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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung der Spannung in einem Riementrum eines Riementriebes sowie eine Verwendung und ein Verfahren zur Überprüfung der Spannung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Für die Funktion eines Riementriebes ist es notwendig, dass der Riemen bzw. das Trum, auch genannt Riementrum eine definierte Riemenspannung, auch Vorspannung genannt, aufweist. Bei nicht nachstellbaren Riementrieben, d. h. bei Riementrieben mit festem Achsabstand von Antriebs- und Abtriebsrad, wird die Vorspannung bei der Montage durch eine Verschiebung der Antriebsachse gegenüber der Abtriebsachse erreicht. Aufgrund von Setzvorgängen kann es jedoch nach der Montage des Riementriebes und der Einstellung der Vorspannung zu Veränderungen der Vorspannung kommen - daher muss die Vorspannung anschließend überprüft werden. Ist die Vorspannung nicht korrekt eingestellt springt der Riemen unter Umständen während des Betriebs (Schlupf), welches unerwünscht. Ein Trum ist ein freier, nicht aufliegender Abschnitt eines Riemens, einer Kette oder eines Seiles, z. B. in einem Riemengetriebe. Mit anderen Worten ist das Trum der Teil des Riemens, der nicht auf den Riemenrädern aufliegt sondern sich zwischen den Rädern befindet.
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Durch die
DE 10 2008 002 304 A1 wurde eine Messvorrichtung zur Messung einer Riemenspannung in einem Riementrum mittels eines Stempels, der an das Riementrum anlegbar ist, bekannt. Die Messung mittels Stempel erfolgt bei einem Riementrieb, welcher in ein Gehäuse eingebaut ist - daher weist das Gehäuse im Bereich des Riementrums eine Öffnung auf, durch welche der Stempel von außen an die Außenseite des Riementrums zugestellt wird. Der Stempel ist zunächst kraft- und anschließend weggeregelt und misst eine bestimmte Eindrücktiefe des Riementrums bei einer bestimmten Stempelkraft. Zwischen der Stempelkraft und den Achskräften, d. h. den auf die Achsen des An- und Abtriebsrades wirkenden Kräften besteht ein funktionaler Zusammenhang, ebenso zwischen den Achskräften und der im Riementrum wirkenden Zugkraft. Über diese Größen kann die Riemenspannung errechnet oder aus einer Tabelle mit empirischen Werten entnommen werden.
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Nachteilig bei der bekannten Messvorrichtung bzw. dem bekannten Messverfahren ist, dass im Gehäuse des Riementriebs eine Öffnung für den Stempel vorgesehen werden muss, wobei die Öffnung nach der Messung wieder verschlossen werden muss. Handelt es sich bei dem Riementrieb um einen sicherheitsrelevanten Antrieb, beispielsweise um einen Stellantrieb für eine Fahrzeuglenkung, so muss die Prüföffnung im Gehäuse fluiddicht verschlossen werden, was einen besonderen Aufwand erfordert.
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Die Erfindung befasst sich mit einer Verbesserung gegenüber der bekannten Vorrichtung zu erreichen.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung der Spannung eines Riemens in einem Riementrum eines Riementriebes, vorzugsweise für einen Aktuator einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs, höchst vorzugsweise für eine Hinterachslenkung. Die Spannung des Riemens wird mittels eines gegen das Riementrum zustellbaren Prüf-elements geprüft, wobei der Riementrieb ein Antriebsrad und ein Abtriebsrad und das Riementrum eine Innenseite sowie eine Außenseite aufweist. Der Riemen umschlingt zumindest zwei Räder des Riementriebes. Folglich ist die Innenseite dort, wo sich die Räder befinden.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung zur Überprüfung der Riemenspannung ein Prüfelement auf, welches um die Längsachse des Antriebsrades oder des Abtriebsrades schwenkbar und somit auf die Innenseite des Riementrums zustellbar ist. Mit anderen Worten wird die Spannung auf der Innenseite des Riemens geprüft. Damit wird der Vorteil erreicht, dass in dem Gehäuse, welches den Riementrieb umgibt und aufnimmt, auf eine Prüföffnung, welche nach dem Prüfvorgang wieder verschlossen werden muss, verzichtet werden kann, weil nicht von au-ßen geprüft werden muss. Dies vereinfacht das Gehäuse und erspart zusätzliche Arbeitsgänge, wie Verschließen und Abdichten des Gehäuses nach Prüfung der Riemenspannung durch ein Loch im Gehäuse. Damit ist die Montage bei einem Aktuator einer Lenkung mit einem solchen Gehäuse insgesamt gesehen kostengünstiger. Die Überprüfung der Riemenspannung kann somit bei bereits eingebautem Riementrieb erfolgen, d. h. bei offenem Gehäuse. Nach Abschluss der Prüfung wird der Gehäusedeckel montiert, d. h. das Gehäuse wird geschlossen und gegen äußere Einflüsse wie z.B. Korrosion abgedichtet. Eine durch eine Prüföffnung im Gehäuse notwendige Dichtigkeitsprüfung des Gehäuses nach Schließen der Prüföffnung entfällt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Riementrieb als Zahnriementrieb, insbesondere mit einer Schrägverzahnung ausgebildet. Der Zahnriemen ist dabei auf der Innenseite mit Zähnen ausgebildet. Die Schrägverzahnung gewährleistet einen geräuscharmen Betrieb. Die Riemenräder weise auf ihrer Außenseite eine Verzahnung auf. Somit liegt ein formschlüssiges Riemengetriebe vor, bei welchem die auf der Innenseite des Riemens angeordneten Zähne in eine auf dem Umfang von Antriebs- und Abtriebsrad angeordnete Verzahnung eingreifen. Es kann somit kein Schlupf auftreten, d.h. der Zahnriemen neigt bei ausreichender Spannung nicht zum Überspringen und das Übersetzungsverhältnis des Riementriebs bleibt konstant.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Drehkopf, auch Drehteller genannt, mit einem Schwenkarm auf, wobei der Drehkopf in axialer Richtung und koaxial auf das Antriebsrad aufgesetzt wird. Der Riementrieb, welcher bereits im Gehäuse montiert und vorgespannt ist, ist insofern von oben - bei geöffnetem Gehäusedeckel - zugänglich. Daher erfolgt die Montage der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung von oben, d. h. von der offenen Gehäuseseite aus.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Schwenkarm innerhalb des Raumes zwischen den beiden Riementrums und des Antriebsrades sowie des Abtriebsrades. Dieser Raum wird somit für die Unterbringung des Schwenkarmes respektive der Prüfvorrichtung während der Prüfung der Riemenspannung genutzt. Somit ist kein zusätzlicher Bauraum erforderlich, welcher das Gehäuse vergrößern würde.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Prüfelement als Druckelement, insbesondere als Druckkopf ausgebildet, welcher am freien Ende des Schwenkarmes angeordnet und auf einem Kreisbogen, konzentrisch zur Drehachse des Antriebsrades, schwenkbar ist. Der zylindrisch ausgebildete Druckkopf ist achsparallel zur Drehachse angeordnet und legt sich beim Prüfvorgang mittels Zustellen an die Innenseite des einen oder des anderen Riementrums an. Der Druckkopf kann als Rolle mit einem kreisförmigen oder ovalen Querschnitt oder auch als Zahnprofil, passend für das Zahnriemenprofil, ausgebildet sein.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Drehkopf auf dem Antriebsrad koaxial fixierbar, d. h. der Drehkopf oder Drehteller wird quasi wie eine Kappe auf das Antriebsrad oder einen aus dem Antriebsrad hervorragenden Wellenstummel aufgesetzt und zentriert. Eine Drehmomentübertragung zwischen dem Drehkopf und dem Antriebsrad ist - zur Vermeidung eines Schleppmomentes durch die Antriebswelle - grundsätzlich nicht vorgesehen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zentrierung des Drehkopfes gegenüber dem Antriebsrad und dessen Drehachse vorzugsweise durch drei achsparallel angeordnete Zylinderstifte, welche in Öffnungen im Antriebsrad eingreifen. Durch die Zylinderstifte, die als Passstifte wirken, werden einerseits eine Zentrierung und andererseits ein Formschluss zwischen Drehkopf und Antriebsrad erreicht. Damit kann das Aufsetzen und Zentrieren der Vorrichtung in einer Montagebewegung erfolgen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Drehkopf mittels eines Werkzeuges, insbesondere eines Drehmomentschlüssels verschwenkbar. Das Werkzeug bzw. der Drehmomentschlüssel greift formschlüssig in den Drehkopf ein und bewirkt eine Verschwenkung des Schwenkarmes mit dem Druckkopf, wobei ein Drehmoment auf den Schwenkarm ausgeübt wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Schwenkarm Seitenflächen auf, welche beim Verschwenken und beim Auftreten eines Drehmoments auf Biegung beansprucht werden. Auf diesen Seitenflächen sind Dehnungsmessstreifen (DMS), die vorzugsweise als DMS-Rosetten ausgebildet sind, angeordnet. Mittels der Dehnungsmessstreifen, welche vorzugsweise durch eine Brückenschaltung miteinander verbunden sind, kann das ausgeübte Drehmoment bzw. die an der Innenseite des Riementrums auftretende Reaktionskraft ermittelt werden. Die Spannung kann somit geprüft werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Riementrieb in einem durch einen Deckel verschließbaren Gehäuse eines Stellantriebes angeordnet. Dabei dient der Riementrieb als Untersetzungsgetriebe zwischen einem Elektromotor und einem Spindelantrieb. Die Vorspannung des Riementrums muss überprüft werden, bevor das Gehäuse endgültig durch einen Deckel verschlossen und abgedichtet wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Stellantrieb als Aktuator für eine Fahrzeuglenkung, insbesondere eine Hinterachslenkung ausgebildet. Da der Aktuator auf Lebensdauer ausgelegt ist und eine sicherheitsrelevante Komponente darstellt, ist seine Funktion - aufgrund einer definierten Riemenvorspannung - und seine Gehäusedichtheit von besonderer Bedeutung.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Aktuator für eine rein elektrisch ansteuerbare Lenkung, auch Steer-by-wire-Lenkung genannt, verwendet. Dabei wird der Aktuator rein elektrisch über Signale einer Steuerleitung angesteuert. Eine mechanische Verbindung zwischen dem Aktuator und einer Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkrad ist somit nicht vorgesehen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind bei einem Verfahren zur Überprüfung der Riemenvorspannung folgende Schritte vorgesehen: Es wird die Prüfvorrichtung auf das Antriebs- oder Abtriebsrad aufgesetzt und in Bezug auf dessen Längsachse zentriert; anschließend wird das Prüfelement unter Aufbringung eines Prüfmomentes respektive einer Prüfkraft mit einem definierten Auslenkwinkel auf die Innenseite des Riementrums zugestellt und schließlich gegen die Innenseite des Riementrums gedrückt. Abschließend wird das gemessene Prüfmoment respektive die Prüfkraft mit einem Sollwert abgeglichen. Liegt das Prüfmoment unter dem Sollwert, so ist die Riemenvorspannung zu niedrig, liegt das Prüfmoment über dem Sollwert, so ist die Vorspannung zu groß. Üblicherweise wird die gewünschte Spannung in einem Bereich liegen, der entsprechend toleriert ist. Ist die Spannung nicht ausreichend muss beispielsweise durch erneutes Spannen mittels Erhöhen der Distanz zwischen Antriebs- und Abtriebsrad korrigiert werden. Anschließend wird die Spannung erneut geprüft. Nach Abschluss des Prüfvorganges wird die Prüfvorrichtung entfernt, und das Gehäuse wird mittels eines Deckels verschlossen. Vorteilhaft bei dem Prüfverfahren ist, dass dieses bei einem im Gehäuse eingebauten Riementrieb ohne eine Veränderung des Gehäuses durchgeführt werden kann. Diese Veränderung kann eine Öffnung sein, die ansonsten nach dem Prüfen geschlossen werden müsste. Hinsichtlich der Montage kann das Prüfen der Riemenspannung in den Montagevorgang integriert werden. Ein der Montage nachgeschalteter Prüfvorgang zum Prüfen der Spannung und ein weiterer Prüfvorgang nach Schließen einer aus dem Stand der Technik bekannten etwaigen Prüföffnung kann entfallen.
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Nach einer bevorzugten Verfahrensvariante werden die letzten beiden Verfahrensschritte für beide Riementrums wiederholt und die Messergebnisse abgeglichen. Damit kann die Genauigkeit der Messwerte verbessert werden.
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Das Verfahren kann manuell von einem Monteur mittels einer Prüfvorrichtung in Form eines Schlüssels mit Prüfelement oder automatisiert mittels einer Handhabungsvorrichtung ausgeführt werden, die über eine solche Prüfvorrichtung verfügt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
- 1 eine dreidimensionale Darstellung eines Riementriebes mit erfindungsgemä-ßer Prüfvorrichtung,
- 2 den Riementrieb gemäß 1 mit Prüfvorrichtung in einer Draufsicht,
- 3 die Prüfvorrichtung in einer dreidimensionalen Darstellung und
- 4 eine dreidimensionale (3D) Darstellung des in einem Gehäuse vormontierten Riementriebes mit Prüfvorrichtung.
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1 zeigt in einer 3D-Darstellung einen als Zahnriementrieb 1 ausgebildeten Riementrieb 1, welcher ein als Ritzel 2 ausgebildetes Antriebsrad 2, ein Abtriebsrad 3 sowie einen das Antriebs- und das Abtriebsrad 2, 3 umschlingenden, als Zahnriemen 4 ausgebildeten Riemen 4 aufweist. Auf dem Ritzel 2 ist eine Prüfvorrichtung 5 angeordnet, an welcher ein als Drehmomentschlüssel 6 ausgebildetes Werkzeug 6 angreift. Die Prüfvorrichtung 5 wird auch als Vorrichtung 5 zur Überprüfung der Riemenspannung oder Riemenvorspannung bezeichnet.
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2 zeigt den Riementrieb 1 gemäß 1 in einer Draufsicht, allerdings ohne das Werkzeug 6 (1). Es werden gleiche Bezugszahlen wie in 1 verwendet. Der das Antriebsrad 2 und das Abtriebsrad 3 umschlingende Zahnriemen 4 weist ein erstes Trum 4a und ein zweites Trum 4b auf, welche jeweils eine Innenseite I, auf der sich die Verzahnung befindet, aufweisen. Die Prüfvorrichtung 5 ist koaxial zum Ritzel 2 angeordnet und weist eine hier quadratisch ausgebildete Aufnahmeöffnung 7 zur Aufnahme eines hier nicht dargestellten Werkzeuges auf. Die Prüfvorrichtung 5 weist ferner einen Schwenkarm 8 auf, welcher in dem Bereich zwischen den beiden Trums 4a, 4b schwenkbar angeordnet ist. Der Mittelpunkt des Ritzels 2 ist mit M bezeichnet und stellt gleichzeitig den Durchstoßpunkt der Drehachse des Ritzels 2 dar.
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3 zeigt die Prüfvorrichtung 5 in einer 3D-Darstellung. Die Prüfvorrichtung 5 weist einen Drehkopf 9, auch Drehteller 9 genannt, auf, welcher mit dem Schwenkarm 8 verbunden ist. Am freien Ende 8a des Schwenkarmes 8 ist ein als Druckelement oder Druckkopf 10 ausgebildetes Prüfelement 10 angeordnet, welches - wie in 2 als gestrichelter Kreis 10 dargestellt - an die Innenseite I des Trums 4a (oder 4b) andrückbar ist. Am Drehkopf 9 sind drei auf einem Teilkreis (nicht dargestellt) achsparallel angeordnete Zylinderstifte 11, auch Passstifte 11 genannt, angeordnet, welche formschlüssig in entsprechende Öffnungen des Ritzels 2 eingreifen. Damit ist ein Formschluss in Drehrichtung zwischen dem Drehkopf 9 mit Schwenkarm 8 und dem Ritzel 2 hergestellt. Eine alternative Lösung sieht vor, dass der Drehkopf 9 auf dem Ritzel 2 drehbar aufliegt und koaxial zu Drehachse des Ritzels 2 angeordnet ist. Eine Zentrierung kann durch ein nicht dargestelltes Zentrierelement erfolgen; bei dieser alternativen Lösung wird beim Verschwenken des Schwenkarmes 8 kein Drehmoment auf die Ritzelwelle übertragen, d. h., es wird kein Schleppmoment mitgenommen, welches in die Drehmomentmessung eingehen würde. Der Schwenkarm 8 weist zwei Seitenflächen auf, von denen lediglich die vordere Seitenfläche 8b sichtbar ist. Auf dieser Seitenfläche 8b ist ein Dehnungsmessstreifen (DMS) 12 angeordnet, welcher vorzugsweise als DMS-Rosette, d. h. als eine Kombination von mehreren Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist. Auf der nicht dargestellten zweiten Seitenfläche ist ebenfalls ein Dehnungsmessstreifen angeordnet. Beide Dehnungsmessstreifen 8b sind - was nicht dargestellt ist - über eine Brückenschaltung zum Abgleich der Messwerte miteinander verbunden.
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4 zeigt eine 3D-Darstellung des in einem Gehäuse 13 teilmontierten Zahnriementriebes 1, bei welchem die Riemenvorspannung bereits eingestellt ist. Man erkennt aus der Darstellung, dass zwischen dem Zahnriemen 4 und der Innenwand des Gehäuses 13 nur ein relativ schmaler Spalt 14 belassen ist. Das Gehäuse 13 ist Teil eines nicht dargestellten Aktuators, welcher insbesondere für eine Hinterachslenkung verwendbar. Die Prüfvorrichtung 5 ist stirnseitig und koaxial auf das Ritzel 2 aufgesetzt und dort zentriert. Das Gehäuse 13 ist für den Prüfvorgang mittels der Prüfvorrichtung 5 offen, d. h. noch ohne Deckel, welcher nicht dargestellt ist. Der Deckel wird erst nach Abschluss des Prüfvorganges und nach Entfernen der Prüfvorrichtung 5 auf das Gehäuse 13 aufgesetzt und mit dem Gehäuse 13 verschraubt. Das Gehäuse 13 bleibt dann verschlossen, d. h. es wird nicht wieder geöffnet werden, da der Riementrieb über seine Lebensdauer wartungsfrei ausgelegt ist.
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Die Überprüfung der statischen Vorspannung des Zahnriemens 4 - nach der Montage des Riementriebes 1 im Gehäuse 13 - wird folgendermaßen durchgeführt:
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Der Riementrieb 1 ist - wie in 4 dargestellt - im offenen Gehäuse 13 montiert, d.h. die vorgeschriebene Vorspannung im Zahnriemen 4 ist eingestellt, allerdings muss die Vorspannung aus genannten Gründen und wegen möglicher Abweichungen nach einem Setzen überprüft werden. Dazu wird auf das Ritzel 2 die Prüfvorrichtung 5 aufgesetzt und in Bezug auf die Drehachse des Ritzels 2 zentriert. Dabei befindet sich der Schwenkarm 8 (2 und 3) noch in einer undefinierten Winkelposition. Es erfolgt daher als erster Schritt des Prüfablaufes ein Kalibriervorgang, bei welchem der Schwenkarm 8, von oben gesehen, (beispielsweise) nach rechts verschwenkt wird, bis der Druckkopf 10 an der Innenseite I des Trums 4a (2) anliegt und ein Messwert x, der größer als Null und kleiner als ein Kontrollwert x1 ist (0 < x ≤ x1), erreicht ist. Dabei wird die Winkelbewegung registriert. Als zweiter Schritt erfolgt ein Messvorgang, bei welchem die Prüfvorrichtung 5 mit dem Schwenkarm 8 in die entgegen gesetzte Richtung (bei diesem Beispiel also nach links) um einen definierten Winkel, der durch die Geometrie des Riementriebes 1 vorgegeben ist, verschwenkt wird, bis der Druckkopf 10 an der Innenseite I des Riementrums 4b (2) anliegt. Darüber hinaus wird ein festgelegter Auslenkwinkel (nach dem Berühren des Trums 4b), z. B. 6 Grad durchfahren, d. h. das Trum 4b wird von innen nach außen eingedrückt. Dabei wird - beispielsweise mittels des in 1 dargestellten Drehmomentschlüssels 6 - das Drehmoment gemessen. Das bei dem vorgegebenen Auslenkwinkel gemessene Drehmoment wird mit einem Sollwert, der repräsentativ für die statische Riemenvorspannung ist, abgeglichen: ist das gemessene Drehmoment zu hoch gegenüber dem Sollwert, so ist der Riemen 4 überspannt, ist das gemessene Drehmoment zu niedrig, ist der Riemen 4 nicht ausreichend vorgespannt. Liegt das Drehmoment in dem vorgesehenen Bereich ist die Spannung ausreichend. In einem dritten Schritt wird der Schwenkarm 8 wieder nach rechts verschwenkt, bis der Druckkopf 10 wieder zur Anlage an der Innenseite I des Riementrums 4a (2) kommt. Nachdem der Druckkopf 10 Kontakt mit dem Trum 4a hat, wird der Schwenkarm 8 wiederum um den vorgegebenen Auslenkwinkel verschwenkt, wobei das ausgeübte Drehmoment gemessen und mit dem vorherigen Messwert für das gegenüberliegende Trum 4b abgeglichen wird.
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Alternativ zu dem Drehmomentschlüssel 6 kann das Drehmoment über die Dehnungsmessstreifen 12 (3) an den Seitenflächen 8b des Schwenkarms 8 ermittelt werden. Beim Drücken des Trums 4a oder 4b durch den Druckkopf 10 mit einer Eindrückkraft wird der Schwenkarmes 8 auf Biegung beansprucht, und in den Seitenflächen 8b treten Zug- bzw. Druckspannungen auf, welche Dehnungen bzw. Stauchungen verursachen - letztere werden über die DMS-Streifen oder -Rosetten 12 erfasst und über die Brückenschaltung ausgewertet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riementrieb
- 2
- Antriebsrad/Ritzel
- 3
- Abtriebsrad
- 4
- Riemen/Zahnriemen
- 5
- Prüfvorrichtung
- 6
- Werkzeug/Drehmomentschlüssel
- 7
- Aufnahmeöffnung für Werkzeug
- 8
- Schwenkarm
- 8a
- freies Ende
- 8b
- Seitenfläche
- 9
- Drehkopf/Drehteller
- 10
- Prüfelement/Druckkopf
- 11
- Zylinderstift
- 12
- Dehnungsmessstreifen (DMS)
- 13
- Gehäuse
- 14
- Spalt
- M
- Mittelpunkt/Drehachse
- I
- Innenseite Riementrum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008002304 A1 [0003]
