DE102008002304A1

DE102008002304A1 - Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102008002304A1
Application number: DE102008002304A
Authority: DE
Inventors: Rainer SCHÄNZEL; Philipp Geiger; Markus Hieber
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: DE102008002304B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung einer Riemenspannung in einem Riementrum (34), insbesondere in einem Riementrum (34) einer Fahrzeuglenkung, mit einem Stempel (30), der an den Riementrum (34) anlegbar ist. Die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Messvorrichtungen und Messmethoden sind entweder zu ungenau und für eine automatisierte Messung nicht geeignet oder sie erfordern einen zu großen Platzbedarf, so dass sie an ihre Einsatzgrenzen stoßen. Deshalb ist erfindungsgemäß mit dem Stempel (30) eine Referenzkraft erzeugbar und die Riemenspannung ermittelbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung einer Riemenspannung in einem Riementrum, insbesondere in einem Riementrum einer Fahrzeuglenkung, mit einem Stempel, der an den Riementrum anlegbar ist.
Der Riemen in einer Fahrzeuglenkung muss zum einwandfreien Betrieb der Lenkung eine optimale Riemenspannung aufweisen. Bei einer zu hohen Riemenspannung erhöht sich der Drehwiderstand, so dass der Kraftaufwand zum Lenken zu groß wird. Bei einer zu niedrigen Riemenspannung kann ein Schlupf oder bei verzahnten Riemen ein Übersprung über einen oder mehrere Zähne auftreten, womit eine Betriebsstörung der Lenkung verbunden ist. Deshalb ist es außerordentlich wichtig, vor Inbetriebnahme der Lenkung die optimale Riemenspannung sicherzustellen. Hierzu ist aus dem Stand der Technik eine Frequenzmessmethode bekannt, bei welcher der Riementrum in eine mechanische Schwingung versetzt wird. Die anschließend gemessene Frequenz ist ein Maß für die Riemenspannung. Bei der Frequenzmessmethode ist jedoch nicht immer dieselbe Schwingung reproduzierbar.
Alternativ zur Frequenzmessmethode ist eine Messvorrichtung mit drei Stempeln bekannt. Bei dieser Messvorrichtung wird ein erster Stempel an den um ein Ritzel geschlungenen Bereich des Riemens und ein zweiter Stempel an den um eine Scheibe geschlungen Bereich des Riemens angelegt, um einen geometrischen Referenzwert zu erzeugen. Der dritte Stempel drückt gegen den Riementrum, um die Riemenspannung darin zu messen. Da diese Messvorrichtung aufgrund der drei Stempel für den Messvorgang einen bestimmten Platzbedarf erfordert, der nicht immer zur Verfügung gestellt werden kann, stößt man auch mit dieser Messvorrichtung an ihre Einsatzgrenzen.
Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe die gattungsgemäße Messvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass sie nur relativ wenig Platz für die Messung erfordert.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Messvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der erfindungsgemäß mit dem Stempel eine Referenzkraft erzeugbar und die Riemenspannung ermittelbar ist. Die Messvorrichtung benötigt also zukünftig nur noch einen einzigen Stempel, so dass der Platzbedarf für den Messvorgang minimal ist. Die geometrische Ermittlung eines Referenzwertes entfällt also zukünftig. Stattdessen wird jetzt der Referenzwert mit dem Stempel in Form einer Referenzkraft erzeugt. Der Stempel erfüllt also jetzt zwei Funktionen, nämlich die Erzeugung der Referenzkraft und die Ermittlung der Riemenspannung.
Um die Riemenspannung zu ermitteln ist die Messvorrichtung zweckmäßigerweise mit einer Kraftmesseinrichtung ausgerüstet.
Zur Auswertung der Messergebnisse, insbesondere zur automatischen Auswertung, kann die Messeinrichtung mit einer Auswerteeinheit ausgestattet sein.
Hinsichtlich der automatischen Auswertung der Messergebnisse können in der Auswerteeinheit ein Minimal- und ein Maximalwert für die Stempelkraft hinterlegt werden. Da die Stempelkraft mit der Riemenspannung im Riementrum korrespondiert, erkennt die Messeinrichtung sofort, dass die Riemenspannung in einem zulässigen Bereich liegt, wenn die gemessene Stempelkraft zwischen dem Minimal- und dem Maximalwert liegt.
Insbesondere zur automatischen Auswertung der Messergebnisse kann in der Auswerteeinheit eine Funktion zwischen der Stempelkraft und einer Achskraft hinterlegt werden, wobei die Achskraft auf die Achse einer Scheibe und eines Ritzels, die von dem Riemen umschlungenen werden, wirkt. Mittels einer Winkelfunktion kann von der Achskraft auf die Zugkraft im Riementrum geschlossen werden. Mittels des Querschnitts des Riementrums kann schließlich die Riemenspannung im Riementrum berechnet werden.
Zur automatischen Auswertung ist es deshalb sinnvoll, wenn in die Auswerteeinheit auch der Querschnitt des Riemens eingegeben werden kann.
Der Stempel kann manuell und/oder motorisch antreibbar sein. Für den motorischen Antrieb des Stempels eignet sich ein Linearantrieb besonders gut, da dann ein Getriebe entfallen kann, das eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt. Der Linearantrieb kann sowohl kraftgeregelt als auch weggeregelt betrieben werden, um sowohl die Referenzkraft als auch die Stempelkraft, mit der die Riemenspannung ermittelt wird, zu erzeugen.
Damit die Messvorrichtung zuverlässige Messergebnisse liefert, ist es wichtig, dass sie während der Messung eine ortsfeste Position einnehmen kann. Zu diesem Zweck kann sie eine Anlegefläche aufweisen, mit der sie beispielsweise an ein Gehäuse angelegt werden kann, in oder an dem sich der Riemen befindet.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung der Riemenspannung in dem Riementrum mit einer Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

• Anlegen des Stempels an den Riementrum,
• Erzeugen einer definierten Referenzkraft, mit welcher der Stempel gegen den Riementrum drückt,
• Verfahren des Stempels gegen den Riementrum um eine definierte Wegstrecke.

In einem weiteren Verfahrenschritt kann die Stempelkraft gemessen werden, nachdem der Stempel um die definierte Wegstrecke gegen den Riementrum verfahren wurde. Somit kann die Riemenspannung im Riementrum ermittelt werden.
Nach der Messung der Stempelkraft kann die Stempelkraft mit dem zulässigen Minimal- und Maximalwert verglichen werden, wobei der Bereich zwischen dem Minimal- und dem Maximalwert der Stempelkraft einem zulässigen Bereich für die Riemenspannung zugeordnet werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann nach der Messung der Stempelkraft die Stempelkraft von der Auswerteeinheit in die Riemenspannung umgerechnet werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1 eine Messvorrichtung nach dem Stand der Technik;
2 einen in ein Lenkungsgehäuse eingeführten Stempel;
3a bis 3b eine Messvorrichtung in verschiedenen Betriebszuständen;
4 ein Diagramm, bei dem die Stempelkraft über dem Stempelweg bei verschiedenen Achskräften aufgetragen ist;
5 ein Diagramm zur Darstellung der Korrelation zwischen der Achskraft und der Stempelkraft;
6 eine manuell betreibbare Messvorrichtung.
1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Messvorrichtung 10 mit zwei Stempeln 11 und 12, die an einem Riemen 13, der um ein Ritzel 14 und eine Scheibe 15 geführt ist, anliegen. Mit Hilfe der Stempel 11 und 12 wird ein geometrischer Referenzwert erzeugt. An einem Stempel 16 ist eine Kraftmesseinrichtung 17 vorgesehen, mit welcher die Kraft gemessen werden kann, mit welcher der Stempel 16 gegen ein Riementrum 18 drückt, wenn der Stempel 16 gegen den Riementrum 18 verfahren wird.
2 zeigt einen Stempel 20 einer hier nicht näher dargestellten Messeinrichtung. Der Stempel 20 wird durch eine Öffnung 21 in ein Lenkungsgehäuse 22 einer Fahrzeuglenkung eingeführt und an einen Riemen 23 angelegt, um die Spannung eines Riementrums 24 zu messen.
Die 3a bis 3c zeigen einen Stempel 30, ein Ritzel 31 und eine Scheibe 32. Um das Ritzel 31 und die Scheibe 32 ist ein Riemen 33 geschlungen ist. Vor dem Beginn einer Messung befindet sich der Stempel 30 oberhalb eines Riementrums 34 (siehe 3a).
Zum Beginn der Messung wird der Stempel 30 an den Riementrum 34 angelegt und solange gegen den Riementrum 34 verfahren, bis eine vorgegebene Referenzkraft erreicht ist (siehe 3b). In diesem Betriebsmodus ist die Verfahrbewegung des Stempels 30 kraftgeregelt.
Nach dem die vorgegebene Referenzkraft erreicht ist, wird der Stempel 30 um einen bestimmten vorgegebenen Betrag weiter gegen den Riementrum 34 verfahren (siehe 3c). In diesem Betriebsmodus ist die Verfahrbewegung des Stempels weggeregelt. Am Ende der vorgegebenen Wegstrecke wird die durch den Stempel 30 erzeugte Stempelkraft F_St gemessen und an eine hier nicht näher dargestellte Auswerteeinheit übermittelt.
Die Stempelkraft F_St steht in einem funktionalen Zusammenhang mit einer auf die Achsen des Ritzels 31 und der Scheibe 32 wirkenden Achskraft F_A. Dieser funktionale Zusammenhang (siehe 5) kann in der Auswerteeinheit hinterlegt werden. Er wird empirisch bei verschiedenen Achskräften F_A und Stempelkräften F_St ermittelt (siehe 4). Aus diesen Kurvenscharen wird schließlich der in 5 dargestellte funktionale Zusammenhang zwischen Stempelkraft F_St und Achskraft F_A gebildet.
Zwischen der Achskraft F_A und der in dem Riementrum F_TR wirkenden Kraft besteht ein geometrischer Zusammenhang (siehe 3a), der durch eine Winkelfunktion ausgedrückt werden kann. Somit kann von der Achskraft F_A auf die in dem Riementrum F_TR wirkende Kraft geschlossen werden.
6 zeigt eine manuell betreibbare Messvorrichtung 60 mit einem Stempel 61, der gegen den Riementrum verfahren werden kann. Der Stempel 61 kann mittels Kurbeln 62 und 63 angetrieben werden. Oberhalb des Stempels 61 ist eine Kraftmesseinrichtung 64 angeordnet, die mittels Madenschrauben 65 fixiert werden kann. Die Kraftmesseinrichtung 64 misst Druckkräfte. Die Messvorrichtung 60 kann an einer Platte 66 mit einer Hand eines Benutzers festgehalten werden. Stützen 67 dienen zum Anlegen der Messvorrichtung 60 an ein Gehäuse. Zu diesem Zweck weisen die Stützen 67 Anlegeflächen 68 auf. In der Platte 66 sind Öffnungen 603 vorgesehen, um die Platte 66 mit den Stützen 67 zu verschrauben.
6 zeigt die Messvorrichtung 60 im Endzustand, also zum Ende der Messung. Zu Beginn der Messung wird der Stempel 61 zunächst mit der Kurbel 63 gegen den hier nicht erkennbaren Riementrum verfahren. Bei diesem Vorgang wird ein Gewindebolzen 69 in die Platte 66 solange hinein gedreht, bis mit dem Stempel 61 eine vorgegebene Referenzkraft erreicht wird. Nach dem Erreichen der Referenzkraft wird die Kurbel 63 durch Konterung einer Mutter 600 mit der Platte 66 arretiert. Daraufhin wird der Stempel 61 mit Hilfe der Kurbel 62 um eine definierte Wegstrecke gegen den Riementrum verfahren. Zu diesem Zweck wird ein durch den Gewindebolzen 69 durchgeführter Bolzen 601, der in einen Block 602 eingeschraubt ist, mittels der Kurbel 62 nach unten bewegt. Am Ende der definierten Wegstrecke sitzt die Kurbel 62 auf der Kurbel 63 auf. Somit ist die definierte Wegstrecke mechanisch begrenzt, wodurch reproduzierbare Messbedingungen vorgegeben sind. Der Abstand zwischen einer Befestigungsmutter 604 und dem Ende des Gewindebolzens 69 entspricht der definierten Wegstrecke.

10: Messvorrichtung
11: Stempel
12: Stempel
13: Riemen
14: Ritzel
15: Scheibe
16: Stempel
17: Kraftmesseinrichtung
18: Riementrum
20: Stempel
21: Öffnung
22: Lenkungsgehäuse
23: Riemen
24: Riementrum
30: Stempel
31: Ritzel
32: Scheibe
33: Riemen
34: Riementrum
60: Messvorrichtung
61: Stempel
62: Kurbel
63: Kurbel
64: Kraftmesseinrichtung
65: Madenschraube
66: Platte
67: Stütze
68: Anlegefläche
69: Gewindebolzen
600: Mutter
601: Bolzen
602: Block
603: Öffnung
604: Mutter
F_A: Achskraft
F_St: Stempelkraft

Claims

Messvorrichtung (60) zur Messung einer Riemenspannung in einem Riementrum (24, 34), insbesondere in einem Riementrum (24, 34) einer Fahrzeuglenkung, mit einem Stempel (20, 30, 61), der an den Riementrum (24, 34) anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Stempel (20, 30, 61) eine Referenzkraft erzeugbar und die Riemenspannung ermittelbar ist.
Messvorrichtung (60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kraftmesseinrichtung (64) aufweist.
Messvorrichtung (60) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Auswerteeinheit aufweist.
Messvorrichtung (60) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit ein Minimal- und ein Maximalwert für die Stempelkraft hinterlegbar sind.
Messeinrichtung (60) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit eine Funktion zwischen der Stempelkraft (F_ST) und einer Achskraft (F_A) hinterlegbar ist, wobei die Achskraft (F_A) auf die Achse einer Scheibe (32) und eines Ritzels (31), die von dem Riemen (23, 33) umschlungenen sind, wirkt.
Messvorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Auswerteeinheit der Querschnitt des Riemens (23, 33) eingebbar ist.
Messvorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (20, 30, 61) manuell und/oder motorisch antreibbar ist.
Messvorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anlegefläche (68) aufweist.
Verfahren zur Messung der Riemenspannung in dem Riementrum (24, 34) mit einer Messvorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte: • Anlegen des Stempels (20, 30, 61) an den Riementrum (24, 34), • Erzeugen einer definierten Referenzkraft, mit welcher der Stempel (20, 30, 61) gegen den Riementrum (24, 34) drückt, • Verfahren des Stempels (20, 30, 61) gegen den Riementrum (24, 34) um eine definierte Wegstrecke.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempelkraft gemessen wird, nachdem der Stempel (20, 30, 61) um die definierte Wegstrecke gegen den Riementrum (24, 34) verfahren wurde.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Messung der Stempelkraft die Stempelkraft mit einem zulässigen Minimal- und Maximalwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Messung der Stempelkraft die Stempelkraft von der Auswerteeinheit in die Riemenspannung umgerechnet wird.