarbeiten, um diese den Körperschallsignalen des Radlagers selektiv zuordnen zu können. Hierzu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die gewonnenen Körperschallsigna- le mit den relevanten Vergleichsdaten zu vergleichen, die typische Körperschallsignale repräsentieren. Beispielsweise können frequenzabhängige Vergleichssignale oder Signalmuster als Vergleichsdaten vorgesehen sein, die einerseits die Körperschallsignale als signifikant dem Körperschallverhalten des Radlagers und nicht etwa einer anderen Schallquelle zuordnen und andererseits ein Vergleichskrite um beispielsweise in Form von Körperschallschwellen, die wiederum frequenzabhängig unterschiedlich hoch sein können, bereitstellen, ab dem ein Radlager einen Schädigungszustand aufweist bezie- hungsweise eine Untersuchung durch Zugriff auf das Radlager stattfinden sollte.
Gemäß dem erfinderischen Gedanken können dabei für eine Vielzahl von bezüglich ihrer geometrischen Ausbildung unterschiedlich ausgebildeten Radlagern jeweils unterschiedliche Parametersätze von relevanten Vergleichsdaten in der Auswerteeinheit abgelegt sein. Die geometrische Ausbildung des Radlagers, beispielsweise Masse, Durchmesser, Ausbildung der Wälzkörper, Druckwinkel, Schmiegung, Kapselung, Schmierung und dergleichen prägen dabei das Körperschallverhalten des Radlagers. Die Zuordnung der relevanten Vergleichsdaten zu den einzelnen Radlagertypen kann beispielsweise abhängig von in die Auswerteeinheit eingegebenen oder beispielsweise mittels Diagnosestecker eingelesenen Fahrzeugdaten erfolgen.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, wenn das Rad nach dem Aufbringen der Sensoreinheit zumindest grob gewuchtet wird. Hierzu können bei- spielsweise diametral zur Sensoreinheit mit entsprechenden Mitteln - Kleben oder Klemmen - der Masse der Sensoreinheit entsprechende Ausgleichsmassen angebracht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematisch dargestellte Sensoreinheit mit einem Adapter- zur Anbringung an ein Rad mittels einer Klemmverbindung, eine schematische Darstellung einer gegenüber der Sensor einheit der Figur 1 geänderte Sensoreinheit mit einer Klebever bindung zur Befestigung an dem Rad, Figur 3 eine schematische Darstellung eines Rads mit einer Sensoreinheit in verschiedenen Drehpositionen des Rads,
Figur 4 ein Diagramm eines Verlaufs eines Gesamtsignals über die Drehbewegung eines Rads ohne Körperschallsignale und
Figur 5 ein Diagramm eines Verlaufs eines Gesamtsignals über die Drehbewegung eines Rads mit vorhandenen Körperschall-signalen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ansicht der Sensoreinheit 1 mit dem Beschleunigungssensor 3. Der Beschleunigungssensor 3 ist auf dem A- dapter 2 angeordnet, beispielsweise mit diesem verschraubt, verrastet und/oder verklebt. Der Beschleunigungssensor kann auf dem Adapter gegen Witterungseinflüsse gekapselt sein.
Der Adapter ist entsprechend einem Wuchtgewicht zum Wuchten von Rädern mit einer Felge und einem Reifen ausgebildet und weist eine an den Verlauf eines Felgenhorns der Felge, bevorzugt einer Stahlfelge, angepasste Anlagefläche 4 auf, an die sich beabstandet zu dieser die Klemmlasche 5 anschließt, so dass die Sensoreinheit 1 beispielsweise mittels einer Klemmzange auf das Felgenhorn aufgebracht und mit diesem verklemmt werden kann.
Der bevorzugt 1 -achsige Beschleunigungssensor 3 ist bezüglich seiner Wirkungsrichtung entlang des Doppelpfeils 6 im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckung des Adapters 2 in Umfangsrichtung entlang des Pfeils 7 angeordnet, das heißt, die Wirkungsrichtung des Beschleunigungssensors ist bezogen auf die Drehachse des Rads radial. Figur 2 zeigt in Abänderung der Sensoreinheit 1 der Figur 1 die Sensoreinheit 1 a mit dem Adapter 2a, der einen Einsatz der Sensoreinheit 1 a auf einem Felgenbett der Felge, bevorzugt einer Leichtmetallfelge vorsieht. Hierzu ist die Kontaktfläche 4a mit einem Radius versehen, der über häufig vorkommende Radien der Felgenbette verschiedener Felgen gemittelt ist. Alternativ können für jeden Radius korrekt angepasste Sensoreinheiten vorgesehen werden. Die abnehmbare Befestigung der Sensoreinheit 1 a an dem Felgenbett erfolgt bevorzugt durch Kleben wie Heißkleben, wobei die Kontaktfläche 4a mit dem Fel- genbett verklebt wird und nach dem Einsatz wieder beispielsweise durch Wärmezufuhr gelöst wird. Gegebenenfalls auftretende Unterschiede der Radien der Kontaktfläche 4a und des Felgenbetts können durch entsprechenden Materialauftrag ausgeglichen werden. Die Sensoreinheiten 1 , 1 a der Figuren 1 und 2 kommunizieren bevorzugt drahtlos mit der zugehörigen Auswerteeinheit, beispielsweise einem Diagnosegerät oder einem Diagnosecenter einer Servicewerkstatt. Gegebenenfalls kann eine mobile Auswerteeinheit im Kraftfahrzeug transporteiert werden, so dass während der Fahrt Daten der Sensoreinheiten 1 , 1 a in der Auswerteeinheit auf- genommen, verarbeitet und gegebenenfalls gespeichert und/oder angezeigt werden können.
Figur 3 zeigt schematisch eine Ansicht auf das Rad 15 eines Kraftfahrzeugs mit der Felge 8, auf die der Reifen 9 aufgezogen ist. Die Felge 8 ist mittels der Schrauben 10 des Verschraubungskreises 1 1 auf einem von der Felge verdeckten Lagerflansch des lediglich schematisch und gestrichelt angedeuteten Radlagers 12 aufgenommen, das das Rad 15 damit um die Drehachse 13 verdrehbar auf einer feststehenden - nicht dargestellten - Achse aufnimmt. Radial außerhalb des Verschraubungskreises 1 1 ist die Sensoreinheit 1 mittels des Adapters 2 an dem Felgenhorn 14 der Felge 8 mittels einer Klemmverbindung befestigt. Bei einer Verdrehung des Rads 15 in Richtung des Pfeils 16 verdreht sich die Sensoreinheit 1 aus der Position A in die beispielhaft aufgeführten Positionen B und C und dreht sich nachfolgend um die Drehachse 13. Bei kontinuierlich beziehungsweise mit feststehender Erfassungsrate erfassten Gesamtsignalen des Beschleunigungssensors 2 (Figur 1 ) der Sensoreinheit 1 ergibt sich abhängig von der Erdbeschleunigung über die Radumdrehungen ein sinusförmiges Signal.
Figur 4 zeigt das Diagramm 17 der Gesamtsignale S, beispielsweise in Form von Beschleunigungen oder aus diesen berechneten Größen gegen die Raddrehzahl n über eine Radumdrehung. Die Kurve 18 gibt das Gesamtsignal S im nicht mit Körperschallsignalen überlagerten Zustand wieder. Hierbei sind die Gesamtsignale an den Positionen A, B, C der Sensoreinheit 1 der Figur 3 markiert. Der sinusförmige drehzahlabhängige Anteil 22 der Gesamtsignale bildet bei nicht vorhandenem Schädigungszustand des Radlagers 12 (Figur 3) die Kurve 18. Das in Figur 5 gezeigte Diagramm 19 gibt im Gegensatz zu dem Diagramm 17 der Figur 4 das mit einem Körperschallanteil überlagerte Gesamtsignal S in Form der Kurve 20 wieder, an der wiederum die Positionen A, B, C der Sensoreinheit 1 der Figur 3 markiert sind. Die auf einen Schädigungszustand des Radlagers 12 (Figur 3) zurückgehenden Körperschallsignale 21 sind dem si- nusförmigen Verlauf des drehzahlabhängigen Anteils 22 (Figur 4) der Gesamtsignale S überlagert. Eine Trennung der Körperschallsignale 21 von dem drehzahlabhängigen Anteil 22 (Figur 4) erfolgt mittels Filter- und/oder Schwingungsanalyseverfahren. Die verbleibenden Körperschallsignale 21 werden mit berechneten, empirisch oder auf andere Weise ermittelten relevanten Ver- gleichsdaten verglichen, so dass auf einen Schädigungszustand geschlossen werden kann und gegebenenfalls andere Schallquellen als Ursache für die Körperschallsignale 21 ausgeschlossen werden können. Infolge einer von der geometrischen beziehungsweise konstruktiven Ausbildung des Wälzlagers 12 (Figur 3) abhängigen Ausbildung eines Körperschallsignalmusters können für die verwendeten beziehungsweise untersuchten Radlager 12 bauartgleiche oder -ähnliche Lagergruppen jeweils spezifisch angepasste Vergleichsdaten herangezogen werden.
Bezugszeichenliste Sensoreinheit 1 a Sensoreinheit
2 Adapter
2a Adapter
3 Beschleunigungssensor 4 Anlagefläche
4a Kontaktfläche
5 Klemmlasche
6 Doppelpfeil
7 Pfeil
8 Felge
9 Reifen
10 Schraube
1 1 Verschraubungskreis
12 Radlager
13 Drehachse
14 Felgenhorn
15 Rad
16 Pfeil
17 Diagramm
18 Kurve
19 Diagramm
20 Kurve
21 Körperschallsignal
22 drehzahlabhängiger Anteil A Position
B Position
C Position
n Raddrehzahl
S Gesamtsignal

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Ermittlung eines Schädigungszustands eines ein Rad (15) mit einem auf einer Felge (8) angeordneten Reifen (9) an einer Achse verdrehbar aufnehmenden Radlagers (12) in einem Kraftfahrzeug insbesondere während Wartungsarbeiten des Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einer Auswerteeinheit kommunizierende Sensoreinheit (1 , 1 a) zur Ermittlung des Schädigungszustands vorgesehen ist, die radial außerhalb eines Verschraubungskreises (1 1 ) der Felge (8) abnehmbar befestigt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1 ) zwischen dem Reifen (9) und einem Felgenhorn (14) der Felge (8) geklemmt befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1 a) auf einem Felgenbett der Felge reversibel stoffschlüssig befestigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass die Sensoreinheit (1 , 1 a) einen zumindest 1 -achsig messenden Beschleunigungssensor (3) enthält.
5. Verfahren zur Ermittlung eines Schädigungszustandes eines Radlagers (12) mittels einer Vorrichtung entsprechend der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Wartung des Kraftfahrzeugs die mit der Auswerteeinheit kommunizierende Sensoreinheit (1 , 1 a) an dem Rad (15) befestigt wird, von der Raddrehzahl (n) des Rads (15) und von einem Körperschall abhängige Gesamtsignale (S) der Sensoreinheit (1 , 1 a) am drehenden Rad (15) erfasst werden, Körperschallsignale (21 ) des Radlagers (12) aus den Gesamtsignalen (S) separiert werden, mit für den Schädigungszustand relevanten Vergleichsdaten verglichen werden, ein aus dem Vergleich resultierender Schädigungszustand ermittelt wird und die Sensoreinheit (1 , 1 a) wieder vom Rad (15) abgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperschallsignale (21 ) mittels einer Filterung der Gesamtsignale (S) gewonnen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperschallsignale (21 ) aus einer Eliminierung eines drehzahlabhängigen Anteils (22) gewonnen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dreh- zahlabhängige Anteil (22) unter Verwendung von Sensorsignalen einer fest im
Kraftfahrzeug angeordneten Drehzahlerfassungseinrichtung ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die relevanten Vergleichsdaten auf die geometrische Ausbildung des Radlagers (12) angepasst sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (15) nach dem Aufbringen der Sensoreinheit (1 , 1 a) zumindest grob gewuchtet wird.
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