DE102006001187A1

DE102006001187A1 - Zugmitteltrieb und Verfahren zur Erfassung des Verschleißes eines endlosen Zugmittels mit metallischem Kern eines solchen Zugmitteltriebs

Info

Publication number: DE102006001187A1
Application number: DE200610001187
Authority: DE
Inventors: Andreas Blumenstock; Alex Grossmann; Uwe Kassner; Ralf Buehrle; Alexander Schenck Zu Schweinsberg; Jochen Laubender; Ronny Ludwig; Maximilian Sauer; Marcel Schneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-07-12

Abstract

Ein Zugmitteltrieb, umfassend ein endloses Zugmittel (120) mit metalischem Kern (123), das auf wenigstens einer Riemenscheibe (115, 130, 140, 150) läuft, ist gekennzeichnet durch eine Abtasteinrichtung (170), welche Wirbelströme in dem metallischen Kern (123) des Zugmittels (120) induziert und die Störung und/oder Schwächung des Erregerfeldes detektiert, und eine Signalverarbeitungseinrichtung (200) zur Verarbeitung und Auswertung der empfangenen Signale.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung des Verschleißes eines endlosen Zugmittels mit einem metallischen Kern eines derartigen Zugmitteltriebs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Stand der Technik
Bei heutigen Verbrennungsmotoren, aber auch bei anderen Antrieben werden heute sehr häufig Zugmitteltriebe eingesetzt. Dabei kommen insbesondere auch Zugmitteltriebe mit Zugmitteln aus Kunststoff, Gummi oder ähnlichen Materialien mit metallischem Kern zur Kraftübertragung von zum Beispiel der Kurbel- zur Nockenwelle oder von einer Hauptwelle zu einer Nebenwelle, um z.B. einen Lader, einen Kompressor oder dergleichen anzutreiben, zum Einsatz. Die Antriebsriemen unterliegen einem hohen Verschleiß und müssen deshalb in regelmäßigen Wartungsintervallen ausgetauscht werden. Das Verschleißbild zeigt sich dabei in den meisten Fällen in einer Änderung der Elastizität des Antriebsriemens, Bildung von Haarrissen, im Falle von Zahnriemen einer Abnutzung der Verzahnung oder dem Ausfall einzelner Zähne und teilweise auch in einer Dickenänderung. Ein Nichteinhalten der Wartungsintervalle kann zu erheblichen Störungen führen. So kann z.B. bei einer Steuerung des Ventiltriebes in einem Verbrennungsmotor mittels eines Zahnriemens bei einem Bruch des Zahnriemens der Kolben auf die Ventile aufschlagen, wodurch der Motor zerstört wird. Als Folge davon ist ein Austausch des Motors erforderlich, zumindest aber aufwendige und damit auch teuere Reparaturen. Darüber hinaus können erhebliche Verkehrsbehinderungen damit verbunden sein.
Es besteht daher der Wunsch, den Momentanzustand eines endlosen Zugmittels hinsichtlich des Erreichens der Verschleißgrenze zu überwachen, um derartigen Schäden vorzubeugen.

Aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2004 060 067.8 der Anmelderin gehen ein gattungsgemäßer Zugmitteltrieb sowie ein Verfahren zur Erfassung des Verschleißes eines endlosen Zugmittels und ein endloses Zugmittel für einen solchen Zugmitteltrieb hervor mit einer optischen Abtasteinrichtung zur Abtastung der Oberfläche des Zugmittels. Hierbei wird das Zugmittel mittels eines Lichtstrahls, insbesondere mittels eines Laserstrahls optisch abgetastet und anhand des auf diese Weise erfassten Abtastsignals auf den Zustand des Zugmittels geschlossen. Das Zugmittel weist dabei vorzugsweise eine beschichtete, Lichtstrahlen reflektierende, beugende, brechende oder absorbierende Oberfläche auf. Zur Abtastung des Zugmittels ist hierzu bevorzugt eine Spannvorrichtung vorgesehen, die der Abtasteinrichtung derart gegenüberliegend angeordnet ist, dass das Zugmittel im Bereich der Abtasteinrichtung über eine Spannrolle so umgelenkt wird, dass die beschichtete Seite des Zugmittels der Abtasteinrichtung zugewandt ist. Durch die Spannrolle werden eventuell vorhandene Risse besonders stark aufgeweitet, wodurch eine verbesserte Abtastung der Oberfläche möglich ist.

Eine solche Abtastung erfordert die Anordnung einer zusätzlichen Spannvorrichtung. Darüber hinaus muss zur optimalen Abtastung die Oberfläche des Zugmittels beschichtet sein.

In vielen Fällen ist es weder möglich eine Spannrolle anzuordnen, noch ist die Verwendung eines speziellen mit einer beschichteten Oberfläche versehenen Zugmittels wünschenswert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zugmitteltrieb der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass beliebige – auch bestehende – Zugmitteltriebe auf technisch einfach zu realisierende Weise zuverlässig abgetastet werden können.

Insbesondere soll es auch möglich sein, bestehende Zugmitteltriebe entsprechend nachzurüsten.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 5.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils auf diese unabhängigen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüche.

Grundidee der Erfindung ist es, den metallischen Kern des Zugmittels für die Abtastung und die Bestimmung dessen Verschleißes zu verwenden. Hierzu ist eine Abtasteinrichtung vorgesehen, welche Wirbelströme in dem metallischen Kern des Zugmittels induziert und mittels Sensormitteln die Störung und/oder die Schwächung des Erregerfeldes detektiert. Die von den Sensormitteln ausgegebenen Sensorsignale werden in einer Signalverarbeitungsrichtung verarbeitet und ausgewertet, um so eine Aussage über den Verschleiß des Zugmittels zu treffen. Dabei macht die Erfindung sich zunutze, dass bei einem verschlissenen Zugmittel praktisch immer auch der metallische Kern, der beispielsweise durch Stahldrähte gebildet wird, beschädigt ist. So können beispielsweise die Stahldrähte Risse aufweisen, welche zur Schwächung oder Störung des ursprünglichen Erregerfelds durch die induzierten Wirbelströme führen. Die Auswertung des Sensorsignals kann beispielsweise durch eine elektronische Schaltungseinrichtung realisiert werden, die diese Störung und/oder Schwächung kompensiert und misst.

Bevorzugt wird dabei in der Signalverarbeitungsrichtung ein Vergleich des von den Sensormitteln empfangenen Signals mit einem Referenzsignal vorgenommen. Dieser Vergleich kann durch einen Muster- und/oder Signalpegel- und/oder Häufigkeits- und/oder Wiederholraten- und/oder Differenzvergleich erfolgen.

Die Abtastung kann rein prinzipiell beim Stillstand des Zugmittels oder auch während des Betriebs des Zugmitteltriebs, das heißt bei einer Bewegung des Zugmittels in vorgebbaren Zeit- oder Winkelintervallen eines das Zugmittel antreibenden Antriebsele ments oder permanent erfolgen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, die Abtastung in vorgebbaren Zeitintervallen synchronisiert mit der Drehzahl eines Antriebselements oder mit der Drehzahl einer Kurbelwelle oder mit der Drehzahl einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine vorzunehmen.

Zeichnung
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch die Stirnansicht einer Brennkraftmaschine mit einer von der Erfindung Gebrauch machenden Abtasteinrichtung zur Erfassung des Verschleißes eines endlosen Zugmittels und
2 detailliert die Anordnung des Sensormittels der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung an einem endlosen Zugmittel unter Weglassung einer Riemenscheibe, über die das Zugmittel läuft.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist schematisch ein Motor 100, beispielsweise eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, dargestellt, dessen Kurbelwelle 110 eine Riemenscheibe 115 antreibt, über welche beispielsweise ein Zahnriemen 120 mit Zähnen 122 läuft, der zusätzlich über Riemenscheiben 130, 140, 150 in Form von Zahnrädern auf den Antriebswellen beispielsweise einer Wasserpumpe 135, einer Servopumpe 145 sowie einer Lichtmaschine 155 gelegt ist.
Die gesamte Anordnung stellt einen Zugmitteltrieb dar, wobei das Zugmittel durch den Zahnriemen 120 gebildet wird. Ein Zahnriemen 120 als Zugmittel ermöglicht einen formschlüssigen Zugmitteltrieb und so auch den Antrieb einer Vielzahl von Aggregaten, bei spielsweise Generatoren, Ventilatoren, Wasserpumpen, Klimakompressoren, Lenkhilfspumpen und dergleichen.
An dem Motor 100 ist stirnseitig im Bereich des Zugmitteltriebs eine Abtasteinrichtung 170 angeordnet, die nachfolgend in Verbindung mit 2 näher erläutert wird.
Die Abtasteinrichtung 170 dient zur Abtastung von Zugmitteln 120, die einen Kern aus Stahldrähten oder dergleichen aufweisen. Die Abtastung erfolgt berührungslos mittels eines Wirbelstromsensors. Die Abtastung kann dabei im Stillstand der Brennkraftmaschine 100 und damit auch bei stillstehendem Zahnriemen 120 erfolgen oder auch während des Betriebs der Brennkraftmaschine 100 permanent oder auch nur in bestimmten Zeit- oder Winkelintervallen erfolgen. Dabei kann eine Synchronisation mit der Drehzahl beispielsweise der Kurbelwelle 110 vorgesehen sein.
Der Wirbelstromsensor 170 erzeugt zur Abtastung des Zugmittels 120 ein konstantes Erregerfeld, das beispielsweise durch eine Erregerspule oder einen Schwingkreis oder dergleichen erzeugt wird, welches in den den Kern des Zahnriemens 120 bildenden Stahlfäden 123 einen Wirbelstrom hervorruft. Durch die induzierten Wirbelströme wird das ursprüngliche Erregerfeld definiert geschwächt oder gestört. Dies kann durch eine in der Abtasteinrichtung 170 vorgesehene elektronische Schaltung oder durch ein entsprechend implementiertes Programm kompensiert und gemessen werden. Das Ausgangssignal wird sodann in der Steuereinrichtung 200, beispielsweise einem Steuergerät der Brennkraftmaschine verarbeitet.
Die Messung und Kompensation des Störfeldes kann dabei permanent oder auch nur in bestimmten Zeiten in Winkelintervallen erfolgen, wobei stets ein Abgleich des Erregerfeldes mit dem Störfeld erfolgt. Durch eine charakteristische Änderung des Störfeldes, die beispielsweise durch einen gebrochenen Stahlfaden, in 2 mit 124 schematisch dargestellt, im Inneren des Zahnriemens 120 hervorgerufen wird, und in Folge davon durch eine Änderung des induzierten Wirbelstromes, wird das Erregerfeld signifikant gestört. Dieses Signal kann in dem Steuergerät 200 ausgewertet werden. Dabei kann ein Vergleich des abgetasteten Signals mit einem in einer Speichereinrichtung des Steuergeräts 200 gespeicherten Referenzsignal erfolgen, wobei ein Muster-, Signalpegel-, Häufigkeits- , Wiederholraten- oder Differenzvergleich oder eine Kombination dieser Vergleiche stattfinden kann. Aufgrund dieses Vergleichs kann auf den momentanen Zustand des Zahnriemens 120 geschlossen werden, wobei davon ausgegangen wird, dass bei einem Bruch eines Stahlfadens 123 auch ein signifikanter Verschleiß der Zähne 122 oder beispielsweise auch ein Ausfall eines oder mehrerer Zähne 122 vorliegen kann, da nur ein Zahnriemen 120 mit einer hohen Laufleistung und einem entsprechenden Verschleiß Brüche der Stahlfäden 123 zeigt.

Claims

Zugmitteltrieb umfassend ein endloses Zugmittel (120) mit metallischem Kern (123), das auf wenigstens einer Riemenscheibe (115, 130, 140, 150) läuft, gekennzeichnet durch eine Abtasteinrichtung (170), welche Wirbelströme in dem metallischen Kern (123) des Zugmittels (120) induziert und die Störung und/oder Schwächung des Erregerfeldes detektiert, und eine Signalverarbeitungseinrichtung (200) zur Verarbeitung und Auswertung der empfangenen Signale.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Signalverarbeitungseinrichtung (200) ein Vergleich des empfangenen Signals mit einem Referenzsignal erfolgt.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (200) Mittel zum Muster- und/oder Signalpegel- und/oder Häufigkeits- und/oder Wiederholraten- und/oder Differenzvergleich aufweist.
Zugmitteltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung des Zugmittels (120) durch die Abtasteinrichtung (170) bei Stillstand des Zugmittels (120) oder während einer Bewegung des Zugmittels (120) in vorgebbaren Zeit- oder Winkelintervallen eines Antriebselements (110) oder permanent erfolgt.
Verfahren zur Erfassung des Verschleißes eines endlosen Zugmittels (120) mit metallischem Kern eines Zugmitteltriebs, dadurch gekennzeichnet, dass in dem metallischen Kern (123) von einer Abtasteinrichtung (170) Wirbelströme induziert werden, dass die durch die induzierten Wirbelströme im metallischen Kern des Zugmittels hervorgerufene Störung und/oder Schwächung des Erregerfelds detektiert wird und hieraus auf den Verschleiß des Zugmittels (120) geschlossen wird (Abtastung).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung in vorgebbaren Zeitintervallen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung in vorgebbaren Zeitintervallen synchronisiert mit der Drehzahl eines Antriebselements oder mit der Drehzahl einer Kurbelwelle (110) oder mit der Drehzahl einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine (100) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastsignal mit einem gespeicherten Signal eines unverschlissenen Zugmittels (120) verglichen wird und hieraus auf den Verschleiß geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich aufgrund eines Muster- und/oder Signalpegel- und/oder Häufigkeits- und/oder Wiederholraten- und/oder Differenzvergleichs erfolgt.