DE19616574A1

DE19616574A1 - Riemenspannungsmeßvorrichtung

Info

Publication number: DE19616574A1
Application number: DE19616574A
Authority: DE
Inventors: Shigeaki Hirano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: DE19616574C2; JPH08327477A; US5698796A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Riemenspannungsmeßvorrichtung zur Messung der Spannung eines Riemens, in einem gespannten Zustand. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Riemenspannungsmeßvorrichtung zur Messung der Spannung eines Riemens, der Riemenscheiben einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung für ein Kraftfahrzeug umschlingt.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung erfolgt zuerst eine Beschreibung gewisser Einzelheiten des technischen Hintergrunds. Fig. 4 zeigt schematisch ein konventionelles, bekanntes Verfahren zur Messung der Spannung eines Riemens, der Riemenscheiben der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs umschlingt. Wie aus der Figur hervorgeht, werden Riemenscheiben 1 und 2 von einem Riemen 3 umschlungen. Zur Messung der Spannung des Riemens 3 wird dieser mit einem vorbestimmten Druck nach unten gedrückt, der durch ein Druckmeßgerät (oder Manometer) 4 aufgebracht wird, das so angeordnet ist, daß es gegen den Riemen 3 an einer vorbestimmten Position andrückt, wodurch der Riemen 3 um eine vorbestimmte Entfernung (also um eine Auslenkung ΔL) nach unten verschoben wird. Der auf den Riemen 3 aufgebrachte Druck wird unter Verwendung des Druckmeßgerätes selbst überwacht.

Nachstehend wird das Riemenspannungsmeßverfahren erläutert. Zur Messung der Spannung des Riemens 3, der die Riemenscheiben 1 und 2 umschlingt, die bei einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) vorgesehen sind, wird das Druckmeßgerät 4 gegen den Riemen 3 in dessen Mitte oder Zentrum unter einem vorbestimmten Druck angedrückt (beispielsweise 10 g). In diesem Zustand wird visuell mit Hilfe einer linearen Skala beobachtet, die in dem Druckmeßgerät 4 vorgesehen ist, ob der Riemen 3 um ein vorbestimmtes Ausmaß ΔL (beispielsweise 10 mm) gegenüber dem Normalzustand unter Einfluß des von dem Druckmeßgerät 4 ausgeübten Drucks verschoben wird. Dann wird die Spannung T des Riemens 3 auf der Grundlage eines Ausdrucks ermittelt, der eine Beziehung zwischen der Spannung T des Riemens 3 und der Auslenkung ΔL angibt, wobei dieser Ausdruck vorher experimentell ermittelt wurde.

Weiterhin ist ein Riemenspannungsmeßverfahren zur Messung der Spannung des Riemens 3 auf der Grundlage einer Schwingungsfrequenz in einem Zustand bekannt, in welchem der Riemen 3 dazu veranlaßt wird, bei der Resonanzschwingungsfrequenz zu schwingen (auch als charakteristische Schwingungsfrequenz oder ordnungsgemäße Schwingungsfrequenz bezeichnet), wie in Fig. 5 dargestellt ist. Genauer gesagt wird der Riemen 3, der die Riemenscheiben 1 und 2 umschlingt, dazu veranlaßt, frei bei seiner Resonanzschwingungsfrequenz zu schwingen, unter Einfluß einer Schwingungserregungskraft, die auf ihn durch ein Hammerteil 6 einwirkt, welches eine Masse m aufweist. Die Schwingung des Riemens 3, der bei der Resonanzschwingungsfrequenz frei schwingt, wird von einem Wandler 9 aufgenommen, der durch ein Mikrofon oder dergleichen gebildet werden kann, welches gegenüberliegend der Schwingungsrichtung des Riemens 3 angeordnet ist. Das Ausgangssignal des Wandlers 9 wird in ein Frequenzmeßgerät 20 ausgegeben, um die Schwingungsfrequenz festzustellen, und hierdurch die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens 3 in Abhängigkeit von der Frequenz anzuzeigen.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist das Hammerteil 6 zur Schwingungsanregung des Riemens 3 an einem Ende eines Hebels L fest befestigt, welches in seinem Zentrum durch ein Drehlagerteil 8 gehaltert ist, wobei der Punkt der Krafteinwirkung, der durch das Bezugszeichen 7 bezeichnet ist, an dem anderen Ende des Hebels L vorgesehen ist, um eine Schwingungserregungskraft an das Hammerteil 6 anzulegen.

Nachstehend werden die Grundlagen des Riemenspannungsmeßverfahrens bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung erläutert. Bekanntlich gilt die durch den nachstehenden Ausdruck (3) angegebene Beziehung zwischen der Spannung T des Riemens 3 und der Resonanzschwingungsfrequenz f des Riemens 3, welcher die Riemenscheiben 1 und 2 umschlingt, allgemein, und ist nicht begrenzt auf- einen Riemen zwischen Riemenscheiben eines Kraftfahrzeugs.

T = K · S² × M × f².

Hierbei ist K eine Konstante, S die Erstreckung zwischen Riemenscheiben (der Abstand zwischen Riemenscheiben), M eine Gewichtseinheit oder Masse des Riemens, und f die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens.

Wie aus dem voranstehend angegebenen Ausdruck (1) deutlich wird, ist es möglich, die Spannung T des Riemens 3 durch Messung der Resonanzschwingungsfrequenz f des Riemens 3 zu ermitteln, unter der Voraussetzung, daß die Entfernung S zwischen den Riemenscheiben 1 und 2, die Gewichtseinheit oder Masse des Riemens, und die Konstante K bekannt sind. Um den Riemen 3 zu einer freien Schwingung zu veranlassen, wird eine Erregerkraft an den Punkt der Krafteinleitung (7) des Hebels L angelegt. Dann wird der Hebel L einmal nach oben um das Drehlagerteil 8 herumbewegt, und verschwenkt dann nach unten, wodurch das an dem Hebel L an dessen freiem Ende befestigte Hammerteil 6 auf den Riemen 3 schlägt, um so eine Schwingungserregerkraft auf den Riemen 3 aufzubringen.

Dies führt dazu, daß der Riemen 3 zwangsweise zu einer Schwingung bei der Resonanzschwingungsfrequenz veranlaßt wird, wobei diese Schwingung von dem Wandler 9, beispielsweise einem Mikrofon, als Änderung des Schalldrucks aufgenommen wird, der dann in das Frequenzmeßgerät 20 eingegeben wird. Auf der Grundlage des Ausgangssignals des Wandlers 9 erfaßt dann das Frequenzmeßgerat 20 die Schwingungsfrequenz als die Resonanzschwingungsfrequenz f des Riemens 3. Die Resonanzschwingungsfrequenz f wird dann in ein konventionelles Fehlerdiagnosetestgerät (nicht gezeigt) für das Kraftfahrzeug eingegeben, wodurch die Spannung T des Riemens 3 arithmetisch entsprechend dem voranstehend erwähnten Ausdruck (1) ermittelt wird.

Wie aus den voranstehenden Ausführungen deutlich wird, ist das erste, konventionelle Riemenspannungsmeßverfahren, bei welchem die Auslenkung des Riemens visuell gemessen wird, die bei Aufbringen eines vorbestimmten Drucks oder einer Schockbeanspruchung auf den Riemen hervorgerufen wird, und die Spannung des Riemens auf der Grundlage des Ergebnisses der visuellen Beobachtung der Auslenkung des Riemens festgestellt wird, in der Hinsicht nachteilig, daß die Spannung des Riemens nicht exakt gemessen werden kann, in Folge eines unvermeidlichen Fehlers, der bei der Messung des Druckes oder der Auslenkung ΔL, auftritt. Genauer gesagt ist deswegen die Messung fehlerbehaftet, da es schwierig ist, das Druckmeßgerät stabil gegen den Riemen zur Anlage zu bringen. Zusammenfassend ist dieses konventionelle Verfahren nicht dazu geeignet, die Spannung des Riemens mit ausreichender Genauigkeit zu messen.

Andererseits treten bei dem zweiten, voranstehend erwähnten Verfahren, bei welchem der Riemen dadurch in freie Schwingungen bei der Resonanzschwingungsfrequenz versetzt wird, daß der Riemen von dem Hammerteil beaufschlagt wird, in der Hinsicht Schwierigkeiten auf, daß die Schwingungssignalform in Abhängigkeit von der Art und Weise der Beaufschlagung des Riemens verzerrt wird, daß die Schwingungssignalform instabil wird, abhängig von dem Ort, an welchem die Schwingungserregerkraft aufgebracht wird, und daß sich die Dauer der freien Schwingung als Funktion der Größe der Schwingungserregerkraft ändert, was zu Schwierigkeiten bei der exakten Messung der Resonanzschwingungsfrequenz führt. Unter Berücksichtigung dieser Umstände wurde ein Schwingungserregungsmechanismus dazu entwickelt, mechanisch eine Schwingungserregerkraft auf den Riemen aufzubringen, statt einer manuellen Aufbringung der Erregerkraft, was jedoch zu erheblichen Schwierigkeiten in Bezug auf die Installierung des Schwingungserregermechanismus führt, in Zusammenhang mit dem Riemen, da der hierzu verfügbare Raum gewöhnlich äußerst begrenzt ist, insbesondere bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge.

Angesichts der voranstehend geschilderten Verhältnisse beim Stand der Technik besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Riemenspannungsmessung zur Verfügung zu stellen, welche erfolgreich die voranstehend geschilderten Probleme bei den konventionellen Riemenspannungsmeßvorrichtungen überwinden können.

Angesichts der voranstehenden und weiterer Ziele, die nachstehend noch verdeutlicht werden, wird gemäß einer allgemeinen Zielrichtung der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der Spannung eines Riemens in einem gespannten Zustand zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine Schwingungsanlegungsvorrichtung aufweist, zum Anlegen einer Schwingung an den Riemen mit einer Frequenz, die sich innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches ändert, der die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens abdeckt, eine Schwingungsamplituden Erfassungsvorrichtung zur Erfassung der Schwingungsamplitude des Riemens aufweist, um ein entsprechendes Amplitudensignal auszugeben, sowie eine Spannungserfassungsvorrichtung aufweist, die dazu dient, das Auftreten einer Resonanz des Riemens auf der Grundlage des Ausgangssignals der Schwingungsamplituden-Erfassungsvorrichtung zu erfassen, und eine Schwingungsfrequenz des Riemens zu identifizieren, die beim Auftreten der Resonanz erfaßt wird, als Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens, um hierdurch die Spannung des Riemens auf der Grundlage der Resonanzschwingungsfrequenz zu ermitteln.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Spannung des Riemens auf der Grundlage der Resonanzschwingungsfrequenz entsprechend folgendem Ausdruck festgestellt:

T = K · S² × M × f².

Hierbei ist K eine Konstante, S die Erstreckungslänge des Riemens, M eine Gewichtseinheit oder Masse des Riemens, und f die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens.

In Folge der Anordnung, daß die Schwingungserregerkraft so auf den Riemen aufgebracht wird, daß die Schwingungsfrequenz kontinuierlich geändert wird, wie voranstehend geschildert, kann die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens und daher dessen Spannung mit hoher Genauigkeit und Verläßlichkeit gemessen werden, da das Meßergebnis nicht durch die Art und Weise der Aufbringung der Erregerkraft auf den Riemen manuell oder mechanisch beeinflußt wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Riemenspannungsmeßvorrichtung so ausgebildet sein, daß die Schwingungsanlegungsvorrichtung eine Signalerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Oszillationssignals aufweist, während die Frequenz des Oszillationssignals innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereiches durchgefahren wird, und eine Schwingungserregerfrequenz aufweist, die von dem durch die Signalerzeugungsvorrichtung erzeugten Oszillationssignal getrieben wird, um hierdurch eine Schwingung mit einer sich kontinuierlich über den vorbestimmten Frequenzbereich ändernden Frequenz an den sich zwischen Riemenscheiben erstreckenden Riemen anzulegen. Die Spannungsermittlungsvorrichtung stellt das Auftreten der Resonanz des Riemens fest, wenn das Amplitudensignal eine starke Änderung zeigt.

Bei der voranstehend geschilderten Ausbildung der Riemenspannungsmeßvorrichtung kann die Messung der Spannung des Riemens vollständig automatisch durchgeführt werden, da die Vorrichtung elektrisch/elektronisch ausgeführt werden kann, wodurch das Meßergebnis stabil mit hoher Reproduzierbarkeit erhalten werden kann, ohne Abweichungen von einer Messung zur nächsten.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Spannungsermittlungsvorrichtung so ausgebildet, daß sie als Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens die Frequenz des Oszillationssignals identifiziert, das von der Signalerzeugungsvorrichtung ausgegeben wird, und zwar zu dem Zeitpunkt, an welchem sich das Amplitudensignal stark ändert.

Durch die voranstehend geschilderte Anordnung kann die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens einfach mit hoher Verläßlichkeit durch Einsatz eines Rückkopplungsverfahrens erfaßt werden, das an sich bekannt ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingungsanlegungsvorrichtung so ausgebaut, daß sie einen Wandler aufweist, der zur Umwandlung des elektrischen Oszillationssignals, das von der Signalerzeugungsvorrichtung ausgegeben wird, in mechanische Schwingungen mit einer Frequenz entsprechend jener des Oszillationssignals dient, wobei die mechanische Schwingung an den Riemen über ein Schwingungsübertragungsteil angelegt wird, das in körperlicher Berührung mit dem Riemen angeordnet ist.

Durch die voranstehend geschilderte Ausbildung kann die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens verläßlich mit verbesserter Reproduzierbarkeit gemessen werden, da die Schwingungsamplitude des Riemens mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann, in Folge der wirksamen Übertragung der Schwingungserregerkraft durch das Schwingungsübertragungsteil.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingungsanlegungsvorrichtung so ausgebildet, daß sie einen Wandler zur Umwandlung des von der Signalerzeugungsvorrichtung ausgegebenen Oszillationssignals in mechanische Schwingungen aufweist, deren Frequenz jener des Oszillationssignals entspricht, wobei die mechanischen Schwingungen an den Riemen über ein Schwingungsübertragungsteil angelegt werden, das nicht in körperlicher Berührung mit dem Riemen steht.

Durch Anlegen der mechanischen Schwingungen an den Riemen auf berührungslose Weise wie voranstehend geschildert, kann die Genauigkeit der Messung der Schwingungsamplitude des Riemens und daher der Resonanzschwingungsfrequenz und der Spannung des Riemens wesentlich verbessert werden, da die träge Masse des Schwingungsübertragungsteils im wesentlichen keinen Einfluß auf den Riemen hat.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Schwingungsübertragungsteil aus einem Drucksensor bestehen, der als Schwingungsamplituden-Erfassungsvorrichtung dient.

Durch das Vorsehen des Drucksensors, der zusätzlich als das mechanische Schwingungsübertragungsteil dient, kann der Aufbau der Steuer- oder Regelvorrichtung vereinfacht werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingungsamplituden-Erfassungsvorrichtung so ausgebildet, daß sie ein Drucksensorelement aufweist, das in Berührung mit dem Riemen angeordnet ist.

Durch eine derartige Anordnung des Drucksensorelements in Berührung mit dem Riemen kann die Schwingungsamplitude des Riemens mit hoher Verläßlichkeit selbst dann erfaßt werden, wenn die an den Riemen angelegte Schwingungserregerkraft nur eine geringe Größe aufweist, was wiederum dazu führt, daß die Riemenspannungsmeßvorrichtung kostengünstig hergestellt werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingungsamplituden-Erfassungsvorrichtung so ausgebildet, daß sie ein Sensorelement aufweist, das nicht in Berührung mit dem Riemen steht.

Bei der voranstehend geschilderten Ausbildung können die Schwingungsamplitude und die Frequenz des Riemens mit erhöhter Genauigkeit gemessen werden, da die Masse des Sensorelements keinen Einfluß auf das Schwingungsverhalten des Riemens hat.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Sensorelement durch einen Schwingungsbeschleunigungssensor gebildet, der an den Riemen angeklemmt ist, um die Beschleunigung der Schwingungen des Riemens zu erfassen.

Mit der voranstehend geschilderten Ausbildung kann eine Änderung der Schwingungsamplitude des Riemens als deutliche Änderung eines Beschleunigungssignals gemessen werden, welches von dem Schwingungsbeschleunigungssensorelement ausgegeben wird, wodurch die Resonanzschwingungsfrequenz schnell erfaßt werden kann.

In diesem Fall sollte allerdings die Masse des Beschleunigungssensors so klein wie möglich sein, so daß das Schwingungsverhalten des Riemens durch das Sensorelement nicht beeinflußt wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Schwingungserregervorrichtung eine pneumatische Vorrichtung zum Anlegen von Luftströmen an den Riemen in vorbestimmten Zeitintervallen periodisch mit variabler Frequenz aufweisen.

In Folge einer berührungslosen Aufbringung der Schwingungserregerkraft auf den Riemen können die Messung der Schwingungsamplitude des Riemens und daher der Resonanzschwingungsfrequenz und der Spannung des Riemens mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Darüber hinaus kann das Ausgangssignal der Schwingungsamplituden-Erfassungsvorrichtung auf die Schwingungsanlehnungsvorrichtung zurückgekoppelt werden, um die Schwingungen, in welche der Riemen versetzt wird konstant auf der Resonanzfrequenz zu halten.

Dadurch, daß der Riemen für einen gewünschten Zeitraum wie voranstehend geschildert auf der Resonanzfrequenz gehalten wird, können die Verläßlichkeit und auch Genauigkeit der Messung der Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens und daher dessen Spannung noch weiter vergrößert werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Messung der Spannung eines Riemens im gespannten Zustand.

Gemäß einer zweiten Zielrichtung der Erfindung wird daher ein Verfahren zur Messung der Spannung eines Riemens in einem gespannten Zustand zur Verfügung gestellt, wobei folgende Schritte vorgesehen sind: Anlegen einer Schwingung an den Riemen mit einer Frequenz, die sich innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs ändert, der eine Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens enthält, Erfassen der Schwingungsamplitude des Riemens zur Ausgabe eines entsprechenden Amplitudensignals, und Erfassung des Auftretens einer Resonanz des Riemens auf der Grundlage der erfaßten Amplitude, und Identifizieren einer Schwingungsfrequenz des Riemens, die beim Auftreten der Resonanz erfaßt wird, als Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens, um so die Spannung des Riemens auf der Grundlage der Resonanzschwingungsfrequenz zu bestimmen.

Bei dem Riemenspannungsmeßverfahren, welches voranstehend geschildert wurde, wird die Spannung des Riemens auf der Grundlage der Resonanzschwingungsfrequenz entsprechend folgendem Ausdruck bestimmt:

T = K · S² × M × f².

K ist hierbei eine Konstante, S die Spannlänge des Riemens, M eine Gewichtseinheit oder Masse des Riemens, und f die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens.

Selbstverständlich können mit dem voranstehend geschilderten Verfahren, ohne daß dies erneut erläutert werden muß, die selben vorteilhaften Wirkungen erzielt werden, wie sie bereits voranstehend erläutert wurden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Riemenspannungsmeßvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Amplitude und der Frequenz eines Riemens innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches, der die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens abdeckt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Riemenspannungsmeßvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines konventionellen, vorbekannten Verfahrens zur Messung der Spannung eines Riemens, welcher Riemenscheiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges umschlingt;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren konventionellen Verfahrens zur Messung der Spannung eines Riemens, der Riemenscheiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs umschlingt.

In der folgenden Beschreibung werden mit gleichen Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnet.

Ausführungsform 1

Fig. 1 zeigt schematisch die Gesamtanordnung einer Riemenspannungsmeßvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 4 gleiche oder entsprechende Bauteile bezeichnen. In Fig. 1 ist ein Signalgenerator 10, der eine Signalerzeugungsvorrichtung darstellt, so ausgebildet, daß er kontinuierlich schwingt, um ein Oszillationssignal zu erzeugen, bei welchem eine Frequenz durchgefahren (also kontinuierlich variiert) wird, innerhalb eines Frequenzbereiches von f₁ bis f₂, wie in Fig. 2 gezeigt ist, wodurch ein Oszillationssignal zur Erregung eines Riemens 3 mit einer kontinuierlich sich ändernden Frequenz die als Schwingungserregungsfrequenz bezeichnen wird) erhalten wird, welches dann von einem Leistungsverstärker 11 verstärkt wird.

Das von dem Leistungsverstärker 11 ausgegebene, verstärkte Frequenzsignal wird an einen elektromagnetischen Magnetspulwandler SV angelegt, der einen Schwingungsanlegungsmechanismus bildet, über einen Kabelbaum 17, so daß hierdurch eine Umwandlung in eine Schwingungserregerkraft zur Erregung der Schwingungen des Riemens 3 erfolgt. Der Magnetspulwandler SV weist eine Magnetspulwicklung 12 auf, die so ausgebildet ist, daß sie alternierend und wiederholt mit Energie versorgt beziehungsweise nicht versorgt wird, entsprechend der Frequenz des von den Leistungsverstärker 11 ausgegebenen Signals, einen Kolben 13, der auf die abwechselnde Stromversorgung der Magnetspulwicklung 12 damit reagiert, daß er in Längsrichtung hin- und herschwingt mit einem Hub innerhalb eines Bereiches, der durch die Federkraft einer Feder 14 begrenzt wird, um hierdurch eine Schwingungserregerkraft auf den Riemen 3 aufzubringen, sowie einen Drucksensor 15, der an einer Spitze des Kolbens 13 so angebracht ist, daß er gegen den Riemen 3 anliegt. Der Drucksensor 15 erfährt eine rücktreibende Kraft von dem Riemen 3 während dessen Schwingung. Daher wird der auf den Riemen 3 aufgebrachte Druck auf den Sensor 15 erfaßt. Hieraus wird deutlich, daß sich der von dem Drucksensor 15 gemessene Druck in Abhängigkeit von der Schwingungsamplitude des Riemens 3 ändert. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, daß der Drucksensor 15 durch ein Bauteil zum Umwandeln des Drucks in ein entsprechendes Spannungssignal gebildet werden kann, beispielsweise ein piezoelektrisches Sensorelement.

Das Ausgangssignal des Drucksensors 15 wird zum Signalgenerator 10 über eine Leitung 16 zurückgekoppelt. Durch die Rückkopplung des Ausgangssignals des Drucksensors 15 ist es möglich, unterscheidbar und deutlich die Signalfrequenz zu erfassen, die vom Drucksensor 15 bei Auftreten der Resonanz des Riemens 3 ausgegeben wird. Zu diesem Zweck wird die Signalfrequenz, die von dem Signalgenerator 10 bei Erfassung der Resonanz des Riemens 3 erzeugt wird, in einen Microcomputer eingegeben, der in einem Testgerät 18 vorhanden ist, welches allgemein bei dem Kraftfahrzeug zu dem Zweck vorgesehen ist, eine Diagnose des Betriebs des Kraftfahrzeugs oder von dessen Brennkraftmaschinensystem in Bezug auf das Auftreten eines nicht normalen Betriebszustandes oder Fehlers durchzuführen, wobei der Microcomputer so programmiert ist, daß er arithmetisch die Spannung T des Riemens 3 auf der Grundlage der Resonanzsignalfrequenz bestimmt, die eingegeben wird, entsprechend dem voranstehend geschilderten Ausdruck (1).

Nunmehr erfolgt eine Beschreibung des Betriebs der Riemenspannungsmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung. Der Magnetspulwandler SV ist ortsfest an einem festen Ort in enger Nachbarschaft zu Riemen 3 angeordnet, um eine Schwingung mit sehr kleiner Amplitude an den Riemen 3 anzulegen, wobei die voranstehend erwähnte Position so ausgewählt ist, daß der Kolben 13 in Kontakt mit dem Riemen 3 über den dazwischen angebrachten Drucksensor 15 unter geringem Berührungsdruck gebracht wird, der vorher festgelegt wird. Um den Kolben 13 dazu zu veranlassen, eine Schwingungserregerfrequenz an den Riemen 3 mit periodischer Erregung einer kontinuierlich variablen Schwingung anzulegen, wird das Ausgangssignal des Signalgenerators 10 der Magnetspulwicklung 12 mit kontinuierlich sich ändernder Frequenz oder mit einer entsprechenden Periodizität der Erregung zugeführt. Hierbei ist der Bereich, in welchem die Frequenz des Oszillationssignals, das von dem Signalgenerator 10 erzeugt wird, sich kontinuierlich ändern kann, durch einen unteren Grenzfrequenzwert f₁ und einen oberen Grenzfrequenzwert f₂ festgelegt, wie in dem Amplituden- Frequenzdiagramm von Fig. 2 gezeigt ist. Der voranstehend erwähnte Frequenzbereich kann vorher experimentell bestimmt werden, so daß die Resonanzschwingungsfrequenz des betreffenden Riemens abgedeckt werden kann.

Das von dem Signalgenerator 10 ausgegebene Oszillationssignal wird an die Magnetspulwicklung 12 des Magnetspulwandlers SV über den Kabelbaum 17 angelegt, nachdem es von dem Leistungsverstärker 11 verstärkt wurde. Die Magnetspulwicklung 12 wird dann abwechselnd unter Strom gesetzt und stromlos gemacht, und zwar wiederholt entsprechend der Frequenz des an sie angelegten Signals, um hierdurch den Kolben 13 dazu zu veranlassen, in Hin- und Herrichtung in Bezug auf den Riemen 3 innerhalb eines Hubbereiches zu schwingen, der durch die Federkraft der Feder 14 begrenzt wird.

Auf diese Weise legt der Kolben 13 an den Riemen 3 die Schwingungserregerkraft mit kleiner Amplitude über den Drucksensor 15 an, wobei die Schwingungserregerfrequenz kontinuierlich variiert wird. Beim allmählichen Anstieg der Schwingungserregerfrequenz von dem unteren Grenzfrequenzwert f₁ zum oberen Grenzfrequenzwert f₂, wie in Fig. 2 gezeigt, zeigt die Schwingungsamplitude des Riemens 3 eine deutliche und steile Erhöhung bei einer Resonanzfrequenz f_R, bei welcher der Riemen 3 in Resonanz gerät, unter der Bedingung, daß eine derartige Resonanzfrequenz f_R in dem Frequenzbereich liegt, der durch die in Fig. 2 gezeigte untere beziehungsweise obere Frequenz f₁ beziehungsweise f₂ begrenzt ist. Ein derartiger Resonanzzustand des Riemens 3 tritt auf, wenn die Schwingungserregerfrequenz mit der Resonanzschwingungsfrequenz (anders ausgedruckt: der charakteristischen oder richtigen Frequenz) des Riemens 3 übereinstimmt.

Der Drucksensor 15 erfaßt die Brücke entsprechend den Schwingungsamplituden unter Rückstoß durch den Riemen 3, der mit einer Frequenz innerhalb des Bereichs zwischen dem unteren Grenzfrequenzwert f₁ und dem oberen Grenzfrequenzwert f₂ schwingt, wobei das Ausgangssignal des Drucksensors 15 über den Kabelbaum 16 auf den Signalgenerator 10 zurückgekoppelt wird. Wenn der Riemen 3 in den Resonanzzustand bei einer vorbestimmten Schwingungserregerfrequenz f_R (Resonanzfrequenz) gelangt, wobei sich die Schwingungsamplitude deutlich ändert, wird die Resonanzfrequenz f_R als Resonanzschwingungsfrequenz f des Riemens aus dem Druckerfassungssignal ausgelesen, das von dem Drucksensor 15 auf den Signalgenerator 10 zurückgekoppelt wird.

Die ausgelesene Signalfrequenz f_R wird in einen Microcomputer eingegeben, der in dem Testgerät 18 vorgesehen ist, und so programmiert ist, daß er arithmetisch die Spannung T des Riemens 3 auf der Grundlage der natürlichen oder Resonanzfrequenz entsprechend dem voranstehend geschilderten Ausdruck (1) bestimmt. Der Microcomputer dient daher auch als Riemenspannungsarithmetikvorrichtung. Auf diese Weise kann die Spannung T des Riemens 3 mit hoher Reproduzierbarkeit gemessen werden, ohne durch die Art und Weise des Anlegens der Schwingungen an den Riemen 3 beeinflußt zu werden, was einen deutlichen Unterschied zu den konventionellen Vorrichtungen darstellt, die voranstehend beschrieben wurden.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß der Signalgenerator 10 so ausgebildet sein kann, daß er eine Oszillationsfrequenzdurchlauffunktion in Reaktion auf das Druckerfassungssignal anhält, das von dem Drucksensor 15 ausgegeben wird, nach Auftreten einer Resonanz in dem Riemen 3, um hierdurch die Oszillationsfrequenz auf der Resonanzfrequenz festzuhalten, um die Identifizierung der Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens 3 zu erleichtern.

Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, ist es gemäß der erfindungsgemäßen Lehre möglich, die bei der erläuterten Ausführungsform verwirklicht wird, die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens 3 einfach dadurch zu messen, daß die Frequenz (Resonanzfrequenz) ausgelesen wird, bei welcher die Schwingungsamplitude des Riemens zunimmt, oder sich steil und deutlich ändert, in Folge der Anordnung, daß der Riemen dadurch in den Schwingungszustand versetzt wird, daß eine Schwingungserregerkraft angelegt wird, deren Frequenz kontinuierlich geändert werden kann, statt eine einzelne Beaufschlagung mit einer pulsartigen Kraft vorzunehmen. Daher kann die Spannung des Riemens mit hoher Genauigkeit gemessen werden, ohne durch die Art und Weise des Aufbringens der Schwingungserregerkraft an den Riemen beeinflußt zu werden, wie dies bislang bei den voranstehend geschilderten, bekannten Riemenspannungsmeßvorrichtungen der Fall war. Darüber hinaus lassen sich die Meßdaten ohne nennenswerte Änderungen von einer Messung zur anderen reproduzieren, wodurch die Verläßlichkeit der Riemenspannungsmessung wesentlich verbessert werden kann. Daher wird durch die vorliegende Erfindung eine verbesserte Riemenspannungsmeßvorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher eine hohe Genauigkeit und Verläßlichkeit der Messung der an den Riemen angelegten Spannung möglich ist.

Ausführungsform 2

Bei der voranstehend geschilderten Riemenspannungsmeßvorrichtung ist der Kolben 13 an der Spitze beziehungsweise am Ende des Kolbens 13 angeordnet. Statt einer derartigen Anordnung kann allerdings auch ein Beschleunigungssensor 19 direkt an den Riemen 3 angeklemmt werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist, soweit das Beschleunigungssensorelement 19 eine ausreichend geringe Masse aufweist, die nicht die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens 3 beeinträchtigt. Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Riemenspannungsmeßvorrichtung, bei welcher die Schwingungen des Riemens 3 durch einen derartigen Beschleunigungssensor 19 erfaßt werden, der direkt an den Riemen 3 angeklemmt ist. Hierbei ist der Beschleunigungssensor so ausgelegt, daß er ein Signal ausgibt, welches eine Rückstellkraft F des Riemens 3 repräsentiert, die durch die Beschleunigung der Schwingungen bestimmt wird, und an sich bekannt ist.

Beim Betrieb der Riemenspannungsmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, nimmt dann, wenn eine Resonanz in dem Riemen 3 auftritt, die Schwingungsamplitude steil und außergewöhnlich zu, wodurch die Beschleunigung der Schwingung des Riemens 3 entsprechend ansteigt, was dazu führt, daß der Beschleunigungssensor 19 ein Signal auf höherem Pegel oder mit größerer Amplitude ausgibt, verglichen mit dem Signal, das in dem Zustand ohne Resonanz erzeugt wird. Daher kann der Signalgenerator 10 so ausgebildet sein, daß er die Signalfrequenz des Signals auf hohem Pegel, das von dem Beschleunigungssensor 19 zurückgekoppelt wird, als die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens 3 erfaßt, wobei sein Ausgangssignal die Resonanzschwingungsfrequenz angibt, die dem Testgerät 18 zugeführt wird.

Ausrührungsform 3

Wie voranstehend erwähnt ist es nicht erwünscht, daß der direkt an den Riemen 3 angeklemmte Schwingungssensor dessen Resonanzschwingungsfrequenz beeinflußt. Daher wird gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, die Schwingungen des Riemens unter Verwendung eines Sensors zu erfassen, der berührungslos in enger Nachbarschaft des Riemens 3 angeordnet ist. Zu diesem Zweck kann ein Wandler wie beispielsweise ein Mikrofon dazu verwendet werden, den Schwingungsamplitudenpegel auf der Grundlage einer Änderung des Schalldruckpegels zu erfassen. In diesem Fall sollte der Wandler an einem Ort angeordnet sein, der am geeignetsten dazu ist, die Schwingungsamplitude des Riemens 3 zu erfassen. Eine derartige Position kann experimentell festgestellt werden.

Ausführungsform 4

Bei der Riemenspannungsmeßvorrichtung gemäß den vorherigen Ausführungsformen wird der Erregermechanismus zum Anlegen von Schwingungen an den Riemen 3 durch den Magnetspulwandler SV gebildet, der den hin- und herbeweglichen Kolben aufweist, der in direkter Berührung mit dem Riemen 3 steht. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, einen Schwingungserregermechanismus einzusetzen, der berührungslos die Erregerkraft an den Riemen 3 anlegen kann.

Als derartiger Schwingungserregermechanismus läßt sich ein Mechanismus zum Anlegen von Hochdruck-Luftdüsenstrahlen an den Riemen 3 intermittierend und periodisch über ein biegsames Rohr verwenden. Genauer gesagt kann dadurch, daß das Zeitintervall oder die Frequenz kontinuierlich variiert wird, mit welchem beziehungsweise welcher der Hochdruck- Luftdüsenstrahl an den Riemen 3 angelegt wird, die Erregerfrequenz kontinuierlich variabel ausgebildet werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. In diesem Fall kann der Drucksensor entweder in Berührung mit dem Riemen 3 stehen, oder als berührungsloser Sensor ausgebildet sein. Diese Anordnung ist in der Hinsicht vorteilhaft, daß die Schwingungserregerkraft an den Riemen 3 angelegt werden kann, ohne durch Geräte und Vorrichtungen gestört zu werden, die außerhalb des Riemens 3 angeordnet sind.

Abänderungen

Aus der ins einzelne gehenden voranstehenden Beschreibung werden zahlreiche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung deutlich, und daher sollen die beigefügten Patentansprüche alle derartigen Merkmale und Vorteile des Systems umfassen, die innerhalb des wahren Wesens und Umfangs der Erfindung liegen, welche sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben. Da Fachleuten auf diesem Gebiet zahlreiche Abänderungen und Kombinationen auffallen werden, soll darüber hinaus die Erfindung nicht auf genau den Aufbau beziehungsweise die Betriebsweise beschränkt sein, die voranstehend erläutert und geschildert wurden.

Zwar wurde beispielsweise die Erfindung im Zusammenhang mit einer Riemenspannungsmeßvorrichtung für einen Riemen geschildert, der Riemenscheiben umschlingt, beispielsweise Riemenscheiben eines Riemen/Riemenscheibengetriebes, das zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist, jedoch läßt sich selbstverständlich die Erfindung auch bei der Messung der Spannungen verschiedener anderer Riemen anwenden, beispielsweise von Förderriemen oder dergleichen, bei welchen eine Messung der Spannung des Riemens im allgemeinen gewünscht wird. Die Vorrichtung zur arithmetischen Bestimmung der Spannung des Riemens auf der Grundlage des Ausgangssignals des Sensors soll daher nicht auf einen Microcomputer beschränkt sein, der in der Diagnosetestvorrichtung des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, sondern es kann auch ein anderer Microcomputer verwendet werden, der für diesen Zweck ausgebildet ist. Darüber hinaus läßt sich das Anlegen der Erregungsschwingung an den Riemen dadurch durchführen, daß ein Ultraschallsensor verwendet wird, der in Berührung mit dem Riemen oder berührungslos angeordnet ist.

Es lassen sich daher alle geeigneten Abänderungen und Äquivalente einsetzen, die innerhalb des Wesens und Umfangs der Erfindung liegen.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Spannung eines Riemens in einem gespannten Zustand, mit:

- Einer Schwingungsanlegevorrichtung zum Anlegen einer Schwingung an den Riemen mit einer Frequenz, die sich innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches ändert, der die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens abdeckt;
- einer Schwingungsamplitudenerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Amplitude der Schwingungen des Riemens, und um ein entsprechendes Amplitudensignal auszugeben;
- einer Spannungsermittlungsvorrichtung zur Erfassung des Auftretens einer Resonanz des Riemens auf der Grundlage des Ausgangssignals der Schwingungsamplitudenerfassungsvorrichtung, und zum identifizieren einer Schwingungsfrequenz des Riemens, die beim Auftreten der Resonanz erfaßt wird, als Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens, um hierdurch die Spannung des Riemens auf der Grundlage der Resonanzschwingungsfrequenz zu bestimmen.

2. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Riemens auf der Grundlage der Resonanzschwingungsfrequenz entsprechend folgendem Ausdruck bestimmt wird: T = K · S² × M × f²wobei K eine Konstante ist, S eine Spannlänge des Riemens, M eine Gewichtseinheit oder Masse des Riemens, und f die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens.

3. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanlegungsvorrichtung eine Signalerzeugungsvorrichtung aufweist, um ein Oszillationssignal zu erzeugen, während die Frequenz des Oszillationssignals innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereiches durchgefahren wird, und eine Schwingungserregungsvorrichtung aufweist, die von den Oszillationssignalen getrieben wird, die von der Signalerzeugungsvorrichtung erzeugt werden, um hierdurch eine Schwingung mit einer Frequenz, die sich kontinuierlich innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereiches ändert, an den zwischen Riemenscheiben gespannten Riemen anzulegen, wobei die Spannungsermittlungsvorrichtung das Auftreten der Resonanz des Riemens erfaßt, wenn sich das Amplitudensignal stark ändert.

4. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsermittlungsvorrichtung als die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens eine Frequenz des Oszillationssignals identifiziert, das von der Signalerzeugungsvorrichtung zu einem Zeitpunkt ausgegeben wird, wenn sich das Amplitudensignal stark ändert.

5. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanlegungsvorrichtung einen Wandler zum Umwandeln des Oszillationssignals, das von der Signalerzeugungsvorrichtung ausgegeben wird, in mechanische Schwingungen mit einer Frequenz entsprechend jener des Oszillationssignals aufweist, wobei die mechanische Schwingung an den Riemen durch ein Schwingungsübertragungsteil angelegt wird, das in körperlicher Berührung mit dem Riemen angeordnet ist.

6. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanlegungsvorrichtung einen Wandler zum Umwandeln des Oszillationssignals aufweist, das von der Signalerzeugungsvorrichtung ausgegeben wird, in mechanische Schwingungen einer Frequenz, die jener des Oszillationssignals entspricht, wobei die mechanische Schwingung an den Riemen durch ein Schwingungsübertragungsteil angelegt wird, das nicht in körperlicher Berührung mit dem Riemen steht.

7. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsübertragungsteil durch einen Drucksensor gebildet wird, der als die Schwingungsamplitudenerfassungsvorrichtung dient.

8. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplitudenerfassungsvorrichtung ein Drucksensorelement aufweist, das in Berührung mit dem Riemen angeordnet ist.

9. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsamplitudenerfassungsvorrichtung ein Sensorelement aufweist, das nicht in Berührung mit dem Riemen angeordnet ist.

10. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement durch einen Schwingungsbeschleunigungssensor gebildet wird, der an den Riemen angeklemmt ist, um die Beschleunigung der Schwingung des Riemens zu erfassen.

11. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungserregungsvorrichtung durch eine pneumatische Vorrichtung zum Anlegen von Luftströmen an den Riemen in einem vorbestimmten Zeitintervall periodisch mit variabler Frequenz gebildet wird.

12. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Schwingungsamplitudenerfassungsvorrichtung auf die Schwingungsanlegungsvorrichtung zurückgekoppelt wird, um die Schwingungen des Riemens konstant auf der Resonanzfrequenz zu halten.

13. Riemenspannungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanlegungsvorrichtung aufweist:

- Einen Signalgenerator mit variabler Frequenz und einen elektromagnetischen Wandler zum Umwandeln des Ausgangssignals des Signalgenerators mit variabler Frequenz in eine mechanische Schwingung, die auf den Riemen durch einen Kolben übertragen wird, der innerhalb des Wandlers so angeordnet ist, daß er in Reaktion auf das Signal mit variabler Frequenz hin- und herbeweglich ist, wobei der Hub des Kolbens durch eine Feder begrenzt wird;
- einen Drucksensor, der an einer Spitze des Kolbens angebracht ist, so daß er in Berührung mit dem Riemen steht, um die mechanische Schwingung an den Riemen anzulegen, und dessen Schwingungen zu erfassen, um auf diese Weise ein Signal auszugeben, dessen Amplitude sich in Abhängigkeit von der Größe der Schwingung ändert.

14. Verfahren zur Messung der Spannung eines Riemens in gespanntem Zustand, mit folgenden Schritten:

- Anlegung einer Schwingung an den Riemen mit einer Frequenz, die sich innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches ändert, die einen Resonanzschwingungsfrequenzbereich abdeckt, der die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens enthält;
- Erfassung der Amplitude der Schwingungen des Riemens und entsprechende Ausgabe eines entsprechenden Amplitudensignals;
- Erfassung des Auftretens einer Resonanz des Riemens auf der Grundlage der erfaßten Amplitude, und Identifizieren einer Schwingungsfrequenz des Riemens, die beim Auftreten der Resonanz erfaßt wird, als Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens, um hierdurch die Spannung des Riemens auf der Grundlage der Resonanzschwingungsfrequenz zu bestimmen.

15. Riemenspannungsmeßverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Riemens auf der Grundlage der Resonanzschwingungsfrequenz auf der Grundlage folgenden Ausdrucks bestimmt wird: T = K · S² × M × f²wobei K eine Konstante ist, S die Spannlänge des Riemens, M eine Gewichtseinheit oder Masse des Riemens und f die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens.