DE102019108569A1 - Device for monitoring the state of a traction device in a traction mechanism - Google Patents

Device for monitoring the state of a traction device in a traction mechanism Download PDF

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Eduard Beresch
Maik Schueler
Oliver Zierden
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Zustands eines Zugmittels (4) bei einem eine Antriebsscheibe (3) sowie eine Abtriebsscheibe (5) umfassenden Zugmittelgetriebe, wobei die Überwachung die folgenden Verfahrensschritte umfasst:- Ermitteln eines auf die Antriebsscheibe bezogenen ersten Drehzahlverlaufs (n1) sowie eines auf die Abtriebsscheibe bezogenen zweiten Drehzahlverlaufs (n2);- Durchführen einer Ungleichförmigkeitsanalyse durch Vergleich beider Drehzahlverläufe miteinander zur Bestimmung des Isolationsgrads des Zugmittelgetriebes;- Vergleichen des ermittelten Isolationsgrads mit einem vordefinierten Schwellwert (s1; s2) zur Beurteilung des aktuellen Verschleißzustands des Zugmittels; wobei die Einrichtung umfasst:- einen ersten Drehzahlsensor (8) zur Messung des ersten Drehzahlverlaufs;- sowie einen zweiten Drehzahlsensor (9) zur Messung des zweiten Drehzahlverlaufs;- eine Analyseeinheit (10) zur Durchführung der Ungleichförmigkeitsanalyse durch Vergleich beider Drehzahlverläufe miteinander zwecks Bestimmung des Isolationsgrads und zur Durchführung des anschließenden Schwellwertvergleichs;- eine Ausgabeeinheit (11) zur direkten Anzeige oder Bereitstellung eines Signals für einen kritischen Verschleißzustand des Zugmittels.The invention relates to a device for monitoring the state of a traction device (4) in a traction mechanism comprising a drive pulley (3) and a driven pulley (5), wherein the monitoring comprises the following method steps: - determining a first speed curve (n1) related to the drive pulley and a second speed curve (n2) related to the driven pulley, - performing a nonuniformity analysis by comparing the two speed curves with each other to determine the degree of isolation of the traction mechanism transmission, - comparing the determined degree of isolation with a predefined threshold value (s1, s2) for assessing the current state of wear of the traction device; wherein the device comprises: - a first speed sensor (8) for measuring the first speed curve, - a second speed sensor (9) for measuring the second speed curve, - an analysis unit (10) for carrying out the nonuniformity analysis by comparing both speeds with one another for determining the speed - an output unit (11) for directly displaying or providing a signal for a critical state of wear of the traction means.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Verschleißzustands eines Zugmittels eines eine Antriebsscheibe sowie eine Abtriebsscheibe umfassenden Zugmittelgetriebes.The present invention relates to a device for monitoring the state of wear of a traction means of a drive pulley and a driven pulley comprehensive traction mechanism.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf die Antriebstechnik, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, beispielsweise Nutzfahrzeugen. Zugmittelgetriebe der hier interessierenden Art kommen dort beispielsweise zum Antrieb von Nebenaggregaten durch einen Verbrennungsmotor zum Einsatz. So lässt sich beispielsweise ein elektrischer Generator zur Bordspannungsversorgung über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors antreiben, indem eine dieser zugeordneten Antriebsscheibe über einen Keilriemen als Zugmittel mit einer dem Nebenaggregat zugeordneten Abtriebsscheibe gekoppelt ist. Das Zugmittel stellt ein Verschleißteil dar, welcher ab Erreichen einer durch Abrieb, Längung und Änderung der Materialeigenschaften hervorgerufenen Verschleißgrenze oder nach Beschädigung auszutauschen ist. Die vorliegende Erfindung widmet sich allerdings nicht allein der Überwachung des Verschleißzustands von Zugmitteln zum Nebenaggregatantrieb bei Kraftfahrzeugen, sondern kann auch bei anderen Zugmittelgetrieben zur vorausschauenden Zustandsüberwachung im Sinne eines sogenannten Condition Monitoring verwendet werden.The field of application of the invention extends to drive technology, in particular in motor vehicles, for example commercial vehicles. Traction mechanism of the type of interest here come there, for example, to drive ancillaries by an internal combustion engine for use. Thus, for example, an electric generator for the on-board power supply can be driven via the crankshaft of the internal combustion engine by a drive pulley associated therewith being coupled via a V-belt as traction means to an output pulley associated with the auxiliary unit. The traction means is a wearing part, which is to be replaced after reaching a caused by abrasion, elongation and change in the material properties wear limit or after damage. However, the present invention is not dedicated solely to the monitoring of the state of wear of traction means for accessory drive in motor vehicles, but can also be used in other traction mechanisms for predictive condition monitoring in the sense of a so-called condition monitoring.

Aus der DE 10 2015 114 934 A1 geht ein Verfahren zum Abschätzen eines Lebensdauer-Endes eines insbesondere Zahnriemens hervor, der ein Drehmoment zwischen zwei rotierenden Komponenten eines Zugmittelgetriebes überträgt. Hierbei werden eine Vielzahl von Riemenparametern während des Lebenszyklus des Zugmittels überwacht, woraus ein momentaner Schadensfaktor des Zugmittels auf der Basis dieser Vielzahl von Riemenparametern bestimmt wird. Das Lebensdauer-Ende des Zugmittels wird schließlich auf der Basis des momentanen Schadensfaktors abgeschätzt. Als Riemenparameter kommen hierbei die Rotationsgeschwindigkeit, Belastungsdaten sowie die Temperatur des Zugmittels in Betracht. Zwar schafft dieser Mix verschiedenartiger Riemenparameter eine gewisse Prognosesicherheit über das Lebensdauer-Ende des Zugmittels, allerdings ist die für die Erfassung erforderliche entsprechend verschiedenartige Sensorik sowie deren aufeinander abgestimmte Signalverarbeitung wegen der komplexen physikalischen Zusammenhänge recht aufwendig.From the DE 10 2015 114 934 A1 is a method for estimating a life end of a particular toothed belt out, which transmits a torque between two rotating components of a Zugmittelgetriebes. Here, a plurality of belt parameters are monitored during the life cycle of the traction means, from which a momentary damage factor of the traction means is determined on the basis of these plurality of belt parameters. The life end of the traction means is finally estimated on the basis of the instantaneous damage factor. As belt parameters here are the rotational speed, load data and the temperature of the traction means into consideration. Although this mix of different types of belt parameters provides a certain degree of predictive certainty over the end of life of the traction device, the sensor technology required for the detection as well as their coordinated signal processing are rather expensive because of the complex physical relationships.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Überwachung des Verschleißzustands eines Zugmittels bei einem Zugmittelgetriebe zu schaffen, welche mit geringem technischen Aufwand eine hohe Prognosesicherheit hinsichtlich des aktuellen Verschleißzustands des Zugmittels ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a device for monitoring the state of wear of a traction device in a traction mechanism, which allows low technical complexity high predictability with respect to the current state of wear of the traction device.

Die Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.The object is solved by the claim 1.

Die Erfindung schließt die Lehre ein, dass zur Überwachung des Verschleißzustands eines Zugmittels zunächst ein auf die Antriebsscheibe bezogener erster zeitlicher Drehzahlverlauf sowie ein auf die Abtriebsscheibe bezogener zweiter zeitlicher Drehzahlverlauf ermittelt und bereitgestellt wird. Anschließend wird eine Ungleichförmigkeitsanalyse durch einen Vergleich beider Drehzahlverläufe durchgeführt, um den Isolationsgrad des Zugmittelgetriebes zu bestimmen. Der Isolationsgrad wird als Indikator für den aktuellen Zustand verwendet, indem durch einen nachfolgenden Vergleich des ermittelten Isolationsgrads des Zugmittelgetriebes mit mindestens einem vordefinierten Schwellwert der aktuelle Verschleißzustand des Zugmittels beurteilt wird.The invention includes the teaching that, for monitoring the state of wear of a traction means, a first temporal rotational speed profile related to the drive pulley and a second time rotational speed profile related to the driven pulley are first determined and provided. Subsequently, a non-uniformity analysis is performed by comparing both speed curves to determine the degree of isolation of the traction mechanism. The degree of isolation is used as an indicator for the current state, in that the current state of wear of the traction means is assessed by a subsequent comparison of the determined degree of isolation of the traction mechanism with at least one predefined threshold value.

Mit anderen Worten geht die erfindungsgemäße Lösung von der Erkenntnis aus, dass sich der aktuelle Zustand eines Zugmittels hinreichend zuverlässig über die Veränderung des Isolationsgrads beurteilen lässt. Erfindungsgemäß wird daher die Veränderung des Isolationsgrads, also dem Verhältnis der Drehungleichförmigkeiten von Antriebs- zur Abtriebsseite, ausgewertet. In der Schwingungstechnik stellt der Isolationsgrad den Wirkungsgrad dar, der mittels Schwingungsisolierung gedämpft wird. Somit wird nicht direkt der Verschleiß gemessen, sondern es wird im Wesentlichen die Veränderung der Elastizität über die Lebenszeit betrachtet. Der Verschleiß ist dabei nur eine für die Lebensdauer maßgebliche Größe. Auch Änderungen des Materials, Risse darin oder sogenannte Litzenbrüche werden automatisch mit erfasst. Versuche haben ergeben, dass eine Auswertung des Isolationsverhaltens des Zugmittelgetriebes eine zuverlässige Auskunft über den Zustand des Zugmittels zwecks Condition Monitoring ermöglicht.In other words, the solution according to the invention is based on the knowledge that the current state of a traction device can be assessed with sufficient reliability by the change in the degree of isolation. According to the invention, therefore, the change in the degree of isolation, ie the ratio of rotational irregularities of the drive to the output side, evaluated. In vibration technology, the degree of isolation represents the efficiency that is damped by vibration isolation. Thus, the wear is not measured directly, but essentially the change in elasticity over the lifetime is considered. The wear is only a decisive for the life size. Also changes of the material, cracks in it or so-called strand breaks are automatically detected. Experiments have shown that an evaluation of the insulation behavior of the traction mechanism allows reliable information about the condition of the traction device for the purpose of condition monitoring.

Die auf dem Vergleich der Drehzahlverläufe basierende Ungleichförmigkeitsanalyse lässt sich vorzugsweise anhand von Spitze-Spitze-Werten im Schwingungsverhalten der Drehzahlverläufe durchführen. Hierdurch wird eine maximale Genauigkeit erzielt. Es ist jedoch hinreichend, den Vergleich der Drehzahlverläufe anhand der Amplituden in den Drehzahlverläufen durchzuführen.The non-uniformity analysis based on the comparison of the speed curves can preferably be carried out on the basis of peak-to-peak values in the vibration behavior of the speed profiles. This achieves maximum accuracy. However, it is sufficient to perform the comparison of the speed characteristics based on the amplitudes in the speed curves.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der signaltechnischen Auswertung wird vorgeschlagen, die Ungleichförmigkeitsanalyse durch eine mathematische Ordnungsanalyse des Schwingungsverhaltens, insbesondere bezogen auf die Ordnung der Haupterregenden, durchzuführen. Unter einer Ordnungsanalyse wird die Analyse des Schwingungsverhaltens bezogen auf die Antriebsscheibe sowie die Abtriebsscheibe des Zugmitteltriebs verstanden, bei welcher anders als bei der Frequenzanalyse der Energiegehalt der Schwingung nicht über der Frequenz, sondern über der Ordnung aufgetragen wird. Hierbei kann eine Fourier-Analyse zum Einsatz kommen, indem bei bestimmten Drehzahlen eine Fourier-Transformation durchgeführt wird. Das Spektrum wird auf Basis der aktuellen Drehzahl in ein Ordnungsspektrum umgerechnet. Besonders genaue Resultate lassen sich bei der erfindungsgegenständlichen Anwendung durch eine Ungleichförmigkeitsanalyse bezogen auf die Ordnung der Haupterregenden erzielen. Gleichwohl ist auch eine Ungleichförmigkeitsanalyse ohne Anwendung einer Ordnungsanalyse möglich.According to a preferred embodiment of the signaling evaluation, it is proposed to carry out the nonuniformity analysis by means of a mathematical order analysis of the vibration behavior, in particular with respect to the order of the main excitation. Under an order analysis, the analysis of the Understood vibration behavior relative to the drive pulley and the driven pulley of the traction drive, in which, unlike the frequency analysis, the energy content of the vibration is not plotted on the frequency, but on the order. In this case, a Fourier analysis can be used by carrying out a Fourier transformation at specific rotational speeds. The spectrum is converted into an order spectrum based on the current speed. Particularly accurate results can be achieved in the inventive application by a nonuniformity analysis based on the order of the main exciters. Nonetheless, a nonuniformity analysis is also possible without the use of order analysis.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass ein erster Schwellwert zur Festsetzung einer Alarmgrenze, die für den ermittelten Isolationsgrad definiert wird, zur Anwendung kommt, um den Bedarf eines sofortigen Austauschs des Zugmittels zu signalisieren. Dieser erste Schwellwert kennzeichnet insofern das Erreichen der Verschleißgrenze des Zugmittels, bei der unmittelbar die Gefahr eines Bauteilversagens oder Folgeschäden im Falle eines weiteren Betriebs besteht.According to a further measure improving the invention, it is proposed that a first threshold value for setting an alarm limit, which is defined for the determined degree of isolation, be used in order to signal the need for an immediate replacement of the traction means. This first threshold characterizes the achievement of the wear limit of the traction device, in which there is the immediate risk of component failure or consequential damage in the case of further operation.

Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass ein unterhalb des ersten Schwellwerts liegender zweiter Schwellwert zur Festsetzung einer Voralarmgrenze definiert wird. Bei Erreichen dieses zweiten Schwellwerts wird vorzugsweise ein Voralarm ausgelöst, welcher im Sinne einer Prognose einen baldigen Austausch des Zugmittels signalisiert. Mit Erreichen des zweiten Schwellwerts ist zwar noch ein störungsfreier Betrieb des Zugmittelgetriebes gewährleistet, durch noch zunehmende Annäherung an den ersten Schwellwert kann jedoch, insbesondere unter weiterer Berücksichtigung des Anstiegs im Zeitverlauf, rechtzeitig vor Bauteilversagen im Rahmen eines Condition Monitoring eine Wartung eingeplant werden.In addition, it is proposed that a second threshold below the first threshold be defined for setting a pre-alarm limit. Upon reaching this second threshold, a pre-alarm is preferably triggered, which signals a rapid replacement of the traction means in the sense of a prognosis. When the second threshold value is reached, trouble-free operation of the traction mechanism is still ensured, however, due to the increasing approach to the first threshold value, maintenance can be scheduled in good time before component failures occur as part of a condition monitoring, especially taking into account the increase over time.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass neben einer Analyse des Isolationsgrads des Zugmittelgetriebes beispielsweise auch der Schlupf über einen Vergleich der Drehzahldifferenzen oder auch eine Änderung der Phasenlage der Antriebsscheibe gegenüber der Abtriebsscheibe oder dergleichen bestimmt werden, um über diese weiteren aus einem Vergleich der Drehzahlverläufe resultierenden Parameter ergänzende Schlussfolgerungen über den aktuellen Verschleißzustand des Zugmittels zu ziehen. Beispielsweise deutet ein erhöhter Schlupf des Zugmittelgetriebs auf eine zunehmende Längung des Zugmittels hin, welche nur im begrenzten Maße durch eine Erhöhung der Vorspannung kompensierbar ist.According to a further measure improving the invention, it is proposed that in addition to an analysis of the degree of isolation of the traction mechanism, for example, the slip be determined via a comparison of the speed differences or a change in the phase position of the drive pulley relative to the driven pulley or the like, about this further from a comparison The speed curves resulting parameters to draw additional conclusions about the current state of wear of the traction device. For example, an increased slip of the traction mechanism indicates an increasing elongation of the traction mechanism, which can only be compensated to a limited extent by increasing the preload.

Darüber hinaus kann die Ungleichförmigkeitsanalyse der an- und abtriebsseitigen Drehzahlverläufe auch zur Überwachung des Verbrennungsprozesses eines das Zugmittelgetriebe antreibenden Verbrennungsmotors genutzt werden, da insbesondere eine antriebsseitige Drehungleichförmigkeit auf Motorfehlfunktionen hindeuten kann. Beispielsweise äußern sich Zündaussetzer als Drehungleichförmigkeiten, welche hinsichtlich einzelner Zylinder detektierbar sind. Zur Bestimmung von Zündaussetzern einzelner Zylinder kann die Ordnungsanalyse oder eine energetische Betrachtung einzelner Ordnungen genutzt werden. Auch eine Optimierung des Zündprozesses durch eine vergleichende Auswertung der Energie des Zündprozesses eines jeden Zylinders und der Weitergabe dieser Informationen an die Motorsteuerung sind möglich. Für diese Funktionalität muss jedoch insbesondere der erste, antriebsseitige Drehzahlsensor seine Winkelposition kennen. Die Information über die Winkelposition kann beispielsweise ein Encoder des Drehzahlsensors liefern.In addition, the non-uniformity analysis of the input and output side rotational speed curves can also be used to monitor the combustion process of an internal combustion engine driving the traction mechanism, since in particular a drive-side rotational nonuniformity may indicate engine malfunction. For example, misfires express themselves as rotational nonuniformities which are detectable with respect to individual cylinders. To determine misfiring of individual cylinders, the order analysis or an energetic consideration of individual orders can be used. An optimization of the ignition process by a comparative evaluation of the energy of the ignition process of each cylinder and the passing of this information to the engine control are possible. However, in particular the first, drive-side speed sensor must know its angular position for this functionality. The information about the angular position, for example, provide an encoder of the speed sensor.

Zusätzlich zu den Drehzahlen der An- und Abtriebsscheibe(n) mit optionaler Winkelpositionserkennung kann auch die Temperatur des Zugmittels sensortechnisch erfasst und genutzt werden. Unter weiterer Zuhilfenahme dieses Parameters kann entweder die Temperaturabhängigkeit des Zugmittel-Materials, beispielsweise des Elastomermaterials eines Riemens, berücksichtigt oder die Temperatur als Messtrigger gesetzt werden, um eine verbesserte Vergleichbarkeit zu gewährleisten.In addition to the rotational speeds of the input and output pulley (s) with optional angular position detection, the temperature of the traction means can also be detected and used by sensors. With the aid of this parameter, either the temperature dependence of the traction material, for example the elastomeric material of a belt, can be taken into account or the temperature can be set as a measurement trigger in order to ensure improved comparability.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Zugmittelgetriebeanordnung zum Antreiben von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors mit einer Einrichtung zur Überwachung des Verschleißzustands des Zugmittels,
  • 2 eine grafische Darstellung des Isolationsverhaltens eines Zugmittelgetriebes bezogen auf die Antriebs- sowie Abtriebsseite über deren zeitliche Drehzahlverläufe,
  • 3 eine grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Isolationsgrads bis zum Erreichen eines Schwellwerts einer Voralarmgrenze sowie eines Schwellwerts einer Alarmgrenze, und
  • 4 eine Ablaufdarstellung eines Verfahrens zur Überwachung des Verschleißzustands des Zugmittels.
Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to FIGS. It shows:
  • 1 a schematic representation of a Zugmittelgetriebeanordnung for driving ancillaries of an internal combustion engine with a device for monitoring the state of wear of the traction means,
  • 2 a graphical representation of the isolation behavior of a traction mechanism with respect to the drive and output side over their temporal speed characteristics,
  • 3 a graphical representation of the time course of the degree of isolation until reaching a threshold value of a pre-alarm limit and a threshold of an alarm limit, and
  • 4 a flowchart of a method for monitoring the state of wear of the traction means.

Gemäß 1 besteht eine Zugmittelgetriebeanordnung zum Antreiben von Nebenaggregaten eines Verbrennungsmotors 1 über dessen Kurbelwelle 2 im Wesentlichen aus einer dieser zugeordneten Antriebsscheibe 3 eines Zugmittelgetriebes in Form eines Riementriebs, welche über das Zugmittel 4 in Form eines Zahnriemens oder Poly-V-Riemens mit einer Abtriebsscheibe 5 gekoppelt ist. Die Abtriebsscheibe 5 ist an einer Antriebswelle 6 eines Nebenaggregats 7 angebracht. Das Nebenaggregat 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein elektrischer Generator zur Erzeugung einer Bordspannung für ein - hier nicht weiter dargestelltes - Kraftfahrzeug.According to 1 There is a Zugmittelgetriebeanordnung for driving ancillaries of an internal combustion engine 1 about his crankshaft 2 essentially from one of these associated drive pulley 3 a traction mechanism in the form of a belt drive, which via the traction means 4 in the form of a toothed belt or poly-V belt with a driven pulley 5 is coupled. The driven pulley 5 is on a drive shaft 6 an accessory 7 appropriate. The accessory 7 is in this embodiment, an electrical generator for generating an on-board voltage for a - not shown here - motor vehicle.

Der Antriebsscheibe 3 ist ein erster Drehzahlsensor 8 zur Messung des auf die Antriebsscheibe 3 und damit auch der Kurbelwelle 2 bezogenen Drehzahlverlaufs n1 zugeordnet. Ein zweiter Drehzahlsensor 9 dient der Messung des auf die Abtriebsscheibe 5 und damit der Drehzahl der Antriebswelle 6 des Nebenaggregats 7 bezogenen zweiten Drehzahlverlaufs n2. Die Messsignale des ersten Drehzahlverlaufs n1 sowie des zweiten Drehzahlverlaufs n2 werden einer elektronischen Analyseeinheit 10 zur Durchführung einer Ungleichförmigkeitsanalyse durch Vergleich beider Drehzahlverläufe n1 und n2 zugeführt. Die Analyseeinheit 10 bestimmt per Ordnungsanalyse den schwingungstechnischen Isolationsgrad bezüglich der An- und Abtriebsseite und führt anschließend einen Schwellwertvergleich mit mindestens einen vordefinierten Schwellwert, der eine Verschleißgrenze kennzeichnet, durch.The drive pulley 3 is a first speed sensor 8th for measuring the on the drive pulley 3 and thus also the crankshaft 2 related speed curve n1 assigned. A second speed sensor 9 serves to measure the on the driven pulley 5 and thus the speed of the drive shaft 6 of the accessory 7 related second speed curve n2. The measurement signals of the first speed curve n1 and of the second speed curve n2 become an electronic analysis unit 10 to perform a non-uniformity analysis by comparing both speed curves n1 and n2 fed. The analysis unit 10 determined by order analysis the degree of vibration isolation with respect to the input and output side and then performs a threshold comparison with at least one predefined threshold, which marks a wear limit, by.

Eine der Analyseeinheit 10 nachgeschaltete Ausgabeeinheit 11 stellt die hieraus gewonnene Verschleißzustandsinformation in einer geeigneten Signalform zur weiteren Verwendung bereit. So kann beispielsweise ein übergeordnetes Condition Monitoring System eine erforderliche Wartung in Form eines Zugmitteltauschs signalisieren.One of the analysis unit 10 downstream output unit 11 provides the resulting wear condition information in a suitable waveform for further use. For example, a higher-level condition monitoring system can signal the required maintenance in the form of a train balance bill.

Die 2, in welcher der erste Drehzahlverlauf n1 gemeinsam mit dem zweiten Drehzahlverlauf n2 der An- bzw. Abtriebsseite entlang der Zeitachse aufgetragen ist, lässt die im Zugmittelgetriebe enthaltenen Schwingungsamplituden erkennen. Demnach ist der erste zeitliche Drehzahlverlauf n1 der Antriebsseite einer höheren Schwingungsamplitude unterworfen als der durch das Zugmittel gedämpfte zweite zeitliche Drehzahlverlauf n2.The 2 , in which the first speed curve n1 together with the second speed curve n2 the input or output side is plotted along the time axis, can detect the vibration amplitudes contained in the traction mechanism. Accordingly, the first temporal speed curve n1 the drive side subjected to a higher vibration amplitude than the attenuated by the traction means second temporal speed curve n2 ,

Die schwingungsbehafteten Drehzahlverläufe n1 und n2 liefern somit eine Information über die im Zugmittelgetriebe vorhandenen Drehungleichförmigkeiten. Eine Drehungleichförmigkeit ist eine Drehzahlschwankung, die eine Abweichung vom idealen Rundlauf darstellt. Die jeweiligen Spitze-Spitze-Werte a1 bzw. a2 werden zur weiteren Ungleichförmigkeitsanalyse herangezogen. Diese Ungleichförmigkeitsanalyse basiert auf einer Bestimmung des Isolationsgrads per allgemein bekannter mathematischer Ordnungsanalyse, insbesondere bezogen auf die Ordnung der Haupterregenden.The vibration-dependent speed curves n1 and n2 thus provide information about the present in the traction mechanism rotational irregularities. A rotational nonuniformity is a speed variation that represents a deviation from ideal concentricity. The respective peak-to-peak values a1 respectively. a2 are used for further nonuniformity analysis. This nonuniformity analysis is based on a determination of the degree of isolation by well-known mathematical order analysis, in particular with respect to the order of the main excitation.

In der 3 ist der zeitliche Verlauf des Isolationsgrads 1/1 über die Betriebszeit t des Zugmittelgetriebes aufgetragen, aus welchem sich die Zustandsänderung des Zugmittels ablesen lässt. Hierdurch lässt sich auch der aktuelle Verschleißzustand des Zugmittels beurteilen und durch Extrapolation auch prognostizieren.In the 3 is the time course of the degree of isolation 1/1 over the operating time t applied to the traction mechanism, from which the change in state of the traction device can be read. This also allows the current state of wear of the traction device to be assessed and also forecast by extrapolation.

Zur Beurteilung des aktuellen Zustands des Zugmittels ist ein vordefinierter erster Schwellwert s1 vorgesehen, welcher eine Alarmgrenze festlegt, die einen sofortigen Austausch des Zugmittels kennzeichnet. Bei Erreichen dieses ersten Schwellwerts s1 besteht also unmittelbarer Handlungsbedarf, um ein Versagen des Zugmittelgetriebes zu verhindern. Zusätzlich ist unterhalb des ersten Schwellwerts s1 ein zweiter Schwellwert s2 definiert, welcher eine Voralarmgrenze darstellt. Bei Erreichen des zweiten Schwellwerts s2 wird ein Voralarm ausgelöst, welcher im Sinne einer Prognose den baldigen Austausch des Zugmittels signalisiert. Dabei ist der zweite Schwellwert s2 gemäß der technischen Randbedingungen so zu wählen, dass noch genügend Zeitabstand bis zum Erreichen des ersten Schwellwerts s1 gewährleistet ist.To assess the current state of the traction means is a predefined first threshold s1 provided, which defines an alarm limit, which marks an immediate replacement of the traction device. Upon reaching this first threshold s1 So there is immediate need for action to prevent a failure of the traction mechanism. In addition, it is below the first threshold s1 a second threshold s2 defined, which represents a pre-alarm limit. Upon reaching the second threshold s2 a pre-alarm is triggered, which signals the early replacement of the traction device in the sense of a prognosis. Here is the second threshold s2 according to the technical boundary conditions to be chosen so that there is still sufficient time interval until reaching the first threshold value s1 is guaranteed.

Gemäß 4 beinhaltet die Überwachung des Verschleißzustands eines Zugmittels die folgenden Verfahrensschritten:

  1. (A) Ermitteln eines auf die Antriebsscheibe bezogenen ersten Drehzahlverlaufs (n1) sowie eines auf die Abtriebsscheibe bezogenen zweiten Drehzahlverlaufs (n2);
  2. (B) Durchführen einer Ungleichförmigkeitsanalyse durch Vergleich beider Drehzahlverläufe (n1, n2) miteinander zur Bestimmung des Isolationsgrads des Zugmittelgetriebes;
  3. (C) Vergleichen des ermittelten Isolationsgrads des Zugmittelgetriebes mit mindestens einem vordefinierten Schwellwert (s1; s2) zur Beurteilung des aktuellen Verschleißzustands des Zugmittels.
According to 4 The monitoring of the state of wear of a traction device involves the following steps:
  1. (A) determining a first speed profile related to the drive pulley ( n1 ) as well as a second speed curve related to the driven pulley ( n2 );
  2. (B) Performing a non-uniformity analysis by comparing both speed curves ( n1 . n2 ) with each other to determine the degree of isolation of the Zugmittelgetriebes;
  3. (C) comparing the determined degree of isolation of the traction mechanism with at least one predefined threshold value ( s1 ; s2 ) to assess the current state of wear of the traction device.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen und Ergänzungen hierzu denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, zusätzliche Parameter in die Überwachung des Zustands des Zugmittels mit einzubeziehen. Insbesondere kann hierfür auch der Schlupf des Zugmittelgetriebes über einen Vergleich der Drehzahldifferenzen und/oder eine Änderung der Phasenlage der Antriebsscheibe 3 gegenüber der Abtriebsscheibe 5 berücksichtigt werden.The invention is not limited to the preferred embodiment described above. On the contrary, modifications and additions are conceivable which are included in the scope of protection of the following claims. For example, it is also possible to include additional parameters in the monitoring of the state of the traction means. In particular, for this purpose, the slip of the traction mechanism via a comparison of the speed differences and / or a change in the phase angle of the drive pulley 3 opposite the driven pulley 5 be taken into account.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102015114934 A1 [0003]DE 102015114934 A1 [0003]

Claims (1)

Einrichtung zur Überwachung des Zustands eines Zugmittels (4) bei einem eine Antriebsscheibe (3) sowie eine Abtriebsscheibe (5) umfassenden Zugmittelgetriebe, wobei die Überwachung die folgenden Verfahrensschritte umfasst: - Ermitteln eines auf die Antriebsscheibe (3) bezogenen ersten Drehzahlverlaufs (n1) sowie eines auf die Abtriebsscheibe (5) bezogenen zweiten Drehzahlverlaufs (n2); - Durchführen einer Ungleichförmigkeitsanalyse durch Vergleich beider Drehzahlverläufe (n1, n2) miteinander zur Bestimmung des Isolationsgrads des Zugmittelgetriebes; - Vergleichen des ermittelten Isolationsgrads mit einem vordefinierten Schwellwert (s1; s2) zur Beurteilung des aktuellen Verschleißzustands des Zugmittels; wobei die Einrichtung umfasst: - einen ersten Drehzahlsensor (8) zur Messung des ersten Drehzahlverlaufs (n1); - sowie einen zweiten Drehzahlsensor (9) zur Messung des zweiten Drehzahlverlaufs (n2); - eine Analyseeinheit (10) zur Durchführung der Ungleichförmigkeitsanalyse durch Vergleich beider Drehzahlverläufe (n1, n2) miteinander zwecks Bestimmung des Isolationsgrads und zur Durchführung des anschließenden Schwellwertvergleichs; - eine Ausgabeeinheit (11) zur direkten Anzeige oder Bereitstellung eines Signals für einen kritischen Verschleißzustand des Zugmittels (4).Device for monitoring the condition of a traction mechanism (4) in a traction mechanism comprising a drive pulley (3) and an output pulley (5), the monitoring comprising the following method steps: - Determining a on the drive pulley (3) related first speed curve (n1) and on the driven pulley (5) related second speed curve (n2); - Performing a non-uniformity analysis by comparing both speed curves (n1, n2) with each other to determine the degree of isolation of the traction mechanism; - comparing the determined degree of isolation with a predefined threshold value (s1, s2) for assessing the current state of wear of the traction device; the device comprising: - A first speed sensor (8) for measuring the first speed curve (n1); - And a second speed sensor (9) for measuring the second speed curve (n2); - An analysis unit (10) for performing the nonuniformity analysis by comparing both speed curves (n1, n2) together to determine the degree of isolation and to carry out the subsequent threshold comparison; - An output unit (11) for directly displaying or providing a signal for a critical state of wear of the traction means (4).
DE102019108569.1A 2018-05-18 2019-04-02 Device for monitoring the state of a traction device in a traction mechanism Withdrawn DE102019108569A1 (en)

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