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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatisierten Demontage und Montage eines Fahrzeugrads an einem Radflansch, bei dem Befestigungselemente zur Festlegung des Fahrzeugrads an dem Radflansch mittels eines automatisiert ansteuerbaren Schraubwerkzeugs betätigt werden, um durch Lösen der Befestigungselemente das Fahrzeugrad von dem Radflansch zu Lösen oder durch Spannen der Befestigungselemente das Fahrzeugrad an dem Radflansch festzulegen, wobei der Löse- und Spannvorgang der Befestigungselemente hinsichtlich des vom Schraubwerkzeug aufgebrachten Drehmoments und/oder Drehwinkels überwacht wird.
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Radwechsel von Kraftfahrzeugen werden herkömmlicherweise zumeist manuell, gegebenenfalls unter Einsatz von elektrischen oder pneumatischen Handwerkzeugen durchgeführt. Etwaige Schäden werden hierbei durch die den Radwechsel vornehmende Person durch Inaugenscheinnahme feststellt. Die Erfindung bezweckt, einen solchen Vorgang zu automatisieren.
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Aus WO 2009/ 127 277 A1 ist ein Verfahren zur Fahrzeugmontage bekannt, bei dem ein Fahrzeugrad mithilfe eines Industrieroboters an einem Radflansch befestigt wird. Hierzu wird ein Schraubwerkzeug automatisiert mit entsprechenden Radschrauben bestückt. Das Anziehen der Radschrauben erfolgt drehmoment- und/oder drehwinkelgesteuert, um ein definiertes Anzugsmoment einzuhalten. Eine Untersuchung auf etwaige Schäden ist bei der Erstmontage jedoch nicht relevant.
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DE 10 2015 009 395 A1 offenbart ein Verfahren zum Kontrollieren eines Verschraubungsprozesses mit dem Ziel, den Verschraubungsprozess abzubrechen, wenn bereits während des Verschraubens ein Fehler festgestellt wird. Dazu erfolgt ein Vergleich eines Ist-Verlaufs für einen Verschraubungsparamete über der Zeit mit Fehlermustern, um einen möglichen Fehler vorherzusagen und diesen durch frühzeitigen Abbruch des Verschraubungsprozesses zu verhindern.
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DE 10 2006 047 683 B3 offenbart ein Verfahren zum Erkennen von fehlerheften Schraubverbindungen. Hierzu werden während einer Entlastung einer Schraubverbindung ein Losbrechmoment und ein Verschraubungsparameter über der Zeit erfasst. Das Losbrechmoment wird mit einem Sollschwellwert und der Gradient des Parameterverlaufs mit einem Sollgradient verglichen. Auf eine fehlerfreie Verbindung wird geschlossen, wenn beide Sollwerte unterschritten werden.
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DE 10 2015 111 316 A1 offenbart ein Verfahren zur Bewertung von Schraubverbindungen unmittelbar nach deren Erstellung. Relevante Kontrollparameter hierfür sind der Pumpendruck, das Drehmoment, der Drehwinkel, die Steigung, die Vorspannkraft und/oder die Schraubenlängung. Liegt ein Endwert der Kontrollparameter innerhalb eines entsprechenden Annahmebereiches, wird das Anziehen als „In Ordnung“ bewertet. Ist das Anziehen fehlerhaft, d. h. der Endwert der Kontrollparameter liegt nicht innerhalb des entsprechenden Annahmebereiches, wird das Anziehen als „Nicht in Ordnung“ bewertet. Es also lediglich geprüft, ob am Ende des Anziehens ein Sollparameterbereich getroffen wurde oder nicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radwechsel an einem Kraftfahrzeug zu erleichtern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass der Verlauf des Drehmoments und/oder Drehwinkels während des Lösens der Befestigungsmittel erfasst und dieser Verlauf zu mindestens einem Vergleichsverlauf in Beziehung gesetzt wird, um hieraus ein etwaiges Schadensbild der Radbefestigung zu diagnostizieren.
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So kann bei einem Radwechsel beispielsweise automatisch festgestellt werden, ob eine Radbefestigung stark korrodiert ist.
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Die Diagnose erfolgt kategorisiert nach verschiedenen Schadensbildern, um die Auswahl entsprechender Abhilfemaßnahmen zu erleichtern.
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Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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In einer ersten besonderen Ausführungsart erfolgt die Diagnose auf Grundlage eines Modelvergleichs mit einem Vergleichsverlauf für eine schadenfreie Radbefestigung.
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Insbesondere kann die Schadensbildkategorisierung durch eine Bewertung der Abweichung des erfassten Istverlaufs des Drehmoments und/oder Drehwinkels von einem Sollverlauf erfolgen.
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Entsprechende Bewertungskriterien können dazu beispielsweise in einem Diagnosemodul einer Steuereinrichtung für den Radwechsel oder aber auch softwaretechnisch in einer externen Recheneinrichtung bereitgehalten werden, welche informationstechnisch mit einer den Radwechsel automatisiert ausführenden Vorrichtung verbunden ist.
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In einer weiteren besonderen Ausführungsart erfolgt die Schadensbildkategorisierung durch einen Vergleich des erfassten Istverlaufs mit Verläufen für Model-Schadensbilder.
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Eine Schadensbildkategorisierung kann weiterhin auch unter Verwendung von Machine-Learning-Algorithmen durchgeführt werden. Durch Berücksichtigung einer großen Anzahl an Verläufen kann der Prozess kontinuierlich verbessert werden.
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Während des Lösens oder Spannens einer Radbefestigung kann der Verlauf des Drehmoments und/oder Drehwinkels über der Zeit erfasst werden, welcher die Grundlage für die Schadensdiagnose bildet.
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Es ist jedoch auch möglich, dazu den Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit des Drehwinkels zu erfassen. Gegebenfalls kann ein solcher Verlauf auch aus den zeitlichen Verläufen des Drehmoments und des Drehwinkels ermittelt werden.
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Das Drehmoment und der Drehwinkel können mithilfe dedizierter Sensoren gemessen werden. Es ist jedoch auch möglich, diese aus anderen Größen mittelbar abzuleiten, beispielsweise einem Motorstrom oder Schrittwinkel des Schraubwerkzeugs.
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Die Schadensbilder können Kategorien enthalten, die ausgewählt sind aus der Gruppe enthaltend Korrosion, Schaden an einem Gewinde des Befestigungselements, Schaden an einem Gewinde des Radflanschs, Schaden an der Radscheibe des Fahrzeugrads, oder eine Unterkombination hieraus.
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Alternativ können Schadensbilder durch numerische Güteklassen für die Radbefestigung kategorisiert sein. Dazu können bei der Diagnose aus dem Istverlauf beispielsweise Bewertungsfaktoren oder Schadensbeiträge generiert werden, welche eine Aussage über einen Schädigungsgrad einer Radbefestigung erlauben.
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Weiterhin wird vorliegend eine Vorrichtung zur automatisierten Demontage und Montage eines Fahrzeugrads an einem Radflansch vorgeschlagen, welche insbesondere ein Schraubwerkzeug, welches automatisiert ansteuerbar ist, umfasst, sowie eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Schraubwerkzeugs zum Lösen und Spannen von Befestigungselementen, über welche das Fahrzeugrad an dem Radflansch festlegbar ist. Dabei ist die Steuereinrichtung derart konfiguriert, um den Verlauf des von dem Schraubwerkzeug aufgebrachten Drehmoments und/oder Drehwinkels während des Lösens oder Spannens mindestens eines der Befestigungselemente einer Radbefestigung zu verarbeiten sowie insbesondere optional aufzuzeichnen. Ferner umfasst diese ein Diagnosemodul oder ist mit einem solchen gekoppelt, welches derart konfiguriert ist, um anhand des erfassten Verlaufs ein etwaiges Schadensbild der Radbefestigung zu diagnostizieren.
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Die Diagnose kann dabei insbesondere in der oben beschriebenen Art und Weise durchgeführt werden.
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Eine Vermittlung des Diagnoseresultats an eine Person kann in herkömmlicher Weise, beispielsweise über eine visuelle Anzeigeeinrichtung, erfolgen.
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In einer Ausführungsvariante ist eine Messeinrichtung zum Messen des von dem Schraubwerkzeug aufgebrachten Drehmoments und/oder Drehwinkels vorgesehen, welche mit der Steuereinrichtung zur Übermittlung der Messergebisse informationstechnisch verbunden ist und gegebenenfalls dedizierte Sensoren zur Drehmomentmessung und/oder Drehwinkelmessung umfasst.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur automatisierten Demontage und Montage eines Fahrzeugrads an einem Radflansch nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das Ausführungsbeispiel dient dazu, einen möglichen Weg zur Ausführung der Erfindung aufzuzeigen, ohne die Erfindung allein hierauf zu beschränken.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur automatisierten Demontage und Montage eines Fahrzeugrads 1 an einem Radflansch 2.
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Diese Vorrichtung umfasst zumindest ein Schraubwerkzeug 3, welches automatisiert ansteuerbar ist, um ein Befestigungselement 4, welches der Festlegung eines Fahrzeugrads 1 an einem Radflansch 2 dient, zu drehen. Das Befestigungselement 4 ist beispielsweise eine Radschraube oder eine Radmutter.
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Zudem kann das Schraubwerkzeug 3 eine Greiffunktion für das Befestigungselement 4 enthalten, um ein gelöstes Befestigungselement 4 nach seinem Lösen kontrolliert abzuführen oder beim Spannen kontrolliert zuzuführen.
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Das Schraubwerkzeug 3 kann dazu ausgelegt sein, mehrere Befestigungselemente 4 einzeln nacheinander zu demontieren und zu montieren oder aber um alle Befestigungselemente 4 eines Fahrzeugrads 1 gleichzeitig zu betätigen.
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Ferner können dem Schraubwerkzeug 3 nicht näher dargestellte Mittel zugeordnet sein, welche das Schraubwerkzeug 3 in eine Demontage-/Montageposition zu verbringen und aus dieser wieder wegzubewegen vermögen.
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Beispielsweise kann das Schraubwerkzeug 3 wie in
WO 2009/127277 A beschrieben ausgeführt sein und optional mit den dort beschriebenen Mitteln verfahren werden. Der diesbezügliche Offenbarungsgehalt aus
WO 2009/127277 A wird hiermit ausdrücklich in die vorliegende Offenbarung einbezogen. Jedoch können auch andere Schraubwerkzeuge 3 und Verlagerungsmittel zum Einsatz kommen, welche ein automatisiertes Lösen und Spannen einer Radbefestigung gestatten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinrichtung 5 zur Ansteuerung des Schraubwerkzeugs 3 zum Lösen und Spannen der Befestigungselemente 4. Hierdurch können beispielsweise die Befestigungselemente 4 mit unterschiedlichen Kraft/Geschwindigkeitsverläufen angeregt werden, um eine Zustandskategorisierung zu erleichtern. Dies kann beispielsweise abhängig vom Fahrzeugtyp, -alter o.Ä. durchgeführt werden.
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Die Steuereinrichtung 5 ist weiterhin derart konfiguriert, um den Verlauf 6 des von dem Schraubwerkzeug 3 aufgebrachten Drehmoments und/oder Drehwinkels während des Lösens mindestens eines der Befestigungselemente 4 der Radbefestigung zu verarbeiten.
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Die Steuerungseinrichtung 5 umfasst somit zwei Komponenten, nämlich eine erste Komponente zur Ansteuerung des Schraubwerkzeugs 3 sowie eine zweite Komponente zur Verarbeitung des Messverlaufs. Beide Komponenten können zu einer Einheit zusammengefast sein, jedoch auch separate Einheiten bilden, die gegebenenfalls räumlich voneinander getrennt sein können.
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Der Verlauf 6 wird im Folgenden auch als Istverlauf bezeichnet. Er repräsentiert den Verlauf des Drehmoments M (t) und/oder den Verlauf des Drehwinkels φ (t) über der Zeit während des Lösens oder Spannens einer Radbefestigung. Alternativ kann der Istverlauf als Verlauf des Drehmoments M (φ) in Abhängigkeit des Drehwinkels φ erfasst werden. Der Verlauf M (φ) kann insbesondere auch durch gleichzeitige Erfassung von M (t) und φ (t) ermittelt werden.
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Zur Erfassung des Istverlaufs kann eine Messeinrichtung 7 vorgesehen sein, welche das von dem Schraubwerkzeug 3 aufgebrachte Drehmoment und/oder den Drehwinkel misst. Entsprechende Messdaten werden informationstechnisch, kabellos oder kabelgebunden, an die Steuereinrichtung 5 übertragen.
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In Abwandlung hiervon können das Drehmoment M (t), M (φ) und der Drehwinkel φ (t) auch indirekt aus anderen Größen gewonnen werden, welche bei der Ansteuerung des Schraubwerkzeugs 3 generiert werden. Beispielsweise kann, sofern das Schraubwerkzeug 3 elektrisch angetrieben wird, aus dem Strom eines Elektromotors des Schraubwerkzeugs 3 eine Information über das aktuelle Drehmoment beim Lösen gewonnen werden. Mittels eines Drehwinkelgebers am Elektromotor lässt sich der Drehwinkel bestimmen. Eine zusätzliche Messeinrichtung 7 mit dedizierten Sensoren kann dann entfallen.
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Der ermittelte Istverlauf wird in der Steuereinrichtung 5 verarbeitet, wie dies weiter unten noch näher erläutert wird. Dies kann fortlaufend während der Erfassung erfolgen. Es ist auch möglich, alternativ oder ergänzend den Istverlauf für einen Lösevorgang aufzuzeichnen.
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Ferner ist ein Diagnosemodul 8 vorgesehen, welches derart konfiguriert ist, um anhand des erfassten Verlaufs 6 des Drehmoments und/oder Drehwinkels während des Lösens der Befestigungsmittel 4 ein etwaiges Schadensbild 10 der Radbefestigung zu diagnostizieren. Das Diagnosemodul 8 kann in der Steuereinrichtung 5 implementiert sein. Es kann jedoch auch als separates Gerät vorgehalten werden oder softwaretechnisch in einem Computer implementiert sein, welcher temporär oder ständig mit der Steuereinrichtung 5 der Radwechselvorrichtung verbunden ist.
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Das Verfahren zur automatisierten Demontage und Montage des Fahrzeugrads 1 an einem Radflansch 2 gestaltet sich wie nachfolgend erläutert. Hierbei werden die Befestigungselemente 4 zur Festlegung des Fahrzeugrads 1 des Schraubwerkzeugs 3 betätigt, welches hierzu von der Steuereinrichtung 5 automatisiert angesteuert wird, um durch Lösen der Befestigungselemente 4 das Fahrzeugrad 1 von dem Radflansch 2 zu Lösen oder durch Spannen der Befestigungselemente 4 das Fahrzeugrad 1 an dem Radflansch 2 festzulegen.
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Während des Lösens der Befestigungsmittel 4 wird der Verlauf 6 des Drehmoments M und/oder Drehwinkels φ erfasst und dieser Verlauf 6 zu mindestens einem Vergleichsverlauf 9 in Beziehung gesetzt, um hieraus ein etwaiges Schadensbild 10 der Radbefestigung zu diagnostizieren. Dies gestattet die automatische Feststellung von möglichen Problemen an der Radaufnahme, und zwar ohne dass hierbei eine Inaugenscheinnahme durch eine Person erforderlich wäre.
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Diese Diagnose kann vorzugsweise kategorisiert nach verschiedenen Schadensbildern 10 vorgenommen werden.
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Mögliche Kategorien für Schadensbilder 10 sind beispielsweise Korrosion, ein Schaden an einem Gewinde des Befestigungselements 4, ein Schaden an einem Gewinde des Radflanschs 2, ein Schaden an der Radscheibe des Fahrzeugrads 1.
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Weiterhin können Schadenbilder beispielsweise über numerische Güteklassen für die Radbefestigung kategorisiert werden.
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Die Diagnose kann auf Grundlage eines Modelvergleichs mit einem Vergleichsverlauf 9 für eine schadenfreie Radbefestigung erfolgen. Hierzu werden das Ist-Drehmoment M (t), M (φ) und der Ist-Drehwinkel φ (t) beispielsweise zu einem Ist-Drehmoment Msoll (t), Msoll (φ) und der Ist-Drehwinkel φsoll (t) in Beziehung gesetzt.
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Bei einem solchen Vergleich ist es beispielsweise möglich, eine Bewertung der Abweichung des erfassten Istverlaufs von einem Sollverlauf vorzunehmen.
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Entsprechende Bewertungskriterien können dazu beispielsweise in dem Diagnosemodul 8 bereitgehalten werden.
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Anstelle eines Vergleichs des Istverlaufs mit einem Idealzustand kann ein solcher auch mit vorgegebenen Schadensbildern erfolgen. Mit anderen Worten, eine Schadensbildkategorisierung kann durch einen Vergleich des erfassten Istverlaufs beispielsweise mit Verläufen für Model-Schadensbilder erfolgen.
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Hierzu kann beispielsweise eine Korrelation zwischen einem Ist-Drehmoment M (t), M (φ) und der Ist-Drehwinkel φ (t) einerseits und verschiedenen Drehmoment- und Drehwinkelverläufen für Model-Schadensbilder MSchadeni (t), MSchadeni (φ) φSchadeni (t) bestimmt werden, wobei für den Index i gilt i= 1... n.
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Die Kategorisierung kann weiterhin auch durch Machine-Learning-Algorithmen durchgeführt werden. Durch Berücksichtigung einer großen Anzahl an Verläufen kann der Prozess kontinuierlich verbessert werden.
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Das festgestellte Schadensbild kann einer Person beispielsweise visuell angezeigt werden. Dazu kann an der Steuereinrichtung 5 eine entsprechende Anzeigeeinrichtung 11 vorgesehen sein. Die Ausgabe kann jedoch auch an anderer Stelle und auf anderem Wege erfolgen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugrad
- 2
- Radflansch
- 3
- Schraubwerkzeug
- 4
- Befestigungselement
- 5
- Steuereinrichtung
- 6
- erfasster Verlauf (Istverlauf)
- 7
- Messeinrichtung
- 8
- Diagnosemodul
- 9
- Vergleichsverlauf
- 10
- Schadensbild
- 11
- Anzeigeeinrichtung