DE102015209092A1

DE102015209092A1 - "Verfahren und Messvorrichtung zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements"

Info

Publication number: DE102015209092A1
Application number: DE102015209092.2A
Authority: DE
Inventors: Hanno Rabe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2035-05-20
Also published as: DE102015209092B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements (20). Das Verfahren umfasst das Versetzen (30) des Elements (20) in mechanische Schwingung, das Bestrahlen (31) des in mechanische Schwingung versetzten Elements (20) mit Mikrowellenstrahlung, das Empfangen (32) einer von dem in Schwingung versetzten Element (20) reflektierten Mikrowellenstrahlung und das Bestimmen (33, 33a, 33b, 33c) des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements (20) auf Grundlage der von dem in Schwingung versetzten Element (20) reflektierten Mikrowellenstrahlung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messvorrichtung zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements, insbesondere eines Riemens eines Riementriebs, beispielsweise eines Riementriebs eines Kraftfahrzeugs.
Ein Riemen, der in einem Riementrieb verbaut ist, ist mechanischen Zugspannungen ausgesetzt, die sich auf die Beschaffenheit des Riemens und die Effektivität des Riementriebs auswirken. In ähnlicher Wiese werden in einer Förderanlage verbaute Fördergurte durch Zugspannungen, denen sie ausgesetzt sind, beeinflusst.
Daher sollte die Beschaffenheit von Riemen und Fördergurten regelmäßig überprüft werden. Zum Beispiel kann eine Verbindung eines Fördergurts überwacht werden. Diesbezüglich schlägt beispielsweise die DE 199 023 759 A1 vor, eine Position von Messmarken im Bereich der Verbindung zu ermitteln und auf Grundlage der ermittelten Positionen Rückschlüsse auf die Festigkeit der Verbindung zu ziehen.
Weiterhin kann durch gezielte Wahl der mechanischen Zugspannung bei der Montage sowie Justage eines Riemens eines Riementriebs eine Abnutzung des Riemens reduziert werden und die Kraftübertragung durch den Riemen verbessert werden. Dazu ist es erforderlich eine Zugkraft (Trumkraft) des Riemens bzw. eine Eigenfrequenz des Riemens zu ermitteln.
Es ist bekannt, die Zugkraft kontaktbehaftet über eine Federwaage oder kontaktlos durch optische oder akustische Ermittlung der Eigenfrequenz zu bestimmen. Beispielsweise schlägt die Firma Hilger und Kern in dem Produktblatt „Industrieelektronik TRUMMETER^® Spannung messen...“ (DOPAG-2011.03) die Nutzung eines optischen Verfahrens zum Ermitteln der Eigenfrequenz vor. Die Firma SIT S.p.A. schlägt in dem Produktblatt „Power Transmission Solutions TEN-SIT^®“ (152.04 – 02/13 (1000 – 02/13)) die Nutzung eines akustischen Verfahrens zum Ermitteln der Eigenfrequenz vor.
Der Anwendungsbereich von optischen und akustischen Verfahren zum Ermitteln der Eigenfrequenz ist jedoch begrenzt. So können bei akustischen Verfahren Umgebungsgeräusche das akustische Signal überlagern und verfälschen. Bei optischen Verfahren muss die Reflektivität des Riemens oftmals durch einen für den Messvorgang angebrachten Reflektor erhöht werden. Weiterhin sind optische Verfahren empfindlich gegen Schmutz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Messvorrichtung bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements nach Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Messvorrichtung zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements nach Anspruch 9 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements, umfassend:
Versetzen des Elements in mechanische Schwingung;
Bestrahlen des in mechanische Schwingung versetzten Elements mit Mikrowellenstrahlung;
Empfangen einer von dem in Schwingung versetzten Element reflektierten Mikrowellenstrahlung; und
Bestimmen des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements auf Grundlage der von dem in Schwingung versetzten Element reflektierten Mikrowellenstrahlung.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements, das in Schwingung versetzt ist, insbesondere zum Ausführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, umfassend:
Sendemittel zum Bestrahlen des in mechanische Schwingung versetzten Elements mit Mikrowellenstrahlung;
Empfangsmittel zum Empfangen einer von dem in Schwingung versetzten Element reflektierten Mikrowellenstrahlung; und
Auswertemittel zum Bestimmen des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements auf Grundlage der von dem in Schwingung versetzten Element reflektierten Mikrowellenstrahlung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements, beispielsweise einer Eigenfrequenz und/oder einer Amplitude des unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements (nachfolgend auch als „Element“ bezeichnet). Das Element kann ein Zugelement eines Zugmitteltriebs sein, das zwischen zwei Antriebswellen gespannt ist. Zum Beispiel kann das Element ein Riemen eines Riementriebs sein, insbesondere eines Riementriebs eines Kraftfahrzeugs oder eines Generators. Der Riemen kann als Flachriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen, Zahnriemen oder Rundriemen ausgebildet sein.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Element in mechanische Schwingung versetzt. Dies kann beispielsweise durch manuelles oder automatisches Zupfen des Elements oder durch manuelles oder automatisches Klopfen auf das Element erfolgen.
Anschließend wird das in mechanische Schwingung versetzte Element mit Mikrowellenstrahlung bestrahlt. Die Mikrowellenstrahlung kann beispielsweise eine oder mehrere Trägerwellen mit Frequenzen im Bereich von 300 MHz bis 300 GHz umfassen. Bevorzugt weist die Mikrowellenstrahlung eine oder mehrere Trägerwellen im Mikrowellenbereich für zivile Anwendungen, insbesondere für den Betrieb von Sensoren, zugelassenen Frequenzen auf. Beispielsweise kann die Mikrowellenstrahlung eine oder mehrere Trägerwellen im X-Band, das durch einen Frequenzbereich von 8,2 GHz bis 12,4 GHz definiert ist, und/oder im K-Band, das durch einen Frequenzbereich von 18 GHz bis 26,5 GHz definiert ist, umfassen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine von dem in Schwingung versetzten Element reflektierte Mikrowellenstrahlung empfangen. Bei der Reflexion der Mikrowellenstrahlung erfolgt eine Modulation der zum Bestrahlen des in mechanische Schwingung versetzten Elements eingesetzten Mikrowellenstrahlung auf Grundlage der mechanischen Schwingung des Elements. Die reflektierte Mikrowellenstrahlung kann somit als modulierte Mikrowellenstrahlung verstanden werden.
Auf Grundlage der von dem in Schwingung versetzten Element reflektierten Mikrowellenstrahlung wird dann das mechanische Schwingungsverhalten des Elements bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Dopplerprinzip und ermöglicht eine einfache Messung mit hoher Dynamik und geringer Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, Umgebungsgeräuschen und anderen Einflüssen durch die Umgebung.
Bevor das Bestimmen des mechanischen Schwingverhaltens des Elements im Detail beschrieben wird, werden zunächst die physikalischen Grundlagen der mechanischen Schwingung des Elements, der zum Bestrahlen des in mechanische Schwingung versetzten Elements eingesetzten Mikrowellenstrahlung und der reflektierten Mikrowellenstrahlung erläutert.
Dadurch, dass das Element in Schwingung versetzt wird, entsteht am Ort x₀ eine zeitabhängige Auslenkung u(x₀, t) aus der Ruhelage des Elements. Der zeitliche Verlauf der zeitabhängigen Auslenkung ergibt sich aus einer Summe der Grundschwingung bei einer Kreisfrequenz ω₀ mit einer Vielzahl an Oberwellen der Ordnung n mit der Frequenz nω₀. Vereinfachend wird nachfolgend nur die Auslenkung der Grundschwingung betrachtet, die sich durch die folgende Formel ausdrücken lässt: u(x₀, t) = k₁(x₀)cos(ω₀t) (I)
Die Konstante k₁(x₀) ergibt sich aus der Art der Anregung, hauptsächlich durch die Auslenkung des Elements beim Zupfen des Elements und die Position x₀ der Anregung.
Das unter Zugspannung stehende Element wird am Ort x₀ mit Mikrowellenstrahlung bestrahlt. Die Mikrowellenstrahlung umfasst eine Trägerwelle mit einem Sendesignal s(t), die beispielsweise sinusförmig oder cosinusförmig sein kann.
Die Trägerwelle mit dem Sendesignal s(t) wird durch das in mechanische Schwingung versetzte Element mit einer Funktion Γ(x₀, t) reflektiert, wobei gilt:
Im Fall eines sinusförmigen Sendesignals s(t) der Mikrowellenfrequenz ω_HF ergibt sich die Ausbreitungskonstante β der elektromagnetischen Welle zu
wobei c der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Trägerwelle mit dem Sendesignal s(t) im Medium zwischen einem Sendemittel, mit dem das in Schwingung versetzte Element mit Mikrowellenstrahlung bestrahlt wird, und einer Oberfläche des Elements entspricht.
Die Trägerwelle mit dem Sendesignal s(t) wird bei der Reflexion auf Grundlage der Funktion Γ(x₀, t), die von der mechanischen Schwingung des in Schwingung versetzten Elements abhängt, moduliert. Die reflektierte Welle x(t) lässt sich wie folgt ausdrücken:
Die Konstante K beinhaltet die Sende- und Empfangsgewichte von Antennendiagrammen des Sendemittels in Richtung einer Reflexionsstelle bei der Frequenz ω_HF. Der Term r – u(x₀, t) im Nenner der Formel (III), der einen Abstand zwischen Sendemitteln sowie Empfangsmitteln zum Empfangen der reflektierten Welle x(t) und der Reflexionsstelle auf dem Element bewirkt eine Dämpfung. Der veränderliche Abstand bei der Anregung der mechanischen Schwingung des Elements führt außerdem zu einer Phasenverschiebung des Empfangssignals x(t) gegenüber dem Sendesignal s(t).
Zum Bestimmen des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements auf Grundlage der reflektierten Mikrowellenstrahlung kann ein Basisbandsignal erzeugt werden. Dazu kann die empfangene, von dem in Schwingung versetzten Element reflektierte Mikrowellenstrahlung auf Grundlage der zum Bestrahlen des in mechanische Schwingung versetzten Elements eingesetzten Mikrowellenstrahlung in ein Basisband überführt werden.
Zum Beispiel kann die Mikrowellenstrahlung mittels einer I/Q-Mischung (In-Phase-&-Quadrature-Verfahren) kohärent in das komplexe Basisband überführt werden. Für das Empfangssignal x(t) aus Formel (III), durch das die reflektierte Mikrowellenstrahlung ausgedrückt sein kann, ergibt sich das folgende Basisbandsignal d(t) in Form einer komplexen Funktion:
Alternativ kann zur Mischung der reflektierten Mikrowellenstrahlung auch nur eine Mischstufe eingesetzt werden, durch die nur ein Realteil und/oder ein Imaginärteil des Basisbandsignals d(t) aus Formel (IV) bereitgestellt wird, wobei der Realteil und/oder der Imaginärteil jeweils separat zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise sequentiell oder gleichzeitig. Die Anwendung der sequentiellen Messung von Real- und Imaginärteil ist der parallelen Messung vorzuziehen. Eine parallele Messung halbiert die Messrate, erfordert jedoch eine parallele Signalauswertung, die sich in der Komplexität der Auswerteelektronik widerspiegelt.
Zum Bestimmen des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements kann eine Amplitudeninformation und/oder eine Phaseninformation im Basisbandsignal, beispielsweise der komplexen Funktion d(t), ausgewertet werden. Beispielsweise ist das durch die Mischung der reflektierten Mikrowellenstrahlung erhaltene Basisbandsignal phasenmoduliert, so dass die Phaseninformation des Basisbandsignals ausgewertet werden kann. Auf Grundlage der Phaseninformation kann dann das mechanische Schwingungsverhalten, beispielsweise die Eigenfrequenz, des Elements bestimmt werden.
Alternativ kann die im Basisbandsignal enthaltene Amplitudenmodulation verwendet werden. Auf Grundlage der Amplitudeninformation kann dann das mechanische Schwingungsverhalten, beispielsweise die Eigenfrequenz, des Elements bestimmt werden.
Vorzugsweise erfolgt das Bestimmen des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements durch Auswertung der Phaseninformation. Im Folgenden wird daher die Auswertung des Basisbandsignals d(t) mittels Phasendemodulator erläutert. Zur Vereinfachung wird die Amplitude des Basisbandsignals d(t) als zeitlich konstant angenommen.
Die komplexe Funktion lässt sich in Form eines Zeigerdiagramms in der komplexen Zahlenebene, wie es in 1 gezeigt ist, darstellen. Die Amplitude eines Zeigers k fasst alle konstanten Größen wie den Reflexionsfaktor der Oberfläche des Elements und die abstandsabhängige Dämpfung und die Richtwirkung von Sende- und Empfangsmitteln zusammen. Ein Winkel α zwischen einer Realteil-Achse Re{d(t)} und dem Zeiger k entspricht einer Winkellage des Zeigers k in der Ruhelage des Elements, wenn gilt: u(x₀, t) = 0. Der Winkel α hängt beispielsweise von dem Abstand der Sende- und Empfangsmittel zu dem Element, der Reflexionsphase der Oberfläche des Elements, den Parametern der Sende- und Empfangsmittel und von der Ausbreitungskonstante ß ab.
Wird das Element in Schwingung versetzt, so ergibt sich bei Anregung der Grundfrequenz ω₀ eine Auslenkung des Zeigers k mit dem Phasenhub φ zu: φ = 2βk₁(x₀) (V)
Die Phasendemodulation des Basisbandsignals d(t) ergibt als Phaseninformation das Zeitsignal u_ph(t): u_ph(t) = 2βk₁(x₀)cos(ω₀t) (VI)
Durch ein Frequenzschätzungsverfahren kann aus dem Zeitsignal u_ph(t) die mechanische Grundfrequenz f₀ des Elements ermittelt werden. Das Frequenzschätzungsverfahren kann das Bestimmen einer Grundwelle der im Basisbandsignal enthaltenen Grundfrequenz f₀ und das Bestimmen der im Basisbandsignal enthaltenen Grundfrequenz f₀ auf Grundlage der Grundwelle umfassen. Die Frequenzschätzung kann beispielsweise mittels einer diskreten Fouriertransformation mit Peaksuche erfolgen, wobei die Grundwelle zuverlässig erkannt werden kann, wenn neben der Grundschwingung harmonische Signale auftreten. Alternativ kann die Frequenzschätzung mittels einer Nulldurchgangszählung erfolgen, die eine plausible Frequenzschätzung bei einer Anregung mit hohem Grundwellenanteil erzeugt.
Wie oben bereits erwähnt, kann bei der Mischung der reflektierten Mikrowellenstrahlung ein separat zur Verfügung stehender Realteil und/oder ein separat zur Verfügung stehender Imaginärteil des Basisbandsignals d(t) aus Formel (IV) bereitgestellt werden. Zum Bestimmen des mechanischen Schwingungsverhaltens kann eine Grundwelle der im Basisbandsignal enthaltenen Grundfrequenz f₀ bestimmt werden und die im Basisbandsignal enthaltene Grundfrequenz f₀ auf Grundlage der Grundwelle bestimmt werden. Beispielsweise können Nulldurchgänge des Realteils ermittelt werden, wobei der Realteil mit einem ersten Schwellwert verglichen wird, und/oder Nulldurchgänge des Imaginärteils ermittelt werden, wobei der Imaginärteil mit einem zweiten Schwellwert verglichen wird. Der ersten bzw. der zweite Schwellwert kann beispielsweise von der Ruhelage des Elements abhängen, die durch den Winkel α in dem Zeigerdiagramm der 1 definiert ist.
Auf Grundlage der Nulldurchgänge des Realteils und/oder des Imaginärteils kann dann das mechanische Schwingungsverhalten des Elements bestimmt werden. Beispielsweise können dazu die Nulldurchgänge des Realteils und/oder des Imaginärteils des Basisbandsignals d(t) innerhalb eines definierten Zeitintervalls gezählt werden. Aus der Anzahl an Nulldurchgängen des Realteils bzw. des Imaginärteils und dem Zeitintervall kann dann beispielsweise die Eigenfrequenz des Elements als mechanisches Schwingungsverhalten bestimmt werden. Für geringe mechanische Auslenkungen k₁(x₀) des Elements entspricht die ermittelte Frequenz der Grundfrequenz f₀ der mechanischen Schwingung.
Das Auswerten des Realteils und des Imaginärteil, sofern beide für die Bestimmung des mechanischen Schwingungsverhaltens einbezogen werden, kann gleichzeitig oder sequentiell erfolgen.
Vor dem Auswerten des Realteils und/oder des Imaginärteils können diese verstärkt und auf einen auszuwertenden Bereich der möglichen Grundfrequenzen f₀ des Elements begrenzt werden. Durch die Filterung können Störeinflüsse unterdrückt werden, so dass sich die Messgenauigkeit und die Robustheit gegenüber Fehlmessungen erhöht wird. Die Grundfrequenzen f₀ können beispielsweise in einem Bereich von 30 Hz bis 200 Hz liegen.
Die Ruhelage des Elements, die durch den Winkel α des Zeigerdiagramms in 1 definiert ist, ist in der Regel unbekannt. Im Fall des Signalzeigers k in 1 würden die Signale des Realteils und des Imaginärteils des Basisbandsignals d(t) nach Entfernung des Gleichanteils eine Wellenform ergeben, die bei Nulldurchgangszählung zur Frequenzbestimmung jeweils den korrekten Wert für die Grundfrequenz f₀ liefern. Ändert sich aber die Ruhelage zu α = 0° bei gleichem Phasenhub φ, so würde sich bei der Bestimmung der Eigenfrequenz als mechanisches Schwingungsverhalten auf Grundlage lediglich des Realteils oder des Imaginärteils die Frequenz 2f₀ einstellen, da hier innerhalb einer Periode der mechanischen Auslenkung zwei Perioden durchlaufen werden. Daher wird bevorzugt die Bestimmung des mechanischen Schwingungsverhaltens auf Grundlage des Realteil und des Imaginärteils des Basisbandsignals d(t) ermittelt, da so eine eindeutige Messung ermöglicht wird. Die geringere Frequenz entspricht der gewünschten Frequenz f₀.
Durch die Auswertung von Realteil und/oder Imaginärteil ist es möglich, insbesondere wenn das Element so in Schwingung versetzt ist, dass die Auslenkung gering ist, das Schwingungsverhalten durch einen einfachen Messaufbau und mit geringen Rechenbedarf zu bestimmen.
Die Bestimmung des mechanischen Schwingungsverhaltens mittels Phasendemodulation erfordert zwar eine hohe Rechenleistung, ermöglicht aber auch bei größeren mechanischen Auslenkungen ein zuverlässiges Ergebnis.
Durch die Wahl eines geeigneten Ort x₀ des Elements mit geringerer Auslenkung kann die Eindeutigkeit der Messung auch bei dem einfachen Messaufbau wieder hergestellt werden.
Das bestimmte mechanische Schwingungsverhalten des Elements kann anschließend angezeigt werden, beispielsweise durch ein Anzeigemittel wie einen Bildschirm oder eine Anzeige, beispielsweise eine LCD-Anzeige.
Die zum Bestrahlen des Elements eingesetzte Mikrowellenstrahlung kann eine oder mehrere Trägerwellen aufweisen. Beispielsweise wird das Element gleichzeitig oder sequentiell mit mehreren unterschiedlichen Trägerwellen bestrahlt. Die jeweils reflektierten Trägerwellen, die moduliert sind, werden vorzugsweise getrennt ausgewertet. Jedes Auswerteergebnis kann dann bei der Bestimmung des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements berücksichtigt werden. Dadurch kann die Genauigkeit des zu bestimmenden mechanischen Schwingungsverhaltens erhöht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen einer Trumkraft eines unter Zugspannung stehenden Elements, insbesondere eines Zugelements eines Zugmitteltriebs, beispielsweise eines Riemens eines Riementriebs. Gemäß dem Verfahren zum Bestimmen einer Trumkraft eines unter Zugspannung stehenden Elements wird eine Eigenfrequenz des Elements bestimmt, wobei dazu das Verfahren zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements, wie es oben beschrieben wurde, zum Einsatz kommt, und auf Grundlage der Eigenfrequenz des Elements die Trumkraft des Elements berechnet.
Beim Berechnen der Trumkraft kann der mathematische Zusammenhang zwischen Trumkraft F_T und Eigenfrequenz f₀, der Länge l eines Bereichs, in dem das Element Zugspannung ausgesetzt ist, sowie der Masse des Elements pro Längeneinheit m verwendet werden. Die Berechnung kann gemäß folgender Gleichung erfolgen: F = 4lmω₀ (VII)
Oft ist es nicht erforderlich, die mechanische Größe m durch eine separate Messung zu ermitteln, da diese beispielsweise durch den Hersteller des Elements vorgegeben sein kann. Bei Einstellarbeiten wird oft direkt eine Schwingfrequenz des Trums als Sollwert vorgegeben statt die Trumkraft als Sollgröße vorzugeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Messvorrichtung zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements, das in Schwingung versetzt ist. Die Messvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, ein Verfahren zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements und/oder eine Trumkraft des unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements, wie es oben beschrieben wird, auszuführen. Die Messvorrichtung umfasst Sendemittel zum Bestrahlen des in mechanische Schwingung versetzten Elements mit Mikrowellenstrahlung, Empfangsmittel zum Empfangen einer von dem in Schwingung versetzten Element reflektierten Mikrowellenstrahlung und Auswertemittel zum Bestimmen des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements auf Grundlage der von dem in Schwingung versetzten Element reflektierten Mikrowellenstrahlung.
Die Sendemittel können beispielsweise eine Mikrowellenantenne zum Aussenden einer Mikrowellenstrahlung umfassen. Die Mikrowellenantenne kann als separates Bauteil ausgebildet sein oder teilweise oder vollständig in ein geeignetes Bauteil, beispielsweise ein Gehäuse der Messvorrichtung, integriert sein. Die Sendemittel können mit einem Mikrowellengenerator verbunden sein, der in die Messvorrichtung integriert ist oder separat bereitgestellt ist. Vorzugsweise ist zwischen dem Mikrowellengenerator und den Sendemitteln ein Koppler vorgesehen, um den Auswertemitteln Informationen über die ausgesendete Mikrowellenstrahlung zur Verfügung zu stellen.
Die Empfangsmittel können beispielsweise eine Mikrowellenantenne zum Empfangen einer von dem Element reflektierten Mikrowellenstrahlung sein. Die Mikrowellenantenne kann als separates Bauteil ausgebildet sein oder teilweise oder vollständig in ein geeignetes Bauteil, beispielsweise das Gehäuse der Messvorrichtung, integriert sein.
Die Auswertemittel können einen oder mehrere Mischer zum Erzeugen eines Basisbandsignals umfassen, die zum Empfangen der reflektierten Mikrowellenstrahlung mit den Empfangsmitteln verbunden ist. Mit einer Mischung der reflektierten Mikrowellenstrahlung mit Informationen über die ausgesendete Mikrowellenstrahlung, welche aus dem Koppler abgezweigt werden, kann eine kohärente Mischung ins Basisband erfolgen.
Beispielsweise können die Auswertemittel einen Mischer zum Bereitstellen eines Realteils und/oder eines Imaginärteils des Basisbandsignals aufweisen. Zum Beispiel können die Auswertemittel einen I/Q Mischer zum Durchführen einer I/Q-Mischung der reflektierten Mikrowellenstrahlung in das komplexe Basisband umfassen, um die komplexe Funktion d(t) zu erhalten. Ein I/Q-Mischer kann zwei Mischer umfassen, denen das reflektierte Signal separat zugeführt wird. Die Mischungen unterscheiden sich dadurch, dass der eine Mischer das Trägersignal direkt (0°-Phase) In-Phase bekommt, während der zweite Mischer sein Trägersignal erst nach einer Phasenverschiebung um 90° erhält, so dass als Mischergebnis die Quadraturkomponente (Imaginärteil) des Basisbands entsteht. Alternativ können die Auswertemittel einen Mischer zum Bereitstellen eines Realteils des Basisbandsignals und/oder einen Mischer zum Bereitstellen eines Imaginärteils des Basisbandsignals enthalten.
Die Auswertemittel können weiterhin einen oder mehrere Verstärker zum Verstärken des Basisbandsignals und/oder einen oder mehrere Filter zum Filtern eines auszuwertenden Bereichs der möglichen Grundfrequenzen f₀ umfassen.
Außerdem können die Auswertemittel einen Phasendemodulator und einen Frequenzschätzer aufweisen. Der Phasendemodulator kann ein analoger oder digitaler Phasendemodulator sein, der dazu ausgebildet ist, eine Phasendemodulation, beispielsweise eine Phasendemodulation, wie sie oben beschrieben wurde, durchzuführen. Der Frequenzschätzer kann ein analoger oder digitaler Frequenzzähler sein. Beispielsweise kann der Frequenzzähler dazu ausgebildet sein, mittels einer Fouriertransformation oder einer Nulldurchgangszählung eine Eigenfrequenz des Elements als mechanisches Schwingungsverhalten zu bestimmen.
Die Auswertemittel können eine Komparatorschaltung und einen Frequenzzähler enthalten. Die Komparatorschaltung kann beispielsweise ein Komparator sein, der dazu ausgebildet ist, einen Realteil und/oder einen Imaginärteil des Basisbandsignals mit einem Schwellwert zu vergleichen, um Nulldurchgänge des Realteils bzw. der Imaginärteils zu erkennen. Der Frequenzschätzer kann ein analoger oder digitaler Frequenzzähler sein. Beispielsweise kann der Frequenzzähler dazu ausgebildet sein, mittels einer Nulldurchgangszählung eine Eigenfrequenz des Elements als mechanisches Schwingungsverhalten zu bestimmen.
Beispielswiese können die Auswertemittel weiterhin einen Schalter und eine Steuerung zum Schalten des Schalters aufweisen. Der Schalter kann zwischen einem oder mehreren Mischern und der Komparatorschaltung, vorzugsweise vor dem Verstärker und dem Filter, angeordnet sein. In einer ersten Stellung kann der Schalter der Komparatorschaltung den Realteil des Basisbandsignals zur Verfügung stellen und in einer zweiten Stellung kann der Schalter der Komparatorschaltung den Imaginärteil des Basisbandsignals zur Verfügung stellen. Der Imaginärteil kann von demselben Mischer bereitgestellt sein wie der Realteil oder von einem weiteren Mischer. Beispielsweise kann die Steuerung eine Umstellung des Schalters in regelmäßigen Zeitintervallen veranlassen oder wenn an der Glaubwürdigkeit einer bestimmten Eigenfrequenz gezweifelt wird. Die regelmäßigen Zeitintervalle können so gewählt sein, dass pro Messvorgang eines Anteils (Real- oder Imaginär) mindestens einige Schwingungen des Elements ausgeführt werden.
Die Auswertemittel können auch mehrerer Komparatorschaltungen und Frequenzzähler aufweisen, wobei eine erste Komparatorschaltung und ein erster Frequenzzähler auf Grundlage des Realteils des Basisbandsignals eine erste Eigenfrequenz bestimmen und wobei eine zweite Komparatorschaltung und ein zweiter Frequenzzähler auf Grundlage des Imaginärteils des Basisbandsignals eine zweite Eigenfrequenz bestimmen. Die gesamte Eigenfrequenz des Elements kann dann auf Grundlage der ersten und der zweiten Eigenfrequenz bestimmt werden. Damit kann die Genauigkeit der bestimmten Eigenfrequenz erhöht werden.
Die Auswertemittel können weiterhin eine Rechenvorrichtung zum Berechnen einer Trumkraft des Elements auf Grundlage der Eigenfrequenz umfassen. Die Berechnung kann beispielsweise wie oben beschrieben gemäß Formel (VII) erfolgen. Als Rechenvorrichtung kann beispielsweise ein entsprechend eingerichteter Prozessor, beispielsweise ein Mikroprozessor, dienen.
Die Auswertemittel können zudem Anzeigemittel zum Anzeigen des bestimmten mechanischen Schwingungsverhaltens des unter Zugspannung stehenden Elements, insbesondere der Eigenfrequenz, oder der Trumkraft aufweisen. Die Anzeigemittel können eine Anzeige oder ein Display umfassen, beispielsweise eine LCD-Anzeige.
Die Messvorrichtung kann weiterhin eine Vorrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, das Element in Schwingung zu versetzen. Die Vorrichtung kann beispielsweise einen Stift zum Zupfen des Elements und einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, zum Bewegen des Stifts aufweisen. Alternativ kann die Vorrichtung einen Hammer zum Klopfen auf das Element und einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, zum Bewegen des Hammers aufweisen.
Die Messvorrichtung kann als separates Werkzeug ausgebildet sein, das beispielsweise von einem Handwerker, einem Techniker oder einer Privatperson genutzt werden kann. Alternativ kann die Messvorrichtung in eine technische Anlage mit einem Riementrieb, beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder einen Generator, integriert sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem Antrieb, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, einem Elektroantrieb, einem Hybridantrieb oder einem anderen Antrieb, und einem Riementrieb, dessen eine Kraftübertragungsrolle durch den Antrieb bewegt wird. Zur Überwachung eines Riemens des Riementriebs enthält das Kraftfahrzeug eine Messvorrichtung wie sie oben beschrieben ist. Die Messvorrichtung kann in dem Fahrzeug verbaut sein und in regelmäßigen Zeitintervallen das Schwingungsverhalten oder die Trunkraft des Elements bestimmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Basisbandsignals in Form eines Zeigerdiagramms;
2 eine schematische Darstellung eines Riemengetriebes mit einem Trum und einer Messvorrichtung zum Bestimmen einer Eigenfrequenz des Trums;
3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen einer Eigenfrequenz des Trums;
4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
5 ein Flussdiagramm eines Bestimmungsverfahrens, das durch die Messvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel ausführbar ist;
6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
7 ein Flussdiagramm eines Bestimmungsverfahrens, das durch die Messvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ausführbar ist;
8 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung; und
9 ein Flussdiagramm eines Bestimmungsverfahrens, das durch die Messvorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel ausführbar ist.
In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung mit Bezug auf einen Riemen (Trum) eines Riementriebs und dessen Eigenfrequenz als mechanisches Schwingungsverhalten beschrieben. Die Erfindung lässt sich jedoch auf andere unter Zugspannung stehende Elemente und/oder auf ein anderes mechanisches Schwingungsverhalten entsprechend anwenden.
1 zeigt eine Darstellung eines Basisbandsignals in einem Zeigerdiagramm in der komplexen Zahlenebene. Um die physikalischen Grundlagen der Phasendemodulation deutlicher beschreiben zu können, wurde das Zeigerdiagramm weiter oben bereits erläutert, so dass eine weitere Beschreibung an dieser Stelle unterbleibt.
2 zeigt eine Messvorrichtung 1 zur Bestimmung der Eigenfrequenz eines Trums 20 eines Riementriebs 2. Die Messvorrichtung 1 umfasst eine Sendeantenne 10, eine Empfangsantenne 11 und Auswertemittel 12. Die Sendeantenne 10 und die Empfangsantenne 11 sind in Richtung des Trums 20, das zwischen zwei Antriebsrollen 21 gespannt ist, ausgerichtet.
Mit Hilfe der Messvorrichtung 1 aus 2 kann ein Verfahren 3 zum Bestimmen der Eigenfrequenz des Trums 20 durchgeführt werden, das nachfolgend mit Bezug auf 2 und 3 erläutert wird.
Bei 30 wird das Trum 20 wird in eine mechanische Schwingung versetzt. Dazu zupft ein Benutzer der Messvorrichtung 1 mit seinen Fingerspitzen an dem Trum 20. Die mechanische Schwingung des Trums 20 am Ort x₀, der im vorliegenden Beispiel in etwa mittig des Trums 20 angeordnet ist, lässt sich durch die oben erläuterte Funktion u(x₀, t) nach Formel (I) ausdrücken.
Bei 31 wird das in mechanische Schwingung versetzte Trum 20 mit Mikrowellenstrahlung bestrahlt. Dazu wird die Sendeantenne 10, die eine Trägerwelle s(t) mit einer Frequenz von ca. 10 GHz aussendet, in Richtung des Ortes x₀ ausgerichtet. Die Trägerwelle s(t) wird von einem Mikrowellengenerator (nicht gezeigt) erzeugt und direkt oder über einen Koppler (nicht gezeigt) in die Sendeantenne 10 eingespeist. Die Trägerwelle s(t) wird vom Trum 20 reflektiert. Durch die Reflexion wird der Trägerwelle s(t) eine Reflexionsfunktion Γ(x₀, t) aufgeprägt, die die in Formel (II) beschriebene Form aufweist, so dass eine reflektierte Welle x(t) erzeugt wird, die durch Formel (III) definiert ist. Die Reflexionsfunktion Γ(x₀, t) enthält Informationen über das Schwingungsverhalten und ist von der Schwingung u(x₀, t) am Ort x₀ abhängig.
Bei 32 wird die von dem in Schwingung versetzten Trum 20 reflektierte Welle x(t) von der Empfangsantenne 11 der Messvorrichtung 1 empfangen.
Bei 33 wird die Eigenfrequenz f₀ des Trums 20 auf Grundlage der von dem in Schwingung versetzten Trum 20 reflektierten Welle x(t) bestimmt. Dazu dienen die Auswertemittel 12 der Messvorrichtung 1. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Auswertemittel 12 zum Bestimmen der Eigenfrequenz f₀ des Trums 20 und entsprechende Verfahren 33a, 33b, 33c beschrieben.
Mit Bezug auf 4, die eine Messvorrichtung 1a zeigt, und 5, die ein Flussdiagramm eines ersten mit der Messvorrichtung 1a durchführbaren Trumfrequenzbestimmungsverfahrens 33a zeigt, wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Auswertemittel 12a und deren Funktion beschrieben.
Die Auswertemittel 12a umfassen einen I/Q-Mischer 120, der mit der Empfangsantenne 11 verbunden ist. Dadurch wird die reflektierte Welle x(t) an den I/Q-Mischer 120 geleitet. Bei 330 wird die reflektierte Welle x(t) durch den I/Q-Mischer 120 mittels einer I/Q-Mischung in das Basisband überführt und ein Basisbandsignal d(t) erzeugt, das der I/Q-Mischer 120 ausgibt.
Weiterhin umfassen die Auswertemittel 12a einen Phasendemodulator 121, der mit dem I/Q-Mischer 120 in Verbindung steht, um das Basisbandsignal d(t) zu empfangen. Bei 331 wird das Basisbandsignal d(t) mit dem Phasendemodulator 121 phasendemoduliert, um eine Phaseninformation des Basisbandsignals d(t) zu ermitteln. Die Phasendemodulation folgt den allgemeinen Prinzipien, die im allgemeinen Teil beschrieben wurden.
Außerdem umfassen die Auswertemittel 12a einen Frequenzzähler 122, der mit dem Phasendemodulator 121 in Verbindung steht, um die ermittelte Phaseninformation zu empfangen. Bei 332 wird mit Hilfe des Frequenzzählers 122 auf Grundlage der Phaseninformation die Eigenfrequenz f₀ des Trums bestimmt. Dabei wird eine Fouriertransformation der Phaseninformation durchgeführt.
Die Messvorrichtung 1 umfasst, wie in 4 ersichtlich, weiterhin einen Bildschirm 13a, der mit dem Frequenzzähler 122 verbunden ist und die mit dem Frequenzzähler 122 bestimmte Eigenfrequenz f₀ optisch anzeigt.
Mit Bezug auf 6, die eine Messvorrichtung 1b zeigt, und 7, die ein Flussdiagramm eines mit der Messvorrichtung 1b durchführbaren Trumfrequenzbestimmungsverfahrens 33b zeigt, wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Auswertemittel 12b und deren Funktion beschrieben.
Die Auswertemittel 12b umfassen einen Mischer 123, der mit der Empfangsantenne 11 verbunden ist, so dass die reflektierte Welle x(t) an den Mischer 123 geleitet wird. Bei 340 wird die reflektierte Welle x(t) durch den Mischer 123 in das Basisband überführt und ein Realteil eines Basisbandsignals d(t) erzeugt, das der Mischer 123 ausgibt.
Weiterhin umfassen die Auswertemittel 12b einen Verstärker 124 zum Verstärken des Realteils des Basisbandsignals d(t), der mit dem Mischer 123 verbunden ist, und/oder einen Filter 125 zum Filtern eines auszuwertenden Bereichs der möglichen Grundfrequenzen f₀, der mit dem Verstärker 124 verbunden ist.
Weiterhin umfassen die Auswertemittel 12b einen Mixed-Signal-Komparator 126, der mit dem Filter 125 verbunden ist. Bei 341 werden Nulldurchgänge des Realteils des Basisbandsignals d(t) mittels des Mixed-Signal-Komparators 126 bestimmt, indem der Realteil mit einem Schwellwert verglichen wird.
Zusätzlich enthalten die Auswertemittel 12b einen Frequenzzähler 127, der mit dem Mixed-Signal-Komparator 126 verbunden ist, um die ermittelten Nulldurchgänge zu empfangen. Bei 342 wird durch den Frequenzzähler 127 auf Grundlage der Nulldurchgänge des Realteils des Basisbandsignals d(t) die Eigenfrequenz f₀ des Trums 20 bestimmt.
Die Messvorrichtung 1 umfasst, wie in 6 dargestellt, weiterhin eine LCD-Anzeige 13b, die mit dem Frequenzzähler 127 verbunden ist und die mit dem Frequenzzähler 127 ermittelte Eigenfrequenz f₀ des Trums 20 optisch anzeigt.
Mit Bezug auf 8, die eine Messvorrichtung 1c zeigt, und 9, die ein Flussdiagramm eines mit der Messvorrichtung 1c durchführbaren Trumfrequenzbestimmungsverfahrens 33c zeigt, wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Auswertemittel 12c und deren Funktion beschrieben.
Die Auswertemittel 12c umfassen einen ersten Mischer 123a und einen zweiten Mischer 123b, die beide mit der Empfangsantenne 11 verbunden sind, so dass die reflektierte Welle x(t) an den ersten Mischer 123a und an den zweiten Mischer 123b geleitet wird. Der erste Mischer 123a ist dazu ausgebildet, die reflektierte Welle x(t) ins Basisband zu überführen und einen Realteil eines Basisbandsignals d(t) zu erzeugen und auszugeben. Der zweite Mischer 123a ist dazu ausgebildet, die reflektierte Welle x(t) ins Basisband zu überführen und einen Imaginärteil des Basisbandsignals d(t) zu erzeugen und auszugeben.
Weiterhin umfassen die Auswertemittel 12b einen Schalter 128 mit einem ersten Eingang, der mit dem ersten Mischer 123a verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit dem zweiten Mischer 123b verbunden ist, und mit einem Ausgang. In einer ersten Schalterstellung, wie sie in 8 gezeigt ist, ist der erste Eingang mit dem Ausgang verbunden, während der zweite Eingang vom Ausgang getrennt ist. In der ersten Schalterstellung kann also der Realteil des Basisbandsignals d(t) am Ausgang des Schalters 128 ausgegeben werden. In einer zweiten Schalterstellung ist der zweite Eingang mit dem Ausgang verbunden, während der erste Eingang vom Ausgang getrennt ist. In der zweiten Schalterstellung kann also der Imaginärteil des Basisbandsignals d(t) am Ausgang des Schalters 128 ausgegeben werden.
Weiterhin umfassen die Auswertemittel 12b einen Verstärker 124, der mit dem Ausgang des Schalters 128 verbunden ist und zum zeitlich versetzten Verstärken des Realteils und des Imaginärteils des Basisbandsignals ausgebildet ist, und einen Filter 125 zum Filtern eines auszuwertenden Bereichs der möglichen Grundfrequenzen f₀, der mit dem Verstärker 124 verbunden ist.
Weiterhin umfassen die Auswertemittel 12c einen Mixed-Signal-Komparator 126, der mit dem Filter 125 verbunden ist. Der Mixed-Signal-Komparator 126 ist dazu ausgebildet, zeitlich versetzt Nulldurchgänge des Realteils und des Imaginärteils des Basisbandsignals d(t) zu ermitteln, indem der Realteil bzw. der Imaginärteil mit einem geeigneten Schwellwert vergleichen wird.
Zusätzlich enthalten die Auswertemittel 12c einen Frequenzzähler 127, der mit dem Mixed-Signal-Komparator 126 verbunden ist, um die ermittelten Nulldurchgänge zu empfangen. Der Frequenzzähler 127 ist dazu ausgebildet, zeitlich versetzt auf Grundlage der Nulldurchgänge des Realteils des Basisbandsignals d(t) eine erste Eigenfrequenz f₀₁ und auf Grundlage des Imaginärteils des Basisbandsignals d(t) eine zweite Eigenfrequenz f₀₂ des Trums 20 zu bestimmen.
Zudem enthalten die Auswertemittel 12c eine Steuerung 129 zum Schalten des Schalters 128. Die Steuerung 129 ist mit dem Frequenzzähler 127 verbunden und empfängt die bestimmte erste Eigenfrequenz f₀₁ und die bestimmte zweite Eigenfrequenz f₀₂ des Trums 20, um den Schalter 128 in geeigneter Weise zu schalten.
Weiterhin umfassen die Auswertemittel 12c eine Recheneinheit 1210, die dazu ausgebildet ist, auf Grundlage der ersten Eigenfrequenz f₀₁ und der zweiten Eigenfrequenz f₀₂ des Trums 20 die Eigenfrequenz f₀ des Trums 20 zu bestimmen.
Zum Bestimmen der Eigenfrequenz des Trums 20 wird zunächst bei 350 wird die reflektierte Welle x(t) durch den Mischer 123a ins Basisband überführt und ein Realteil eines Basisbandsignals d(t) erzeugt, das der Mischer 123a ausgibt. Außerdem wird bei 350 die reflektierte Welle x(t) durch den Mischer 123b ins Basisband überführt und ein Imaginärteil eines Basisbandsignals d(t) erzeugt, das der Mischer 123b ausgibt.
Bei 351 befindet sich der Schalter 128 in der ersten Schalterstellung und es werden Nulldurchgänge des Realteils des Basisbandsignals d(t) bestimmt, indem der Realteil mit einem ersten Schwellwert verglichen wird.
Bei 352 wird auf Grundlage der Nulldurchgänge des Realteils des Basisbandsignals d(t) eine erste Eigenfrequenz f₀₁ des Trums 20 ermittelt und an die Recheneinheit 1210 und die Steuerung 129 geleitet.
Bei 353 empfängt die Steuerung 129 die erste Eigenfrequenz f₀₁ und veranlasst den Schalter 128 in die zweite Schalterstellung umzuschalten.
Bei 354 befindet sich der Schalter 128 in der zweiten Schalterstellung und es werden Nulldurchgänge des Imaginärteils des Basisbandsignals d(t) bestimmt, indem der Imaginärteil mit einem zweiten Schwellwert verglichen wird.
Bei 355 wird auf Grundlage der Nulldurchgänge des Imaginärteils des Basisbandsignals d(t) eine zweite Eigenfrequenz f₀₂ des Trums 20 bestimmt und an die Recheneinheit 1210 und die Steuerung 129 geleitet.
Bei 356 bestimmt die Recheneinheit 1210 auf Grundlage der erste Eigenfrequenz f₀₁ und der zweiten Eigenfrequenz f₀₂ die Eigenfrequenz f₀ des Trums 20.
Die Schritte 351 bis 355 können wiederholt werden, wobei die Recheneinheit bei 356 dann auf Grundlage mehrerer erster Eigenfrequenzen f₀₁ und mehrerer zweiter Eigenfrequenzen f₀₂ die Eigenfrequenz f₀ des Trums 20 bestimmt.
Die Messvorrichtung 1 umfasst weiterhin wie in 8 dargestellt eine LCD-Anzeige 13b, die mit dem Frequenzzähler 127 verbunden ist und die mit dem Frequenzzähler 127 bestimmte Eigenfrequenz f₀ des Trums 20 optisch anzeigt.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b, 1c: Messvorrichtung
10: Sendeantenne
11: Empfangsantenne
12, 12a, 12b, 12c: Auswertemittel
120: I/Q-Mischer
121: Phasendemodulator
122: Frequenzzähler
123, 123a, 123b: Mischer
124: Verstärker
125: Filter
126: Mixed-Signal-Komparator
127: Frequenzzähler
128: Schalter
129: Steuerung
1210: Recheneinheit
13a: Display
13b: LCD-Anzeige
2: Riementrieb
20: Trum/Riemen
21: Antriebsrollen
3: Verfahren zum Bestimmen einer Eigenfrequenz des Trums
30: Versetzen des Trums in mechanische Schwingung
31: Bestrahlen des in Schwingung versetzten Trums mit Mikrowellenstrahlung
32: Empfangen einer reflektierten Mikrowellenstrahlung
33: Bestimmen der Eigenfrequenz auf Grundlage der reflektierten Mikrowellenstrahlung
33a, 33b, 33c: Trumfrequenzbestimmungsverfahren
330: Überführen der reflektierten Welle in ein Basisband
331: Phasendemodulieren des Basisbandsignals
332: Bestimmen der Eigenfrequenz des Trums
340: Überführen der reflektierten Welle in ein Basisband
341: Ermitteln der Nulldurchgänge des Realteils des Basisbandsignals
342: Bestimmen der Eigenfrequenz des Trums
350: Überführen der reflektierten Welle in ein Basisband
351: Ermitteln der Nulldurchgänge des Realteils des Basisbandsignals
352: Bestimmen einer ersten Eigenfrequenz des Trums
353: Einstellen der zweiten Schalterstellung
354: Ermitteln der Nulldurchgänge des Imaginärteils des Basisbandsignals
355: Bestimmen einer zweiten Eigenfrequenz des Trums
356: Bestimmen der Eigenfrequenz des Trums
x₀: Ort auf der Oberfläche des Trums, an dem Mikrowellenstrahlung reflektiert wird
u(x₀, t): Schwingungsfunktion am Ort x₀
s(t): Trägerwelle
Γ(t): Reflexionsfunktion
x(t): reflektierte Welle
f₀: Eigenfrequenz des Trums

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 199023759 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements (20), umfassend: Versetzen (30) des Elements (20) in mechanische Schwingung; Bestrahlen (31) des in mechanische Schwingung versetzten Elements (20) mit Mikrowellenstrahlung; Empfangen (32) einer von dem in Schwingung versetzten Element (20) reflektierten Mikrowellenstrahlung; und Bestimmen (33, 33a, 33b, 33c) des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements (20) auf Grundlage der von dem in Schwingung versetzten Element (20) reflektierten Mikrowellenstrahlung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Element (20) ein Zugelement eines Zugmitteltriebs, insbesondere ein Riemen eines Riementriebs ist, der zwischen zwei Antriebswellen (21) gespannt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als mechanisches Schwingungsverhalten des Elements (20) eine mechanische Eigenfrequenz des Elements (20) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: Berechnen einer Trumkraft des Elements (20) auf Grundlage des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements (20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bestimmen (33, 33a, 33b, 33c) des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements umfasst: Erzeugen (330, 340, 350) eines Basisbandsignals durch Überführen der empfangenen, von dem in Schwingung versetzten Element (20) reflektierten Mikrowellenstrahlung auf Grundlage der zum Bestrahlen des in mechanische Schwingung versetzten Elements (20) eingesetzten Mikrowellenstrahlung in ein Basisband.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen (33, 33a) des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements weiterhin umfasst: Phasendemodulieren (331) des Basisbandsignals, um eine Phaseninformation des Basisbandsignals zu erhalten; und Bestimmen (332) des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements (20) auf Grundlage der Phaseninformation.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Basisbandsignal als Realteil einer komplexen Funktion und/oder als Imaginärteil der komplexen Funktion ausgedrückt ist und das Bestimmen (33, 33b, 33c) des mechanischen Schwingungsverhaltens weiterhin umfasst: Bestimmen einer Grundwelle einer im Basisbandsignal enthaltenen Frequenz; und Bestimmen (342, 356) der im Basisbandsignal enthaltenen Frequenz als mechanisches Schwingungsverhalten des Elements (20) auf Grundlage der Grundwelle.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zum Bestrahlen des in mechanische Schwingung versetzten Elements (20) eingesetzte Mikrowellenstrahlung eine Trägerwelle umfasst, die eine Frequenz im Bereich von 300 MHz bis 300 GHz besitzt.
Messvorrichtung zum Bestimmen eines mechanischen Schwingungsverhaltens eines unter mechanischer Zugspannung stehenden Elements (20), das in Schwingung versetzt ist, insbesondere zum Ausführen eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, umfassend: Sendemittel (10) zum Bestrahlen des in mechanische Schwingung versetzten Elements (20) mit Mikrowellenstrahlung; Empfangsmittel (11) zum Empfangen einer von dem in Schwingung versetzten Element (20) reflektierten Mikrowellenstrahlung; und Auswertemittel (12) zum Bestimmen des mechanischen Schwingungsverhaltens des Elements (20) auf Grundlage der von dem in Schwingung versetzten Element (20) reflektierten Mikrowellenstrahlung.
Messvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Auswertemittel (12) dazu ausgelegt ist, als Schwingungseigenschaft eine Eigenfrequenz des Elements (20) zu bestimmen und auf Grundlage der Eigenfrequenz eine Trumkraft des Elements (20) zu berechnen.