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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Spannung eines Zahnriemens in einem Riemengetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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In elektromechanischen Lenkungen für Kraftfahrzeuge werden Riemengetriebe mit Zahnriemen eingesetzt, um eine Untersetzung zwischen einem Elektromotor, der die Lenkkraft oder Lenkhilfskraft aufbringt und einem rotierendem Getriebeelement wie zum Beispiel einer Kugelmutter zu erzielen. Durch das Riemengetriebe wird auch eine Entkopplung zwischen dem Motor und dem eigentlichen Lenkgetriebe bewirkt, die zu einer Geräuschreduktion führen kann.
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Die Spannung des Zahnriemens in solchen Betrieben ist dabei von großer Bedeutung. Eine zu hohe Riemenspannung beeinträchtigt die Lebensdauer der Lager von Motorwelle und angetriebenem Getriebeelement. Hierdurch können auch vermehrt Geräusche entstehen. Eine zu niedrige Riemenspannung erhöht die Gefahr, dass der Zahnriemen in dem Ritzel oder der Riemenscheibe übersetzt und dadurch beschädigt wird. Weiter kommt es zu „totem Gang” bei einem Wechsel der Drehrichtung des Getriebes, das bei einer Kraftfahrzeuglenkung in beide Drehrichtungen möglichst gleich arbeiten soll. Schließlich treten bei zu geringer Spannung auch Geräusche auf, die zum Beispiel durch die Neigung des unbelasteten Trums des Riemens zum Flattern entstehen. Wegen der hohen Risiken ist eine zu niedrige Riemenspannung in einer elektromechanischen Lenkung in jedem Fall zu verhindern.
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Bei einer optimalen Riemenspannung sind sowohl die Lebensdauer des Riemens und der damit im Eingriff stehenden Lager optimiert als auch die Geräuschentwicklung und das Lastwechselverhalten.
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Beispiele für Einrichtungen zur Riemenspannung in elektrischen Kraftfahrzeugservolenkungen sind in der Offenlegungsschrift
DE 10 304 189 A1 enthalten.
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Verfahren und Vorrichtungen für die Messung und gegebenenfalls Einstellung der Riemenspannung sind ebenfalls bekannt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 19 16 574 A1 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Spannung eines Riemens, bei der der Riemen zu Schwingungen angeregt wird, um die Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens zu ermitteln. Aus der Resonanzschwingungsfrequenz des Riemens wird dann auf die Riemenspannung geschlossen. In der Praxis zeigt sich, dass ein Zahnriemen aufgrund seiner Breite nicht das Schwingungsverhalten einer Saite zeigt. Während eine schwingende Saite eine ausgeprägte Resonanzfrequenz aufweist, ist bei einem Zahnriemen eine solche einzelne Resonanzfrequenz nicht zu bestimmen. Vielmehr sind in dem Zahnriemen in Laufrichtung des Riemens viele Materialstränge in Form von Bündeln von zugfesten Fasern parallel zueinander angeordnet, die die Zugfestigkeit und Formbeständigkeit des Zahnriemens garantieren. Diese Elemente weisen jeweils für sich ein isoliertes Schwingverhalten auf. Da diese Elemente über andere Bestandteile des Riemens miteinander gekoppelt sind, wird auch noch ein Spektrum von gekoppelten Schwingungen erzeugt, das die Auswertung sehr komplex macht. Dementsprechend ist die Reproduzierbarkeit der Messung bei Zahnriemen unbefriedigend.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2007 019 258 A1 beschreibt ein Verfahren für den Zusammenbau einer elektrischen Hilfskraftlenkung, bei dem die Zahnriemenspannung entweder, wie bei dem oben genannten Stand der Technik, über einen Messtaster und Analyse der Eigenfrequenz der Schwingungen des Zahnriemens erfasst wird, oder über einen Messtaster eine Kraft auf das freie Trum des Riementriebs vertikal zur Riemenoberfläche ausgeübt wird. Der Messtaster ist dabei ein Dorn oder Stift, der punktuell auf den Zahnriemen gedrückt wird. Aus der Kraft oder dem Weg oder aus der Auswertung des Kraft/Weg-Diagramms wird auf die Riemenspannung geschlossen. Die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 002 304 A1 derselben Anmelderin zeigt eine entsprechende Messvorrichtung mit einem Stempel, der punktuell auf das freie Zahnriementrum wirkt. Auch hier wird die Kraft oder der Weg als Maß für die Riemenspannung ausgewertet.
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Es zeigt sich in der Praxis, dass die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse ebenfalls unbefriedigend ist. Der Messtaster in Form eines Stempels oder eines Dorns erfasst den Zahnriemen nur punktuell. Die in den Zahnriemen im Umlaufrichtung eingearbeiteten Zugstränge können aber, wie oben bereits dargestellt wurde, ungleichförmig sein, so dass die Messung davon abhängt, ob der Messtaster im Bereich eines kürzeren oder eines längeren Faserstranges in Umlaufrichtung auf den Riemen aufgebracht wird.
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Im Rahmen von Versuchen zu besseren Messverfahren hat die Anmelderin Versuche mit Messtastern oder Stempeln durchgeführt, die quer zu der Laufrichtung des Riemens auf ein freies Trum des Zahnriemens gedrängt wurden, wobei der Stempel oder Messtaster so breit gestaltet wurde, das er im Wesentlichen der Breite des Zahnriemens entspricht. Dabei ergibt sich eine Anlagefläche quer zur Laufrichtung, die etwa parallel zu den einzelnen Zähnen des Zahnriemens verlief. Auch hierbei zeigt sich, dass das Verfahren selbst mit einem Messtaster, der die gesamte Zahnriemenbreite erfasst, einen Messfehler im Bereich von 30% aufweist.
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Das
US-Patent US 7,210,361 B1 zeigt eine gattungsbildende Messvorrichtung zur Messung der Spannung eines Zahnriemens mit einem Messelement, das eine Messgabel mit zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Messzapfen aufweist und das mit dem Riemen in Anlage bringbar und zur mechanischen Einwirkung auf den Riemen antreibbar ist. Hier sind die beiden Messzapfen in einem Abstand auf derselben Seite des Riemens angeordnet. Ein Messtaster drückt den Zahnriemen zwischen den Messzapfen ein und die Durchbiegung wird als Maß für die Riemenspannung ausgewertet. Auch diese Messvorrichtung erbringt keine höhere Messgenauigkeit als das Verfahren nach der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 002 304 A1 .
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung für die Messung der Riemenspannung in einem Riemengetriebe, insbesondere in einem Zahnriemengetriebe, mit höherer Messgenauigkeit und besserer Reproduzierbarkeit zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird von einer Messvorrichtung mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.
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Weil bei einer Messvorrichtung zur Messung einer Riemenspannung in einem Riementrieb mit einem Messelement, das eine Messgabel mit wenigstens zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Messzapfen aufweist und das mit einem Riemen in Anlage bringbar und zur mechanischen Einwirkung auf den Riemen antreibbar ist, erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Messelement in der Messvorrichtung um eine Drehachse drehbeweglich gelagert ist, kann die Messgabel um ihre Längsachse gedreht werden, so dass ein Messelement mit der äußeren Oberfläche des Zahnriemens in Anlage kommt und das andere Messelement mit der inneren Oberfläche in Anlage kommt. Dadurch wird eine präzisere Messung der Riemenspannung möglich, beispielsweise weil zu Anfang der Messung die dem Riemen eigene Biegesteifigkeit unabhängig von der Riemenspannung gemessen werden kann, und diese dann bei der Ermittlung der Riemenspannung berücksichtigt werden kann.
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Weil die Messvorrichtung eine Messgabel aufweist, die zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Messelemente aufweist, wobei die Messgabel eine Längsachse aufweist und die Messelemente gegenüber der Längsachse voneinander beabstandet sind, die Messelemente der Messachse zugewandt eine teilzylindrische Oberfläche aufweisen und der Abstand der Messelemente voneinander für das Einführen eines Zahnriemens zwischen die Messelemente geeignet ist, kann die Messgabel quer zu der Laufrichtung des Riemens so über den Riemen geführt werden, dass ein Messelement oberhalb und ein zweites Messelement unterhalb des Zahnriemens positioniert ist. Sodann kann die Messgabel um ihre Längsachse gedreht werden, so dass ein Messelement mit der äußeren Oberfläche des Zahnriemens in Anlage kommt und das andere Messelement mit der inneren Oberfläche in Anlage kommt. Bei weiterer Drehung ergibt sich durch die neuartige Messvorrichtung die Möglichkeit, den Drehwinkel gegen das Drehmoment aufzuzeichnen. Das entstehende Diagramm aus Drehwinkel und Drehmoment erlaubt eine sehr viel präzisere Messung der Spannung des mit dieser Messgabel beaufschlagten Zahnriemens.
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Die Messgabel weist vorzugsweise einen Schaft auf, der rotationssymmetrisch zu der Längsachse der Messgabel ausgebildet ist. Der Schaft ist vorzugsweise kreiszylindrisch. An einer kreisförmigen Stirnseite des Schaftes, die bei der Messung dem Zahnriemen zugewandt ist, sind zwei Zapfen angeordnet, die sich bezüglich der Längsachse des Schaftes gegenüber liegen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Verhältnis des Abstandes der Messzapfen zur Breite des Riemens zwischen 2 und 4 liegt. Mit Vorteil ist die Länge der Messzapfen gleichgroß, wie die Breite des zu vermessenden Riemens, überdeckt den Riemen also vollständig in seiner Breite. Wegen des einfacheren Handlings ist es besonders vorteilhaft, wenn die Länge der Messzapfen 10% größer ist als die Breite des zu vermessenden Riemens. Bei diesen Verhältnissen ist die Spannung von Zahnriemen besonders gut messbar, die aufgrund ihrer Breite in ihrem Eigenschwingungsverhalten erheblich von der mathematischen Formel für die Schwingungen einer gespannten Saite abweichen.
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Die Messzapfen, die in einem Abstand voneinander parallel zu der Längsachse der Messgabel verlaufen, können verschiedene Formen aufweisen. In einer einfachen Ausführungsform sind die Messzapfen rund und mit einem über die Länge konstanten Durchmesser ausgebildet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Messzapfen im Querschnitt ellipsenförmig oder als sogenanntes Kreisbogenzweieck ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Messzapfen eine der Symmetrieachse der Messgabel zugewandte Flachstelle aufweisen, die dann in abgerundete Seitenbereiche übergeht. Die Form der Messzapfen beeinflusst das Verhältnis zwischen Drehwinkel und Drehmoment, bei einer gegebenen Form ist dieses Verhältnis aber stets reproduzierbar.
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Die Form der Messzapfen auf der der Symmetrieachse zugewandten Seite, die später mit dem Riemen in Anlage gebracht wird, ist über die gesamte Länge der Messzapfen, die sich später über die Breite des Riemens erstreckt, konstant. Sie soll insbesondere so gewählt werden, dass der Riemen bei der Messung nicht beschädigt werden kann. Die Endbereiche der Messzapfen können abgerundet sein oder abgeschrägt sein, so dass nach Art einer Einführungsschräge das zuverlässige Aufsetzen der Messgabel auf den zu vermessenden Riemen vereinfacht wird und insbesondere keine scharfkantigen Bereiche der Messgabel mit dem Riemen in Kontakt kommen können. Die Messgabel weist vorzugsweise an ihrem den Messzapfen abgewandten Ende einen Anschluss für einen Antrieb auf. Der Anschluss kann als Vierkant, Vielzahn oder als Flansch ausgebildet sein. Der Messgabel kann ein Antrieb zugeordnet sein, der für die Aufnahme des Drehmoment/Drehwinkeldiagramms mit einem Winkelsensor und einem Drehmomentsensor versehen sein kann. Insbesondere kann die Vorrichtung mit einem mechanischen Anschlag versehen sein, die als Drehwinkelbegrenzung ausgebildet ist. So kann auch bei einer Fehlfunktion des Antriebs sichergestellt werden, dass die Messgabel nur um einen begrenzten Winkelbereich drehbar ist, der so klein bemessen ist, dass eine Beschädigung des Riemens in jedem Fall ausgeschlossen ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei einer Fehlfunktion des Aktuators oder der Messvorrichtung, die möglicherweise unbemerkt geblieben ist, kein beschädigter Riemen in dem Getriebe vorliegt. Der Anschlag kann aber auch zur Vereinfachung der Messung genutzt werden, da dadurch die Messwiederholgenauigkeit erhöht wird. Bei einem stets konstanten Drehwinkel kann ein entsprechendes Drehmomentmaximum als Korrelation zur Spannkraft ausgewertet werden.
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Weiterhin ist mit Vorteil auch eine Wobbelfunktion der Verdrehung der Messgabel zur Bestimmung des Drehmoment-Winkel-Verlaufes denkbar und möglich. Auch hier können Anschläge als Umkehrpunkte für die Wobbelfunktion dienen.
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Die Maße und die Formgebung der Messgabel werden zweckmäßig auf die zu vermessenden Riemen abgestimmt. So kann die Messgabel symmetrisch zu dem mittigen Schlitz sein, es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Messzapfen der Messgabel, der an der verzahnten Innenseite des Riemens anliegt, quer zu der Drehachse eine Breite aufweist, die bei der Messung wenigstens drei Zahnköpfe der Riemenverzahnung überdeckt und/oder berührt. Der die Außenseite des Riemens berührende Messzapfen kann schmaler, beispielsweise auch rund ausgebildet sein. Das Verhältnis B/H aus der Breite des innen liegenden Messzapfens und der Höhe des Schlitzes zwischen den Messzapfen, in den der Riemen eingeführt wird, liegt vorzugsweise zwischen B/H = 1,5 und B/H = 3.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1: Ein an sich bekanntes elektromechanisches Lenkgetriebe in einer Seitenansicht;
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2: Das Lenkgetriebe aus 1 in einer Draufsicht;
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3: Den Zahnriementrieb des Lenkgetriebes aus 1 in einer isolierten perspektivischen Darstellung mit einer beabstandeten Messgabel;
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4: Das Riemengetriebe aus 3 mit aufgesetzter Messgabel;
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5: Das Riemengetriebe des Lenkgetriebes aus 1 in einem Querschnitt entlang der Linie A-A in einer ersten Spannposition;
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6: Das Getriebe aus 5 in einer zweiten Spannposition mit höherer Riemenspannung;
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7: Eine perspektivische Darstellung mit einer Messgabel, die auf einen Zahnriemen aufgesetzt und gespannt ist;
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8: Die Messgabel aus 7 in einer Stirnansicht;
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9: Die Messgabel aus 8 in einer anderen Stellung; sowie
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10: Eine andere Ausführungsform einer Messgabel mit zylindrischen Messzapfen;
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11: Gerät zur Bestimmung der Riemenspannung.
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Die 1 zeigt eine an sich bekannte mechanische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkungsgehäuse 1, in dem eine Zahnstange 2 längs verschieblich gelagert ist. Zur Servounterstützung der Lenkbewegung ist ein elektrischer Servomotor 3 vorgesehen, der über ein Riemengetriebe und einen Kugelumlauf auf die Zahnstange 2 wirkt.
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Die 2 zeigt das Lenkgetriebe aus 1 in einer um 90 Grad um die Längsachse der Zahnstange 2 gedrehten Darstellung. Das Lenkungsgehäuse 1 weist einen hier erkennbaren Gehäuseabschnitt 4 auf, in dem der Kugelumlauf für den Antrieb der Zahnstange 2 angeordnet ist. Es ist erkennbar, dass eine Drehachse 5 des Servomotors 3 parallel zu einer Längsachse 6 der Zahnstange 2 ausgerichtet ist, wobei die Längsachse 6 die Verschieberichtung der Zahnstange im Betrieb darstellt.
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Die 3 zeigt perspektivisch den Servomotor 3 mit seiner Drehachse 5 aus den 1 und 2. Der Servomotor 3 verfügt an seiner Abtriebsseite über ein Ritzel 7, das mit einem Zahnriemen 8 in Eingriff steht. Der Zahnriemen 8 treibt eine Riemenscheibe 9 an, die mit dem nicht dargestellten Kugelumlauf in Eingriff steht. Die Riemenscheibe 9 umgibt den Kugelumlauf und die Zahnstange 2 in eingebautem Zustand gemäß 2.
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In einem Abstand von dem Zahnriemen 8 ist eine Messgabel 10 dargestellt, die auf den Zahnriemen 8 aufsetzbar ist. Die Messgabel 10 weist eine Symmetrieachse 11 auf, die zugleich auch im Betrieb die Drehachse der Messgabel 10 darstellt. Weiter weist die Messgabel 10 einen Schaft 12 auf, der langgestreckt zylindrisch ausgebildet ist. An einem ersten freien Ende 13 des Schaftes 12 sind zwei sich gegenüber liegende Zapfen 14 und 15 ausgebildet, die an dem Schaft 12 einstückig angeformt sind, die sich parallel zu der Drehachse 11 erstrecken und voneinander beabstandet sind. An dem Ende, das den Messzapfen 14 gegenüber liegt, trägt die Messgabel 10 einen Anschluss 16 für einen Antrieb. Der Anschluss 16 ist hier als Innenvierkant ausgebildet.
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Die 4 zeigt die Anordnung aus 3. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern.
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In der 4 ist dargestellt, wie die Messgabel 10 auf den Zahnriemen aufgesetzt ist. Der Zahnriemen 8 wird dabei zwischen die Messzapfen 14 und 15 eingeführt, so dass in der 4 nur der Messzapfen 14 sichtbar ist, der an der Außenseite des Zahnriemens an einem Riementrum 17 anliegt, das frei zwischen dem Ritzel 7 und der Riemenscheibe 9 verläuft. Dem Riementrum 17 gegenüber liegt ein zweites Riementrum 18. Die Messzapfen 14 und 15 erstrecken sich mit ihren Längsachsen parallel zu der Oberfläche des Zahnriemens 8, der im Wesentlichen flach ausgebildet ist. Die Längsachse der Zapfen und die Längsachse 11 der Messgabel 10 verlaufen dabei parallel zu der Oberfläche des Riementrums 17 und senkrecht zu der Laufrichtung des Zahnriemens 8 im Betrieb.
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Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Länge der Messzapfen 14 und 15 so gewählt, dass sie den Zahnriemen 8 in seiner gesamten Breite überdecken und noch etwa 10% über die Breite des Riemens hinausstehen. Es kann eine Überdeckung von nur 70% der Riemenbreiten vielen Fällen für eine erforderliche Messgenauigkeit ausreichend sein. Eine vollständige Überdeckung der Breite des Zahnriemens durch die Messzapfen 14, 15 der Messgabel 10 ist jedoch zu bevorzugen. Dabei ist wegen der Vereinfachung der Handhabung sogar noch zu bevorzugen, dass die Messzapfen etwa 10% über die Riemenbreite hinausstehen.
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Die 5 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A aus 1. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern. In diesem Querschnitt ist die Zahnstange 2 mit einem Kugelumlauf 19 dargestellt, wobei der Kugelumlauf 19 unmittelbar mit der umgebenden Riemenscheibe 9 antriebsmäßig verbunden ist. Der Kugelumlauf 19 wirkt auf einen Gewindespindelabschnitt der Zahnstange 2 als Spindeltrieb zur Wandlung der Drehbewegung, die durch den Servomotor 3 über den Riementrieb erzeugt wird, in eine Längsbewegung in Richtung der Längsachse 6 der Zahnstange 2, wie sie zu Lenkbewegungen in Kraftfahrzeugen erforderlich ist.
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Das Getriebegehäuse 4 weist einen Flansch 20 auf, in dem der Servomotor 3 mit Befestigungsschrauben 31 über Langlöcher 21 zur Spannung des Zahnriemens 8 verschieblich befestigbar ist. Durch Verschieben des Elektromotors in den Langlöchern 21 wird der Abstand der Drehachse 5 des Elektromotors von der Zahnstange 2 in an sich bekannter Weise variiert. Das Getriebegehäuse 4 weist eine parallel zu der Drehachse 5 des Elektromotors 1 verlaufende Bohrung 22 auf, in die die Messgabel 10 so einsetzbar ist, dass der Messzapfen 14 an der äußeren Oberfläche des Zahnriemens 8 positioniert wird, während der andere Messzapfen 15 an der inneren, verzahnten Oberfläche des Zahnriemens 8 positioniert wird. Entsprechend ist der Freiraum zwischen den Zapfen oder auch Stiften der Messgabel senkrecht zur Flächennormalen X der äußeren Riemenoberfläche ausgerichtet. Die Messgabel 10 ist in der Bohrung 22 um einen Winkel +/–β drehbar.
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Die 6 zeigt einen Querschnitt entsprechend 5, wobei der Elektromotor 3 mit seinen Befestigungsschrauben 31 in den Langlöchern 21 in eine zahnstangenferne Position verlagert ist. In dieser Position ist die Spannung des Zahnriemens 8 maximal.
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Die 7 zeigt in einer perspektivischen Prinzipdarstellung die Messgabel 10 mit den Messzapfen 14 und 15 sowie mit dem Zahnriemen 8, der zwischen den Messzapfen 14 und 15 verläuft, wie dies bereits zu 4 beschrieben ist. Die Messgabel 10 ist um ihre Drehachse 11 gedreht, so dass der Messzapfen 14 mit einer in Drehrichtung voreilenden Seite auf die äußere Oberfläche des Zahnriemens 8 drückt, während der Messzapfen 15 mit einer voreilenden Seite gegen die im Betrieb innen liegende, verzahnte Oberfläche des Zahnriemens 8 drängt. Der Zahnriemen 8 wird dadurch an der mit der Messgabel 10 beaufschlagten Stelle S-förmig verformt.
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Durch einen an dem Anschluss 16, der in der 7 nicht sichtbar ist, angreifenden Antrieb mit einem Drehwinkelsensor und einem Drehmomentsensor kann eine Funktion des Drehmoments in Abhängigkeit von dem Drehwinkel aufgenommen werden. Diese Funktion ist kennzeichnend für die Riemenspannung des Zahnriemens 8. Die Messgabel 10 erlaubt aufgrund ihrer Ausgestaltung mit stirnseitigen Messzapfen 14 und 15 sowie aufgrund ihrer Drehbarkeit um die Drehachse 11 eine solche Messung, deren Präzision besonders hoch ist und die insbesondere auch Messwerte liefert, die eine erweiterte Auswertung der Messung erlauben, da beispielsweise die Biegesteifigkeit des Zahnriemens gemessen und berücksichtigt werden kann.
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Die 8 zeigt die Anordnung aus 7 in einer Stirnansicht in Richtung der Drehachse 11.
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Die 9 zeigt die Messgabel 10 mit den Messzapfen 14 und 15 im Eingriff mit dem Zahnriemen 8, wobei die Messgabel 10 um ihre Drehachse entgegengesetzt zu der Darstellung gemäß 7 und 8 verdreht ist. Diese Darstellung zeigt, dass die Messgabel 10 zur Messung der Riemenspannung in zwei Richtungen verdreht werden kann, nämlich einmal in der Darstellung aus 8 im Uhrzeigersinn und in der Darstellung gemäß 9 gegen den Uhrzeigersinn. Beide Drehbewegungen können für sich zur Messung der Riemenspannung eingesetzt werden. Ein besonders genaues Ergebnis ergibt sich, wenn für eine Messung der Riemenspannung des Zahnriemens 8 beide Drehbewegungen durchgeführt, separat erfasst und dann gemeinsam ausgewertet werden. Dadurch kann beispielsweise eine Asymmetrie des Riementriebs berücksichtigt und das Messergebnis entsprechend korrigiert werden. Es ist dabei auch denkbar und möglich, diese Drehung mit vorgegebener Frequenz abwechselnd in beide Drehrichtungen mehrfach auszuführen (= Wobbelfunktion) und die Auswertung über mehrere Zyklen hinweg durchzuführen.
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Die Messgabel 10 ist im Bereich der Messzapfen 14 und 15 so ausgebildet, dass die äußere Oberfläche der Messzapfen 14 und 15, die nicht in Kontakt mit dem Zahnriemen 8 kommt, Teil eines zylindrischen Mantels ist, so dass die äußeren Oberflächen der Messzapfen 14 und 15 nicht über die äußere Umfangsfläche des Schaftes 12 in Radialrichtung nach außen hervorstehen. Der Zwischenraum, der zwischen den Messzapfen 14 und 15 zur Aufnahme des Zahnriemens 8 gebildet ist, ist als Schlitz in das Material der Messgabel 10 eingearbeitet. Die Formgebung der inneren Oberflächen der Messzapfen 14 und 15 ist abgerundet, damit keine scharfkantigen Bereiche mit dem Zahnriemen 8 in Kontakt kommen. Die innere Oberfläche kann beispielsweise teilelliptisch, teilkreisförmig oder auch flach mit abgerundeten Übergangsbereichen sein. Der Querschnitt der Messzapfen 14 und 15 ist im Wesentlichen gleich, wie dies in 8 und 9 ersichtlich ist. Der Querschnitt der Messzapfen 14 und 15 ist auch in Richtung der Drehachse 11 in dem Bereich, in dem die Messgabel 10 im Betrieb an dem Zahnriemen 8 anliegt, konstant.
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10 zeigt schließlich eine Messgabel 23, die als Messzapfen zwei zylindrische Stifte 24 aufweist. Die Stifte 24 sind an ihren freien Enden 25 abgerundet. Diese Messgabel 23 kann ebenso wie die Messgabel 10 in der beschriebenen Weise auf den Zahnriemen 8 aufgesetzt werden und durch Verdrehung um die Drehachse 11 dann die Funktion Drehwinkel/Drehmoment aufgezeichnet werden. Die Stifte der Messgabel können auch noch weitere Formen annehmen. Insbesondere können die Messzapfen auch unterschiedliche Formen besitzen.
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11 veranschaulicht eine Messeinheit, die auch als transportables Gerät 100 ausgebildet sein kann. Die Messgabel 10 mit den Messzapfen 14, 15 wird über eine Verzahnung 101 durch einen Antriebszapfen 102 in Drehung versetzt. Der Antriebszapfen 102 wird durch einen Elektromotor 103 angetrieben. Eine Steuerung 104 treibt den Elektromotor an, misst dabei den Verdrehungswinkel 13 und den Treiberstrom I als Referenz für das Drehmoment mit der die Messgabel 10 gegenüber dem Zahnriemen 17 verdreht wird. Die Steuerung 104 berechnet daraus die Zahnriemenspannung oder eine Größe, die dafür repräsentativ ist. In der Anzeige 105 wird Wert der Zahnriemenspannung oder der dafür repräsentative Wert ausgegeben. Diese Messeinheit kann direkt in der Anordnung, wie sie in 4 veranschaulicht ist, eingesetzt werden.
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Alternativ ist es denkbar und möglich, mit einem Drehmomentenschlüssel direkt am Anschluss 16 anzusetzen, den Drehmomentenschlüssel um einen vordefinierten Winkel, von beispielsweise 30° oder 40° oder 90°, zu verdrehen und das Drehmoment als Maßstab für die Riemenspannung zu verwenden. Dabei kann in einer Tabelle für den jeweiligen Anwendungsfall eine Zuordnung zwischen Riemenspannung und Drehmoment, bei vorgegebenem Verdrehungswinkel, abgelegt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkungsgehäuse
- 2
- Zahnstange
- 3
- Servomotor
- 4
- Gehäuseabschnitt
- 5
- Drehachse
- 6
- Längsachse
- 7
- Ritzel
- 8
- Zahnriemen
- 9
- Riemenscheibe
- 10
- Messgabel
- 11
- Symmetrieachse
- 12
- Schaft
- 13
- freies Ende
- 14
- Zapfen
- 15
- Zapfen
- 16
- Anschluss
- 17
- Riementrum
- 18
- Riementrum
- 19
- Kugelumlauf
- 20
- Flansch
- 21
- Langlöcher
- 22
- Bohrung
- 23
- Messgabel
- 24
- Stifte
- 25
- freie Enden
- 31
- Befestigungsschrauben
- 100
- Gerät
- 101
- Verzahnung
- 102
- Antriebszapfen
- 103
- Motor
- 104
- Steuerung
- 105
- Anzeige
- β
- Verdrehwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10304189 A1 [0005]
- DE 1916574 A1 [0007]
- DE 102007019258 A1 [0008]
- DE 102008002304 A1 [0008, 0011]
- US 7210361 B1 [0011]
