DE112014002038T5 - Abnützungsüberwachungssystem für ein Bodeneingriffswerkzeug - Google Patents
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Abstract
Offenbart wird ein Abnützungsüberwachungssystem (36) zur Verwendung mit einer Maschine (10). Das Abnützungsüberwachungssystem kann einen Ultraschallsensor (38) aufweisen, der in einen austauschbaren Schneidrand (30) eines Bodeneingriffswerkzeugs (24, 26), das mit der Maschine verbunden werden kann, eingebettet ist. Das Abnützungsüberwachungssystem kann auch ein drahtloses Kommunikationselement (40), das dem Ultraschallsensor zugeordnet ist, sowie ein Steuergerät (44) aufweisen, das an Bord der mobilen Maschine in Kommunikation mit dem Ultraschallsensor über das drahtlose Kommunikationselement montierbar ist. Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, eine Verschleißrate des Schneidrands auf der Grundlage von Signalen von dem Ultraschallsensor zu überwachen.
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Abnützungsüberwachungssystem und insbesondere ein Abnützungsüberwachungssystem für ein Bodeneingriffswerkzeug.
- Hintergrund
- Maschinen wie zum Beispiel Motorgrader, Planierraupen, Radlader und Bagger werden verbreitet in Anwendungen zur Materialbewegung verwendet. Diese Maschinen schließen ein Bodeneingriffswerkzeug mit einem Schneidrand ein, der dazu ausgebildet ist, mit dem Material in Kontakt zu stehen. Während der Verwendung des Schneidrands reibt das Material den Schneidrand ab, wodurch dessen Erosion verursacht wird. Dementsprechend ist der Schneidrand manchmal abnehmbar an dem Werkzeug angebracht und wird auf regelmäßiger Basis ausgetauscht. Alternativ wird das ganze Bodeneingriffswerkzeug auf regelmäßiger Basis ausgetauscht.
- Der Schneidrand oder das Werkzeug selbst wird ausgetauscht, wenn bestimmt wurde, dass er/es über einen annehmbaren Grenzwert hinaus erodiert ist. Um diese Bestimmung vorzunehmen, wird typischerweise ein Servicetechniker zur Maschine beordert, der eine Länge des Schneidrands unter Verwendung eines Maßbandes misst. Die gemessene Länge wird dann mit dem annehmbaren Grenzwert verglichen und auf der Grundlage des Vergleichs selektiv ausgetauscht. Dieses Verfahren zur Bestimmung, wann der Schneidrand und/oder das Werkzeug auszutauschen ist, kann arbeitsintensiv und ungenau sein.
- Ein alternativer Weg, die Erosion eines Werkzeugs zu messen, wird in der
US-Patentveröffentlichung 2006/0243839 - Obwohl der Verschleißsensor der ’839-er Veröffentlichung einen Weg zur Überwachung der Erosion eines Verschleißteils bereitstellen kann, kann er doch nicht optimal sein. Insbesondere kann der Sensor erfordern, dass die Widerstände während der Fertigung der Verschleißteile in die Verschleißteile eingebettet werden. In manchen Anwendungen kann das Fertigungsverfahren zu rau für die Widerstände sein und verursachen, dass der Sensor ausfällt. Darüber hinaus wird der Sensor während der Verwendung des Brechers beschädigt, was verhindert, dass der Sensor wiederverwendet werden kann. Des Weiteren kann das Netz von Widerständen erforderlich machen, dass beträchtliche Leistung an den Sensor geliefert werden muss. Diese große Leistungsmenge kann eine festverdrahtete Verbindung mit dem Sensor erfordern, was den Einsatz des Sensors in manchen Anwendungen verhindern kann. Des Weiteren können die Signale, die durch das Netz von Widerständen erzeugt werden, sich schrittweise verändern, wenn einzelne Widerstände aus dem Netz entfernt werden, was die Genauigkeit der von dem Sensor erzeugten Signale begrenzt.
- Das Abnützungsüberwachungssystem der vorliegenden Offenbarung bezieht sich darauf, ein oder mehrere der oben dargelegten Bedürfnisse und/oder andere Probleme im Stand der Technik zu lösen.
- Zusammenfassung
- Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Abnützungsüberwachungssystem zur Verwendung mit einer Maschine. Das Abnützungsüberwachungssystem kann einen Ultraschallsensor umfassen, der in einen austauschbaren Schneidrand eines Bodeneingriffswerkzeugs, das mit der Maschine verbunden werden kann, eingebettet ist. Das Abnützungsüberwachungssystem kann auch ein drahtloses Kommunikationselement, das dem Ultraschallsensor zugeordnet ist, sowie ein Steuergerät umfassen, das an Bord der mobilen Maschine in Kommunikation mit dem Ultraschallsensor über das drahtlose Kommunikationselement montierbar ist. Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, eine Verschleißrate des Schneidrands auf der Grundlage von Signalen von dem Ultraschallsensor zu überwachen.
- Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegenden Offenbarung auf ein Bodeneingriffswerkzeug. Das Bodeneingriffswerkzeug kann ein Grundelement sowie einen abnehmbar mit dem Grundelement verbundenen Schneidrand umfassen. Der Schneidrand kann eine darin ausgebildete Bohrung aufweisen, und das Bodeneingriffswerkzeug kann des Weiteren einen Ultraschallsensor umfassen, der innerhalb der Bohrung angeordnet ist. Der Ultraschallsensor kann dazu ausgebildet sein, ein Signal zu erzeugen, das eine Länge des Schneidrands angibt.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine isometrische Veranschaulichung einer beispielhaften offenbarten Maschine; und -
2 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Abnützungsüberwachungssystems, das in Verbindung mit der Maschine von1 verwendet werden kann. - Detaillierte Beschreibung
- Eine beispielhafte Ausführungsform einer Maschine
10 ist in1 veranschaulicht. Die Maschine10 kann zum Beispiel ein Motorgrader, ein Baggerlader, ein landwirtschaftlicher Traktor, ein Radlader, ein Kompaktlader, eine Planierraupe, ein Bagger oder ein beliebiger anderer, im Stand der Technik bekannter Typ von Maschine sein. Als Motorgrader kann die Maschine10 einen lenkbaren vorderen Rahmen12 und einen angetriebenen hinteren Rahmen14 umfassen, der schwenkbar mit dem vorderen Rahmen12 verbunden ist. Der vordere Rahmen12 kann ein Paar Vorderräder16 (oder andere Traktionseinrichtungen) umfassen und eine Bedienerstation18 tragen. Der hintere Rahmen14 kann Kammern20 zur Unterbringung einer Leistungsquelle (z. B. eines Motors) und zugehöriger Kühlkomponenten umfassen, wobei die Leistungsquelle operativ mit Hinterrädern22 (oder anderen Traktionseinrichtungen) für den Primärvortrieb der Maschine10 gekoppelt ist. Die Räder22 können in Tandems an gegenüberliegenden Seiten des hinteren Rahmens14 angeordnet sein. Die Lenkung der Maschine10 kann eine Funktion von Vorderradlenkung und Anlenkung des vorderen Rahmens12 relativ zu dem hinteren Rahmen14 sein. - Die Maschine
10 kann auch ein oder mehrere Bodeneingriffswerkzeuge umfassen, wie beispielsweise etwa eine Zugstangen-Kreis-Formplatten-Anordnung (drawbar-circle-moldboard, DCM)24 , die mit dem vorderen Rahmen12 wirkverbunden ist und von diesem getragen wird, sowie eine Aufreißeranordnung26 , die mit dem hinteren Rahmen14 wirkverbunden ist und von diesem getragen wird. Es wird in Betracht gezogen, dass die DCM24 und/oder die Aufreißeranordnung26 mit einem anderen Abschnitt der Maschine10 verbunden sind und von diesem getragen werden, falls dies gewünscht wird, wie etwa einem anderen Abschnitt des vorderen Rahmens12 und/oder des hinteren Rahmens14 . Sowohl die DCM24 als auch die Aufreißeranordnung26 können durch separate Hydraulikzylinderanordnungen28 getragen werden. Die Hydraulikzylinderanordnungen28 können dazu ausgebildet sein, die DCM24 und die Aufreißeranordnung26 vertikal zu dem vorderen Rahmen12 und von diesem weg zu verschieben, die DCM24 und die Aufreißeranordnung26 seitlich zu verschieben, und/oder die DCM24 und die Aufreißeranordnung26 um eine horizontale oder vertikale Achse zu drehen. Es wird in Betracht gezogen, dass sich die DCM24 und die Aufreißeranordnung26 falls gewünscht auf zusätzliche und/oder unterschiedliche Arten als oben beschrieben bewegen können. Es wird auch in Betracht gezogen, dass zusätzliche, unterschiedliche und/oder weniger Bodeneingriffswerkzeuge mit der Maschine10 verbunden sein können. - Ein oder mehrere mit der Maschine
10 verbundene Bodeneingriffswerkzeuge können mit einem abnehmbaren Schneidrand30 ausgestattet sein. Der Schneidrand30 kann dazu ausgebildet sein, in eine Materialoberfläche einzugreifen und über die Lebensdauer der Maschine10 hinweg zu verschleißen. Nachdem sich der Schneidrand30 um einen Schwellenbetrag abgenutzt hat, sollte der Schneidrand30 ausgetauscht werden, um die Produktivität und/oder Effizienz der Maschine10 sicherstellen zu helfen. Die Verwendung des Schneidrands30 kann auch helfen, das Ausmaß des Verschleißes zu verringern, das durch ein teureres oder schwieriger zu wartendes Grundelement32 eines jeden Bodeneingriffswerkzeugs erfahren wird. Wie in2 dargestellt, kann der Schneidrand30 abnehmbar mit dem Grundelement32 des entsprechenden Bodeneingriffswerkzeugs durch ein oder mehrere Befestigungselemente34 verbunden sein. -
2 veranschaulicht ein Abnützungsüberwachungssystem (”EMS”)36 , das der DCM24 zugeordnet ist. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass das EMS36 in gleicher Weise auch der Aufreißeranordnung26 und/oder einem beliebigen anderen Bodeneingriffswerkzeug der Maschine10 mit einem abnehmbaren Schneidrand30 zugeordnet sein kann. Wie im Folgenden noch detaillierter erklärt wird, kann das EMS36 Komponenten aufweisen, die zusammenwirken, um den Verschleiß des Schneidrands30 zu überwachen und zu bestimmen, wann der Schneidrand30 ausgetauscht werden soll. Diese Komponenten können unter anderem umfassen: einen innerhalb des Schneidrands30 eingebetteten Sensor38 , ein dem Sensor38 zugeordnetes Kommunikationselement40 , eine Batterie42 , die dazu ausgebildet ist, den Sensor38 und das Kommunikationselement40 mit Leistung zu versorgen, sowie ein Steuergerät44 , das an Bord der Maschine10 montiert ist und über das Kommunikationselement40 in Kommunikation mit dem Sensor38 steht. - Der Sensor
38 kann ein Ultraschallsensor sein, der innerhalb einer in dem Schneidrand30 ausgebildeten Bohrung46 angeordnet ist. Der Sensor38 kann im Wesentlichen zylindrisch sein und eine Zentralachse48 aufweisen, die etwa 90° relativ zu einem linearen Ende50 des Schneidrands30 orientiert ist. Es wird in Betracht gezogen, dass der Sensor38 eine alternative Gestalt aufweisen kann und/oder in einem unterschiedlichen Winkel orientiert sein kann, falls dies gewünscht wird. Als Ultraschallsensor kann der Sensor38 einen Messwandler aufweisen, der Hochfrequenz-Schallwellen innerhalb des Schneidrands30 erzeugt. Der Sensor38 kann dann ein resultierendes Echo auswerten, das durch den Sensor38 zurückerhalten wird. Ein Zeitintervall zwischen dem Senden des Signals und dem Empfangen des Echos wird dann (entweder durch den Sensor38 und/oder durch das Steuergerät44 ) berechnet, um einen Abstand des Sensors38 zu dem Ende50 zu bestimmen (d. h. die übrige verschleißbare Länge des Schneidrands30 ). Mit dem fortschreitenden Verschleiß des Schneidrands30 kann sich dieses Zeitintervall verringern, und der Sensor38 kann ein Signal entsprechend dieser Länge erzeugen. Dieses Signal kann zur Verarbeitung an das Steuergerät44 geleitet werden. - Das Kommunikationselement
40 kann ein beliebiger Typ eines in der Technik bekannten Kommunikationselements sein, der in der Lage ist, Signale von dem Sensor38 drahtlos an das Steuergerät44 zu leiten. Die drahtlose Kommunikation kann Satelliten-, Mobilfunk-, Infrarot- oder einen beliebigen anderen Typ von drahtloser Kommunikation umfassen. In einer Ausführungsform überträgt das Kommunikationselement40 das Signal akustisch und/oder elektrisch unter Verwendung des Materials des Grundelements32 als Kommunikationsmedium. - Die Batterie
42 kann zusammen mit dem Sensor38 und dem Kommunikationselement40 innerhalb der Bohrung46 des Schneidrands30 gepackt sein, und eine Schraubkappe52 kann ein Ende der Bohrung46 verschließen und abdichten. Es wird in Betracht gezogen, dass die Bohrung46 alternativ durch ein dauerhaftes Vergussmaterial abgedichtet werden kann, wenn dies gewünscht wird. Die Batterie42 kann dazu ausgebildet sein, für eine endliche Zeitperiode Leistung sowohl an den Sensor38 als auch an das Kommunikationselement40 zu liefern. In der offenbarten Ausführungsform kann diese endliche Zeitperiode in etwa der Nennlebensdauer des Schneidrands30 zur Verwendung mit dem Grundelement32 entsprechen. Auf diese Weise können, wenn der Schneidrand30 abgenommen wird, der Sensor38 und das Kommunikationselement40 aus der Bohrung46 entnommen und zusammen mit einer neuen Batterie in der Bohrung46 eines Ersatzschneidrands30 installiert werden. Die Batterie42 kann eine beliebige im Stand der Technik bekannte Form annehmen. - Das Steuergerät
44 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel zur Steuerung eines Betriebs des EMS36 umfassen. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können dazu ausgebildet sein, die Funktionen des Steuergeräts44 auszuführen. Es sollte klar sein, dass das Steuergerät44 leicht in einem allgemeinen Maschinenmikroprozessor ausgeführt werden kann, der in der Lage ist, zahlreiche Maschinenfunktionen zu steuern. Das Steuergerät44 kann einen Speicher, eine Sekundärspeichereinrichtung, einen Prozessor und beliebige andere Komponenten zum Ausführen einer Anwendung und/oder zur Aufzeichnung von Signalen von dem Sensor38 aufweisen. Verschiedene andere Schaltungen können dem Steuergerät44 zugeordnet sein, wie etwa Stromversorgungsschaltungen, Signalaufbereitungsschaltungen, Solenoidansteuerschaltungen oder andere Typen von Schaltungen. - Ein oder mehrere Kennfelder, die das Signal von dem Sensor
38 mit Verschleißwerten für den Schneidrand30 in Beziehung setzen, können in dem Speicher des Steuergeräts44 gespeichert sein. Jedes dieser Kennfelder kann eine Sammlung von Daten in der Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen umfassen. Wie im Folgenden noch detaillierter beschrieben wird, kann das Steuergerät44 dazu ausgebildet sein, spezifische Kennfelder aus verfügbaren, im Speicher des Steuergeräts44 gespeicherten Relationskennfeldern auszuwählen, um automatisch Benachrichtigungen in Bezug auf den Komponentenverschleiß zu bestimmen und/oder zu erzeugen. - Die durch das Steuergerät
44 erzeugte Benachrichtigung kann an einer Anzeige54 angezeigt werden, die sich innerhalb der Bedienerstation18 befindet. Die Benachrichtigung kann einen visuellen und/oder hörbaren Alarm in Bezug auf eine aktuelle Dimension des Schneidrands30 , eine verbleibende Lebensdauer des Schneidrands30 , und/oder die Notwendigkeit, den Schneidrand30 auszutauschen, bereitstellen. Auf diese Weise kann der Bediener in der Lage sein, die Wartung der Maschine10 schon im Voraus zu planen, bevor der Schneidrand30 vollständig abgenützt ist. - In einigen Ausführungsformen kann das EMS
36 in der Lage sein, mit einer nicht an Bord befindlichen Einheit56 zu kommunizieren. Insbesondere kann das EMS36 mit einer Kommunikationsvorrichtung58 ausgestattet sein, die mit dem Steuergerät44 verbunden werden kann. Die Kommunikationsvorrichtung58 kann dazu ausgebildet sein, Meldungen drahtlos zwischen dem Steuergerät44 und der nicht an Bord befindlichen Einheit56 zu kommunizieren. Die drahtlose Kommunikation kann Satelliten-, Mobilfunk-, Infrarot- oder einen beliebigen anderen Typ von drahtloser Kommunikation umfassen. Die nicht an Bord befindliche Einheit56 kann zum Beispiel Wartungspersonal darstellen, und die Kommunikation kann Meldungen in Bezug auf Verschleißwerte, Identifikation verschlissener Komponenten (z. B. bestimmte Schneidränder30 ) und/oder Anweisungen für das Wartungspersonal umfassen. Die Anweisungen können mit der Anleitung des Wartungspersonals, Angebote für Austauschkomponenten an den Besitzer der Maschine10 bereitzustellen und/oder die Wartung der Maschine10 mit dem Besitzer zu planen, in Verbindung stehen. - Gewerbliche Anwendbarkeit
- Das offenbarte Abnützungsüberwachungssystem kann mit beliebigen Maschinen verwendet werden, die ein Bodeneingriffswerkzeug mit einem abnehmbaren Schneidrand aufweisen. Das offenbarte Abnützungsüberwachungssystem kann in der Lage sein, die aktuelle Länge des Schneidrands, eine noch verbleibende restliche Lebensdauer des Schneidrands, und/oder eine Verschleißrate des Schneidrands zu bestimmen. Das offenbarte Abnützungsüberwachungssystem kann auch in der Lage sein, Benachrichtigungen in Bezug auf diese Parameter anzuzeigen und/oder die Benachrichtigungen an eine nicht an Bord befindliche Einheit zu kommunizieren. Die Benachrichtigungen können dabei kontinuierlich oder alternativ nur nach einem Vergleich mit einem oder mehreren Schwellenwerten, der die Notwendigkeit zur Erzeugung der Benachrichtigung angibt (z. B. nur wenn die verbleibende Lebensdauer und/oder die aktuelle Länge geringer ist als eine Schwellenlebensdauer oder -länge), erzeugt werden.
- Da der Sensor
38 in ein bestehendes Merkmal (d. h. in die Bohrung46 ) der offenbarten Bodeneingriffswerkzeuge verbaut sein kann, können die Verfahren, die zur Herstellung der Bodeneingriffselemente verwendet werden, keine negativen Auswirkungen auf den Sensor38 haben. Da darüber hinaus der Sensor38 während der Verwendung des Schneidrands30 nicht zerstört werden kann, kann der Sensor38 falls gewünscht wiederverwendet werden. Des Weiteren kann der Sensor38 nur geringe Leistung benötigen, und somit kann die Batterie42 relativ einfach und kostengünstig sein. Tatsächlich kann in einem Beispiel der Sensor38 mit einer Frequenz von etwa 1/h arbeiten (d. h. etwa einmal pro Stunde ein Messsignal erzeugen), und mit dieser Betriebsfrequenz kann die Batterie42 etwa 6 bis 9 Monate (oder länger) halten. Dieser niedrige Leistungsverbrauch kann in Kombination mit der drahtlosen Verbindung zwischen Sensor38 und Steuergerät44 die Verwendung des Sensors38 in rauen Anwendungen erleichtern. Des Weiteren können die von dem Sensor38 erzeugten Signale sich von Stunde zu Stunde nur sehr wenig verändern und dementsprechend eine sehr genaue Messung der Verschleißrate des Schneidrands30 liefern. - Dem Fachmann wird klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Abwandlungen an dem Abnützungsüberwachungssystem der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen werden für den Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des darin offenbarten Abnützungsüberwachungssystems klar sein. Es ist angedacht, dass die Spezifikation und die Beispiele als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente angegeben wird.
Claims (10)
- Abnützungsüberwachungssystem (
36 ) für eine Maschine (10 ), das Folgendes umfasst: einen Ultraschallsensor (38 ), der in einen austauschbaren Schneidrand (30 ) eines Bodeneingriffswerkzeugs (24 ,26 ), das mit der Maschine verbunden werden kann, eingebettet ist; ein drahtloses Kommunikationselement (40 ), das dem Ultraschallsensor zugeordnet ist; und ein Steuergerät (44 ), das dazu ausgebildet ist, an Bord der Maschine in Kommunikation mit dem Ultraschallsensor über das drahtlose Kommunikationselement montiert zu werden, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, eine Verschleißrate des Schneidrands auf der Grundlage von Signalen von dem Ultraschallsensor zu überwachen. - Abnützungsüberwachungssystem nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Batterie (
42 ), die dem Ultraschallsensor und dem drahtlosen Kommunikationselement zugeordnet ist. - Abnützungsüberwachungssystem nach Anspruch 2, wobei die Batterie dazu ausgebildet ist, Leistung an den Ultraschallsensor und das drahtlose Kommunikationselement zu liefern, über einen Zeitraum, der in etwa der Nennlebensdauer des Schneidrandes für die Verwendung mit dem Bodeneingriffswerkzeug entspricht.
- Abnützungsüberwachungssystem nach Anspruch 2, wobei der Ultraschallsensor, das drahtlose Kommunikationselement und die Batterie alle zusammen innerhalb einer Bohrung (
46 ), die innerhalb des Schneidrands ausgebildet ist, montiert sind. - Abnützungsüberwachungssystem nach Anspruch 4, wobei der Ultraschallsensor im Wesentlichen zylindrisch ist und eine Achse (
48 ) aufweist, die in einem Winkel von etwa 90° relativ zu einem Ende (50 ) des Schneidrands orientiert ist. - Abnützungsüberwachungssystem nach Anspruch 4, wobei die Bohrung an einer Verbindungsstelle zwischen dem Schneidrand und einem Grundelement (
32 ) des Bodeneingriffswerkzeugs ausgebildet ist. - Abnützungsüberwachungssystem nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend eine Schraubkappe (
52 ), die dazu ausgebildet ist, in ein Ende der Bohrung einzugreifen und dieses abzudichten. - Abnützungsüberwachungssystem nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Kommunikationsvorrichtung (
58 ), die dazu ausgebildet ist, Meldungen zwischen dem Steuergerät und einer nicht an Bord befindlichen Einheit (56 ) zu übertragen. - Abnützungsüberwachungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist: eine Länge des Schneidrands zu bestimmen; einen Vergleich der Länge des Schneidrands mit einer Schwellenlänge vorzunehmen; und auf der Grundlage des Vergleichs selektiv eine Benachrichtigung zuü erzeugen.
- Abnützungsüberwachungssystem nach Anspruch 9, wobei die Benachrichtigung eine abgeschätzte Lebensdauer des Schneidrands angibt.
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