DE112013005893T5

DE112013005893T5 - Eigenschwingungsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE112013005893T5
Application number: DE112013005893.6T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Miyata; Yoshikazu Wakizaka; Yasushi Chida
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-09-24
Also published as: KR20150094605A; TW201428244A; WO2014091697A1; CN104781643B; JPWO2014091697A1; US9778098B2; CN104781643A; US20150253181A1; TWI605239B

Abstract

Eine Eigenfrequenzmessvorrichtung zum Messen der Eigenfrequenz eines Riemens (101) umfasst: einen Beschleunigungssensor (11), der an einem Abschnitt des Riemens (101) zwischen einem benachbarten Paar von Riemenscheiben (102, 103) angebracht ist, um eine aus der Vibration des Riemens (101) resultierende Beschleunigung zu erfassen; und ein Messinstrumen (13), das ausgelegt ist, um die Eigenfrequenz des Riemens (101) beruhend auf der von dem Beschleunigungssensor (11) erfassten Beschleunigung zu messen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eigenfrequenzmessvorrichtung zum Messen der Eigenfrequenz eines Riemens und betrifft insbesondere eine Methode zum Verbessern der Präzision, mit der die Eigenfrequenz gemessen wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Sofern ein Riemen, der in einem Riementriebsystem verwendet so wird, dass er zwischen dessen Riemenscheiben gespannt wird, während des Betriebs desselben nicht unter eine geeignete Spannung gesetzt wird, würde der Riemen die Drehkräfte der Riemenscheiben entweder weniger effizient übertragen oder von selbst seine Lebensdauer verkürzen. Zur Behebung dieses Problems wird in diesem Gebiet eine Spannungsprüfung durchgeführt, um die Spannung eines Riemens zur Verwendung in einem Riementriebsystem zu messen und zu prüfen, ob der Riemen unter eine geeignete Spannung gesetzt ist.
Beim Ausführen einer Spannungsprüfung bei einem Riemen wird häufig eine Riemenspannungsschallmessvorrichtung verwendet, da es die Vorrichtung dem Prüfer erlaubt, seine Spannung durch ein einfaches und berührungsloses Verfahren zu messen.
Eine Riemenspannungsschallmessvorrichtung umfasst eine Eigenfrequenzmessvorrichtung. Die Eigenfrequenzmessvorrichtung erfasst durch ein Mikrofon die Schallwellen, die durch einen zwischen Riemenscheiben gespannten Riemen bei Anregen des Riemens erzeugt werden, und misst die Eigenfrequenz des Riemens beruhend auf den durch das Mikrofon erfassten Schallwellen. Die Riemenspannungsschallmessvorrichtung ist ausgelegt, um die Riemenspannung, die der von der Eigenfrequenzmessvorrichtung gemessenen Eigenfrequenz entspricht, gemäß einer vorbestimmten Formel zu berechnen (siehe zum Beispiel Patentschrift 1).
LISTE DER ANFÜHRUNGEN
PATENTSCHRIFT

PATENTSCHRIFT 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. H06-137932

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Eine solche Eigenfrequenzmessvorrichtung, die ein Mikrofon nutzt, erfasst leider Schallwellen mit Hintergrundrauschen, was die Präzision der gemessenen Eigenfrequenz zu beeinträchtigen und verringern pflegt. Ein solches Hintergrundrauschen wird tendenziell insbesondere in einem Hochfrequenzbereich erzeugt. Wenn die Riemenvibration eine hochfrequente Vibration ist, ist somit die resultierende Messpräzision gering. Wenn dagegen die Riemenvibration eine niederfrequente Vibration ist, ist es häufig zu schwierig, eine solche Vibration in Schallwellen umzuwandeln, die für dessen Mikrofon erfassbar sind.
Aus diesen Gründen kann eine solche Eigenfrequenzmessvorrichtung mit einem Mikrofon die Frequenz der Vibration innerhalb eines nur schmalen Bereichs kaum effektiv und zuverlässig genug messen. Wenn die Vibration eines gemessenen Riemens eine hoch- oder niederfrequente Vibration ist, stellt eine solche Vorrichtung keine ausreichend hohe Messpräzision sicher.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Eigenfrequenz eines Riemens über einem breiten Frequenzbereich präzis zu messen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Um diese Aufgabe zu verwirklichen, wird erfindungsgemäß ein Beschleunigungssensor als Element zum Erfassen der Vibration eines Riemens genutzt.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf eine Eigenfrequenzmessvorrichtung zum Messen der Eigenfrequenz eines Riemens beruhend auf der Vibration, die durch Anregen des zwischen mindestens zwei Riemenscheiben gespannten Riemens erzeugt wird, gerichtet und sieht die folgenden Lösungen vor.
Im Einzelnen sieht eine erste Ausgestaltung der Erfindung eine Eigenfrequenzmessvorrichtung vor, welche umfasst: einen Beschleunigungssensor, der an einem Abschnitt eines Riemens zwischen zwei benachbarten von mindestens zwei Riemenscheiben angebracht ist, um eine aus der Vibration des Riemens resultierende Beschleunigung zu erfassen; und ein Messinstrument, das ausgelegt ist, um die Eigenfrequenz des Riemens beruhend auf der von dem Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigung zu messen.
Gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die Eigenfrequenz des Riemens beruhend auf der Beschleunigung, die von dem direkt an dem Riemen angebrachten Beschleunigungssensor erfasst wird, gemessen. Dies erlaubt dem Beschleunigungssensor das direkte Erfassen der Vibration des Riemens. Ein solches direktes Erfassen verhindert, dass ein externer Umgebungsfaktor, wie etwa Hintergrundrauschen, die Messergebnisse beeinflusst, wie es häufig bei einer ein Mikrofon umfassenden berührungslosen Eigenfrequenzmessvorrichtung der Fall ist, und ermöglicht ein präzises Erfassen von niederfrequenter Vibration. Somit kann die Eigenfrequenz des Riemens präzis gemessen werden, unabhängig davon, ob die Vibration des gemessenen Riemens hochfrequent oder niederfrequent ist. Folglich kann die Eigenfrequenz des Riemens über einem breiten Frequenzbereich präzis gemessen werden.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, die eine Ausführungsform der Eigenfrequenzmessvorrichtung nach der ersten Ausgestaltung der Erfindung ist, kann das Messinstrument die Eigenfrequenz des Riemens beruhend auf der Beschleunigung messen, die von dem Beschleunigungssensor über einen Zeitraum von 80 bis 1400 Millisekunden, seit der Riemen in Vibration versetzt wurde, erfasst wird.
Die Vibration des Riemens, der gerade angeregt wurde, enthält zu viel Rauschen, wie etwa durch Anregen des Riemens erzeugte Einwirkungskomponenten, um Daten zu liefern, die zum präzisen Berechnen der Eigenfrequenz des Riemens zuverlässig genug sind. Die Rauschkomponenten schwächen sich mit der Zeit ab, was es dem Riemen ermöglicht, allmählich seine Vibrationswellenform mit seiner Eigenfrequenz wiederzuerlangen.
Die Vibration des Riemens schwächt sich auch mit Zeit mehr und mehr ab, und wenn sich seine Vibration gründlich abgeschwächt hat, überwiegen über seiner schwachen Vibrationswellenform Rauschkomponenten, die nicht mit der Eigenvibration des Riemens in Verbindung stehen. In einer solchen Situation wird die Eigenvibration des Riemens durch die Rauschkomponenten beherrscht und kann keine Daten liefern, die zum Berechnen der Eigenfrequenz des Riemens zuverlässig genug sind.
Die vorliegenden Erfinder haben auf empirische Weise festgestellt, dass die Vibration des Riemens bis zu Verstreichen von etwa 80 Millisekunden ab Anregen des Riemens viele Rauschkomponenten enthielt und dass die Riemenvibration nach Verstreichen von etwa 1400 Millisekunden ab Anregen des Riemens zu einer schwachen und vollständig gedämpften Vibration mit geringem Zuverlässigkeitsgrad wurde. Gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird die Eigenfrequenz des Riemens über einen Zeitraum gemessen, der nicht die anfängliche Vibration des Riemens mit vielen Rauschkomponenten unmittelbar nach Anregen des Riemens oder die Schlussvibration des Riemens, bei der die Eigenvibration des Riemens durch die Rauschkomponenten beherrscht wird, umfasst. Dies ermöglicht eine präzisere Messung der Eigenfrequenz des Riemens.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung, die eine Ausführungsform der Eigenfrequenzmessvorrichtung der ersten oder zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist, kann das Messinstrument die Eigenfrequenz des Riemens in einem Frequenzbereich, der größer oder gleich 10 Hz ist, ermitteln.
Die Rauschkomponenten, die nicht mit der Eigenvibration des Riemens in Verbindung stehen, pflegen in einem niederfrequenten Bereich von weniger als 10 Hz erfasst zu werden. Gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung wird die Eigenfrequenz des Riemens mit Ausnahme eines Frequenzbereichs von weniger als 10 Hz, in dem solche Rauschkomponenten erfasst zu werden pflegen, ermittelt. Dies ermöglicht eine präzisere Messung der Eigenfrequenz des Riemens.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung, die eine Ausführungsform der Eigenfrequenzmessvorrichtung nach einer der ersten bis dritten Ausgestaltungen der Erfindung ist, kann, wenn von dem Beschleunigungssensor eine Beschleunigung von über einer Erdbeschleunigung von 2,0 erfasst wird, das Messinstrument erfassen, dass der Riemen angeregt wurde.
Angenommen, es wird erfasst, dass der Riemen angeregt wurde, wenn eine Beschleunigung unter einer Erdbeschleunigung von 2,0 von dem Beschleunigungssensor erfasst wird. Selbst wenn infolge eines Messvorgangs oder abhängig von einer Messumgebung vor Anregen des Riemens von dem Riemen eine geringfügige Vibration erzeugt wurde, würde in diesem Fall die Riemenvibration leicht falsch erfasst werden und würde einen nicht gewollten Start einer Messung der Eigenfrequenz auslösen. In diesem Fall würde die Messung der Eigenfrequenz nicht bei einem gewollten Zeitpunkt starten. Dies würde einen Messfehler hervorrufen oder eine signifikante Abnahme der Präzision der gemessenen Eigenfrequenz hervorrufen, selbst wenn sie erfolgreich gemessen werden könnte.
Zur Lösung dieses Problems wird gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung bei Erfassen einer Beschleunigung über einer Erdbeschleunigung von 2,0 durch den Beschleunigungssensor der Riemen als angeregt erfasst. Dies kann verhindern, dass vor Anregen des Riemens infolge eines Messvorgangs oder abhängig von einer Messumgebung eine solche von dem Riemen erzeugte geringfügige Vibration einen ungewollten Start der Messung der Eigenfrequenz auslöst, und ermöglicht einen Start der Messung der Eigenfrequenz des Riemens bei einem gewollten Zeitpunkt. Dadurch können Messfehler reduziert werden und die Eigenfrequenz des Riemens kann präzis gemessen werden.
Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung, die eine Ausführungsform der Eigenfrequenzmessvorrichtung nach einer der ersten bis vierten Ausgestaltungen der Erfindung ist, können der Beschleunigungssensor und das Messinstrument mittels eines Kommunikationskabels miteinander verbunden werden, und das Kommunikationskabel kann entlang seiner Länge Maßeinteilungen umfassen.
In der fünften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kommunikationskabel, durch das der Beschleunigungssensor und das Messinstrument miteinander verbunden sind, entlang seiner Länge Maßeinteilungen. Somit kann das Kommunikationskabel als Maßstab dienen. Zum Ermitteln der Spannung eines Riemens beruhend auf der Eigenfrequenz des Riemens muss die Spannlänge eines Abschnitts des Riemens, der zwischen Riemenscheiben gespannt ist, als eine Information gesammelt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Messung der Spannlänge eines solchen Abschnitts des Riemens, der zwischen zwei Riemenscheiben gespannt ist, mithilfe des Kommunikationskabels ohne Herstellen eines Messgeräts gesondert zu der Eigenfrequenzmessvorrichtung und kann die Anzahl an Werkzeugen reduzieren, die zum Messen der Spannung des Riemens vorgesehen werden müssen.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Eigenfrequenz eines Riemens beruhend auf der Beschleunigung, die von einem direkt an dem Riemen angebrachten Beschleunigungssensor erfasst wird, gemessen, wodurch es dem Beschleunigungssensor ermöglicht wid, die Vibration des Riemens direkt zu erfassen. Dies ermöglicht eine präzise Messung der Eigenfrequenz des Riemens über einem breiten Frequenzbereich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, die das Erscheinungsbild einer Eigenfrequenzmessvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockschaubild, das allgemein eine Hardwarekonfiguration für eine Eigenfrequenzmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 zeigt ein Beispiel eines Riementriebsystems einschließlich eines gemessenen Riemens.
4 ist ein Graph, der Beschleunigungsrohdaten zeigt, die aus einer mit einer Eigenfrequenzmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessenen Vibration eines Riemens resultieren.
5 ist ein Graph, der Beschleunigungsdaten zeigt, die als Abtastungen mit einer Eigenfrequenzmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesammelt und in ein Leistungsspektrum umgewandelt wurden.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Messen der Eigenfrequenz eines Riemens mit einer Eigenfrequenzmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Draufsicht, die das Erscheinungsbild einer Eigenfrequenzmessvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Graph, der Beschleunigungsdaten zeigt, die in einer Situation, in der ein Beschleunigungssignal über einem relativ langen Zeitraum abgetastet wurde, der einen Zeitraum umfasste, in dem sich die Vibration des Riemens gründlich abschwächte, in ein Leistungsspektrum umgewandelt wurden.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezug auf die Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zu beachten ist, dass die folgende Beschreibung von Ausführungsformen lediglich veranschaulichender Natur ist und nicht den Schutzumfang, die Anwendungen und die Nutzung der Erfindung beschränken soll.
<Erste Ausführungsform der Erfindung>
1 ist eine Draufsicht, die das Erscheinungsbild einer Eigenfrequenzmessvorrichtung S nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist ein Blockschaubild, das allgemein eine Hardwarekonfiguration für die Eigenfrequenzmessvorrichtung S nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 zeigt ein Riementriebsystem 100, das einen gemessenen Riemen 101 umfasst.
Die Eigenfrequenzmessvorrichtung S nach der ersten Ausführungsform wird zum Beispiel verwendet, um die Eigenfrequenz des Riemens 101 zu messen, den das in 3 gezeigte Riementriebsystem 100 aufweisen kann. Dieses Riementriebsystem 100 wird zum Beispiel verwendet, um Kraftfahrzeugnebenaggregate anzutreiben. Die Eigenfrequenz des Riemens 101, die durch die Eigenfrequenzmessvorrichtung S gemessen wird, wird als Information zum Ermitteln der Spannung des Riemens 101 des Riementriebsystems 100 genutzt.
– Konfiguration der Eigenfrequenzmessvorrichtung S –
Bei dem Riementriebsystem 100 ist der Riemen 101 zwischen mindestens zwei (in dem in 3 gezeigten Beispiel z. B. zwei) benachbarten Riemenscheiben 102 und 103, die in 3 gezeigt sind, gespannt. Die Eigenfrequenzmessvorrichtung S misst die Eigenfrequenz des Riemens 101 beruhend auf einer Vibration, die durch Anregen mit einem Hammer oder einem Finger eines dazwischen gespannten Abschnitts des Riemens 101 erzeugt wird.
Der gemessene Riemen 101 ist ein dicker Riemen, etwa ein Keilriemen (ein ummantelter Keilriemen oder ein flankenoffener Keilriemen) mit einer Dicke von 10 mm oder mehr. Wenn ein solcher dicker Riemen 101 unter relativ geringer Spannung lose um die Riemenscheiben 102 und 103 gewickelt wird, erzeugt der Riemen 101 eine niederfrequente Vibration. Eine niederfrequente Vibration mit einer Frequenz von 25 Hz oder weniger ist insbesondere häufig für ein Mikrofon nicht erfassbar und ist mit einer Eigenfrequenzschallmessvorrichtung schwer präzis zu messen.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Eigenfrequenzmessvorrichtung S einen Beschleunigungssensor 11, der ausgelegt ist, um eine aus der Vibration des Riemens 101 resultierende Beschleunigung zu erfassen, und ein Messinstrument 13, das ausgelegt ist, um die Eigenfrequenz des Riemens 101 beruhend auf der von dem Beschleunigungssensor 11 erfassten Beschleunigung zu messen. Der Beschleunigungssensor 11 und das Messinstrument 13 sind mittels eines Kommunikationskabels 15 (etwa eines Universal Serial Bus (USB)) miteinander verbunden.
Der Beschleunigungssensor 11 ist an einer (oberen) Außenumfangsfläche eines Abschnitts des Riemens 101, der zwischen den benachbarten Riemenscheiben 102 und 103 in dem Riementriebsystem 100 gespannt ist, angebracht, wie in 3 veranschaulicht ist. Eine Fläche des an dem Riemen 101 anzubringenden Beschleunigungssensors 11 ist eine wiederholt anbringbare Klebefläche, die zum Beispiel aus einem doppelseitigen Klebeband hergestellt ist. Der Beschleunigungssensor 11 kann somit durch einfaches Pressen der Klebefläche auf die Fläche des Riemens 101 einfach an dem Riemen 101 angebracht werden.
Dieser Beschleunigungssensor 11 kann die Beschleunigung senkrecht zu der Fläche des Riemens 101 erfassen und kann zum Beispiel ein dreiachsiger Beschleunigungssensor sein. Als Beschleunigungssensor 11 wird vorzugsweise ein kapazitiv erfassender Beschleunigungssensor eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) verwendet, da ein solcher Sensor die Beschleunigung mit guter Stabilität erfassen kann.
Der kapazitiv erfassende MEMS-Beschleunigungssensor 11 umfasst ein Erfassungselementteilstück, das die Beschleunigung erfasst, sowie eine Signalverarbeitungsschaltung, die ein Signal von dem Erfassungselementteilstück verstärkt und anpasst, um das verstärkte und angepasste Signal auszugeben. Das Erfassungselementteilstück besteht aus einer stabilen Substanz wie etwa Silizium (Si), umfasst einen beweglichen Sensorabschnitt und einen feststehenden Sensorabschnitt und erfasst die Beschleunigung beruhend auf einer Änderung der Kapazität zwischen dem beweglichen und dem feststehenden Abschnitt des Sensors.
Der Beschleunigungssensor 11 muss nicht der vorstehend beschriebene kapazitiv erfassende MEMS-Beschleunigungssensor sein, sondern kann auch jede andere Art eines Beschleunigungssensors sein, der ein beliebiges anderes Erfassungsverfahren nutzt, etwa ein piezoresistiver MEMS-Beschleunigungssensor. Der Beschleunigungssensor 11 kann auch ein beliebiger uniaxialer oder biaxialer Beschleunigungssensor sein, solange der Sensor die Beschleunigung senkrecht zu der Fläche des Riemens 101 erfassen kann.
Das Messinstrument 13 ist ein Palmtop und flach und ist aufgrund seiner kleinen Größe mühelos tragbar. Ein oberes Ende des Messinstruments 13 weist einen USB-Port (nicht gezeigt) auf, an dem ein (nicht gezeigter) USB-Stecker, der an einem Ende des Kommunikationskabels 15 vorgesehen ist, angeschlossen ist. An der Vorderseite des Messinstruments 13 sind eine Anzeige 17, verschiedene Schalter wie etwa ein Stromschalter 19 und ein Überwachungsschalter 21, und eine Statusanzeigelampe wie etwa eine Stromanzeige 23 angeordnet. Die Anzeige 17 kann eine Flüssigkristallanzeige sein, um die Eigenfrequenz des Riemens 101, der gemessen wurde, anzuzeigen. Die Stromversorgungsanzeige 23 kann eine Leuchtdiode (LED) sein, die anzeigt, ob die Stromversorgung EIN oder AUS ist.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst dieses Messinstrument 13 weiterhin einen digitalen Signalprozessor (DSP) 25, der ein Mikroprozessor ist, und einen Speicher 27, etwa einen elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), der mit dem DSP 25 elektrisch verbunden ist.
Der Speicher 27 speichert ein Programm zum Messen der Eigenfrequenz des Riemens 101. Das Programm umfasst ein Rechenprogramm mit schneller Fourier-Transformation (FFT). Der DSP 25 ist nicht nur mit dem Speicher 27 elektrisch verbunden, sondern auch mit der Anzeige 17, den verschiedenen Schaltern wie etwa dem Stromschalter 19 und dem Überwachungsschalter 21 sowie der Statusanzeigelampe wie etwa der Stromanzeige 23.
Der DSP 25 ist ausgelegt, um die Verarbeitung der Messung der Eigenfrequenz des Riemens 101 als Reaktion auf zum Beispiel ein von dem Überwachungsschalter 21 geliefertes Signal und ein von dem Beschleunigungssensor 11 geliefertes Beschleunigungssignal gemäß dem aus dem Speicher 27 gelesenen Programm durchzuführen.
4 ist ein Graph, der Rohdaten der Beschleunigung zeigt, die aus der Vibration des Riemens 101 resultieren, die mit der Eigenfrequenzmessvorrichtung S gemessen wird. 5 ist ein Graph, der Beschleunigungsdaten zeigt, die als Abtastungen mit der Eigenfrequenzmessvorrichtung S gesammelt und in ein Leistungsspektrum umgewandelt wurden. 8 ist ein Graph, der Beschleunigungsdaten zeigt, die in einer Situation, in der ein Beschleunigungssignal über einem relativ langen Zeitraum abgetastet wurde, der einen Zeitraum umfasste, in dem sich die Vibration des Riemens gründlich abschwächte, in ein Leistungsspektrum umgewandelt wurden.
Wenn der Stromschalter 19 gedrückt wird, aktiviert der DSP 25 das Messinstrument 13 und lässt die Stromanzeige 23 aufleuchten. Wenn dann der Überwachungsschalter 21 gedrückt wird, überwacht der DSP 25 das von dem Beschleunigungssensor 11 gelieferte Beschleunigungssignal und beginnt das Überwachen des Vibrationszustands des in 4 gezeigten Riemens 101.
Wenn danach beruhend auf dem von dem Beschleunigungssensor 11 gelieferten Beschleunigungssignal eine Beschleunigung größer als ein vorbestimmtes Beschleunigungsmaß erfasst wird, erfasst der DSP 25, dass der Riemen 101 angeregt wurde, und startet dann das Messen der Eigenfrequenz des Riemens 101.
Um zu verhindern, dass vor dem Anregen des Riemens 101 infolge eines Messvorgangs oder abhängig von einer Messumgebung eine von dem Riemen 101 erzeugte geringfügige Vibration einen ungewollten Start der Messung der Eigenfrequenz auslöst, ist das vorbestimmte Beschleunigungsmaß, das einen Start der Messung der Eigenfrequenz auslöst, vorzugsweise größer oder gleich 2,0 G (wobei G die Erdbeschleunigung darstellt) und ist bevorzugter größer oder gleich 3,0 G. In dieser Ausführungsform ist das als ein solcher Auslöser wirkende vorbestimmte Beschleunigungsmaß auf 3,0 G festgelegt.
Bei Erfassen, dass der Riemen 101 angeregt wurde, tastet der DSP 25 das Beschleunigungssignal von dem Beschleunigungssensor 11 ab, um das Sammeln von Beschleunigungsdaten zu starten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Abtastfrequenz bei zum Beispiel etwa 3,2 kHz festgelegt.
Dann startet der DSP 25 das Aufzeichnen der so erhaltenen Beschleunigungsdaten durch Abtasten in 80 Millisekunden nach dem Erfassen, dass der Riemen 101 angeregt wurde, d. h. nach Abwarten eines Zeitraums, der erforderlich ist, um durch Abtasten 256 Punkte von Beschleunigungsdaten zu erhalten. Dann zeichnet der DSP 25 die erhaltenen Beschleunigungsdaten durch Abtasten der Daten über einen Zeitraum Rt von 1280 Millisekunden seit Starten dieser Aufzeichnung auf, d. h. über einen Zeitraum von 1360 Millisekunden, seitdem ein Anregen des Riemens 101 erfasst wurde, und sammelt insgesamt 4096 Punkte von Beschleunigungsdaten.
Die Vibration des Riemens 101, der gerade angeregt wurde, enthält viele Rauschkomponenten, wie etwa durch Anregen des Riemens 101 erzeugte Einwirkungskomponenten, und liefert keine Daten, die zum Berechnen der Eigenfrequenz des Riemens 101 zuverlässig genug sind. Die Rauschkomponenten schwächen sich mit der Zeit ab, was es dem Riemen 101 ermöglicht, allmählich seine Vibrationswellenform mit seiner Eigenfrequenz wiederzuerlangen.
Die vorliegenden Erfinder haben auf empirische Weise festgestellt, dass bis zum Verstreichen von etwa 80 Millisekunden seit Anregen des Riemens 101 die Vibration des Riemens 101 viele Rauschkomponenten enthielt. In dieser Ausführungsform wird somit die Eigenfrequenz des Riemens 101 nicht vor dem anfänglichen Vibrationszeitraum des Riemens 101, der 80 Millisekunden ab Anregen des Riemens 101 dauert, gemessen.
Die Vibration des Riemens 101 schwächt sich auch mit Zeit mehr und mehr ab, und wenn sich seine Vibration gründlich abgeschwächt hat, überwiegen über seiner schwacher Vibrationswellenform (in 4 in dem Bereich X gezeigt) Rauschkomponenten, die nicht mit der Eigenvibration des Riemens 101 in Verbindung stehen. In einer solchen Situation kann die Eigenvibration des Riemens 101 keine Daten liefern, die zum Berechnen der Eigenfrequenz des Riemens 101 zuverlässig genug sind.
Wenn ein Beschleunigungssignal über einem relativ langen Zeitraum Lt, der den Zeitraum umfasst, in dem die Riemenvibration gründlich abgeschwächt wurde, abgetastet wird, pflegt das Leistungsspektrum der Vibrationsfrequenz, das auf den durch Abtasten erhaltenen Beschleunigungsdaten beruht, wie später beschrieben wird Spitzen aufzuweisen (die in 8 in dem Bereich Y gezeigt sind), die sich von der Eigenvibrationsfrequenz des Riemens 101 unterscheiden, wie in 8 veranschaulicht ist.
Die vorliegenden Erfinder haben auf empirische Weise festgestellt, dass nach Verstreichen von etwa 1400 Millisekunden ab Anregen des Riemens die Riemenvibration zu einer schwachen und vollständig gedämpften Vibration mit einem geringen Grad an Zuverlässigkeit wurde. In dieser Ausführungsform wird somit das Abtasten des Beschleunigungssignals gestoppt, sobald 1280 Millisekunden verstrichen sind, seitdem ein Anregen des Riemens 101 erfasst wurde, wie vorstehend beschrieben wurde, und die Eigenfrequenz des Riemens 101 wird ausgenommen während des Endvibrationszeitraums, in dem die Eigenvibration durch die Rauschkomponenten beherrscht wird, gemessen.
Der DSP 25, der wie vorstehend beschrieben die Beschleunigungsdaten erhalten hat, ruft aus dem Speicher 27 das FFT-Rechenprogramm ab, unterzieht die Beschleunigungsdaten (4096 Datenpunkte), die durch Abtasten erhalten wurden, einer FFT-Verarbeitung und erhält beruhend auf den Beschleunigungsdaten das Leistungsspektrum einer solchen Vibrationsfrequenz, wie in 5 veranschaulicht ist. Dann ermittelt der DSP 25 die Vibrationsfrequenz, die einer Spitze des Leistungsspektrums entspricht, als Eigenfrequenz des Riemens 101.
Selbst wenn das Leistungsspektrum seine Spitze bei einer Frequenz von weniger als 10 Hz hat, ignoriert der DSP 25 in diesem Fall diese Spitze und ermittelt die Eigenfrequenz in einem Frequenzbereich, der größer oder gleich 10 Hz ist. Die Rauschkomponenten, die nicht mit der Eigenvibration des Riemens 101 in Verbindung stehen, pflegen in einem niederfrequenten Bereich von weniger als 101 Hz erfasst zu werden. Durch Ermitteln der Eigenfrequenz des Riemens 101 unter Herausnahme des Frequenzbereichs von unter 10 Hz kann die Eigenfrequenz des Riemens 101 somit präzis gemessen werden.
Danach zeigt der DSP 25 die so ermittelte Eigenfrequenz auf der Anzeige 17 an.
– Verfahren zum Messen von Eigenfrequenz –
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Messen der Eigenfrequenz des Riemens 101 mithilfe der Eigenfrequenzmessvorrichtung S unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, die ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Messen der Eigenfrequenz des Riemens 101 gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
Zum Messen der Eigenfrequenz des Riemens 101 in dem Riementriebsystem 100 wird zunächst der Stromschalter 19 gedrückt, um den Strom der Eigenfrequenzmessvorrichtugn S einzuschalten, wie in 6 gezeigt ist (ST1). Dann wird, wie in 3 gezeigt, der Beschleunigungssensor 11 an einer Stelle an der Außenumfangsfläche des Riemens 101, die einem Mittelpunkt zwischen den zwei Riemenscheiben 102 und 103, um die der Riemen 101 gespannt ist, entspricht, oder an einem beliebigen anderen Punkt in der Nähe des ersteren Punkts angebracht (ST2).
Als Nächstes wird der Überwachungsschalter 21 gedrückt, um ein Überwachen eines Beschleunigungssignals zu starten, das von dem Beschleunigungssensor 11 zu dem Messinstrument 13 geliefert wird (ST3). Anschließend wird der Riemen 101 angeregt, zum Beispiel durch Klopfen mit einem Hammer auf den Riemen 101 nahe seinem Abschnitt mit dem Beschleunigungssensor 11, d. h. einem Abschnitt des Riemens 101, der sich mitten zwischen den Riemenscheiben 102 und 103 befindet, oder durch Schnipsen dieses Abschnitts mit einem Finger (ST4).
Wenn eine solche Anregung des Riemens 101 das Messinstrument 13 ein Beschleunigungssignal detektieren lässt, das eine Beschleunigung von größer oder gleich 3,0 G darstellt, beginnt das Messinstrument 13 das Abtasten des Beschleunigungssignals. Wenn dann das Messinstrument 13 80 Millisekunden ab Start des Abtastens des Beschleunigungssignals (ST5) wartet, startet das Messinstrument 13 das Aufzeichnen der abgetasteten Daten. Dann werden Abtastungen von Beschleunigungsdaten über einem Zeitraum Rt von 1280 Millisekunden seit diesem Aufzeichnungsstart gesammelt (ST6). Die so gesammelten Beschleunigungsdaten werden dann durch eine FFT-Bearbeitung einer Frequenzanalyse unterzogen (ST7), und die so erhaltene Eigenfrequenz wird auf der Anzeige 17 angezeigt (ST8).
Auf diese Weise kann die Eigenfrequenz des Riemens 101 in dem Riementriebsystem 100 gemessen werden.
– Vorteile der ersten Ausführungsform –
Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Eigenfrequenz des Riemens 101 beruhend auf der Beschleunigung, die von dem direkt an dem Riemen 101 angebrachten Beschleunigungssensor 11 erfasst wird, gemessen. Dies erlaubt dem Beschleunigungssensor 11 das direkte Erfassen der Vibration des Riemens 101. Ein solches direktes Erfassen verhindert, dass ein externer Umgebungsfaktor, wie etwa Hintergrundrauschen, die Messergebnisse beeinflusst, wie es häufig bei einer ein Mikrofon umfassenden Eigenfrequenzschallmessvorrichtung der Fall ist, und ermöglicht ein präzises Erfassen von niederfrequenter Vibration. Somit kann die Eigenfrequenz des Riemens 101 präzis gemessen werden, unabhängig davon, ob die Vibration des gemessenen Riemens 101 hochfrequent oder niederfrequent ist. Folglich kann die Eigenfrequenz des Riemens 101 über einem breiten Frequenzbereich präzis gemessen werden. Selbst bei einem dicken Riemen 101, der niederfrequente Vibrationen erzeugt, kann daher dessen Eigenfrequenz präzis gemessen werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird zudem die Eigenfrequenz des Riemens 101 mit Ausnahme während des anfänglichen Vibrationszeitraums des Riemens 101, der gerade angeregt wurde, und des Endvibrationszeitraums des Riemens 101 gemessen. Die anfängliche Vibration enthält viele Rauschkomponenten, die nicht mit der Eigenvibration in Verbindung stehen. Bei dem Endvibrationszeitraum wird die Eigenvibration des Riemens 101 durch diese Rauschkomponenten beherrscht. Zudem wird die Eigenfrequenz des Riemens 101 auch durch Ausschließen eines Frequenzbereichs von weniger als 10 Hz ermittelt, d. h. eines Frequenzbereichs, bei dem meist Rauschkomponenten erfasst werden. Dadurch kann die Eigenfrequenz des Riemens 101 präzis gemessen werden.
<Zweite Ausführungsform der Erfindung>
7 ist eine Draufsicht, die das Erscheinungsbild einer Eigenfrequenzmessvorrichtung S nach einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Eine Eigenfrequenzmessvorrichtung S dieser Ausführungsform ist die gleiche wie die erste Ausführungsform, nur dass ein Kommunikationskabel 15 dieser Ausführungsform eine von der Entsprechung der ersten Ausführungsform abweichende Konfiguration aufweist. Somit konzentriert sich die folgende Beschreibung der zweiten Ausführungsform nur auf das Kommunikationskabel 15 mit einer anderen Konfiguration. Die anderen Elemente und das Verfahren zum Messen der Eigenfrequenz, die bereits bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1–6 beschrieben wurden, werden nicht erneut eingehend beschrieben.
Um die Spannung des Riemens 101 beruhend auf der Eigenfrequenz des Riemens 101, die mithilfe der Eigenfrequenzmessvorrichtugn S gemessen wird, zu ermitteln, muss die Spannlänge L eines Abschnitts des Riemens 101, der zwischen den in 3 gezeigten Riemenscheiben 102 und 103 gespannt ist, als eine Information gesammelt werden. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, wird das Kommunikationskabel 15 der Eigenfrequenzmessvorrichtung S gemäß dieser Ausführungsform mit Maßeinteilungen versehen, um die Spannlänge L entlang seiner Länge zu messen, wie in 7 gezeigt ist.
– Vorteile der zweiten Ausführungsform –
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird das Kommunikationskabel 15, durch das der Beschleunigungssensor 11 und das Messinstrument 13 miteinander verbunden werden, entlang seiner Länge mit Maßteilungen versehen. Somit kann das Kommunikationskabel 15 als Maßstab verwendet werden. Dies ermöglicht die Messung der Spannlänge L des Abschnitts des Riemens 101, der zwischen den Riemenscheiben 102 und 103 gespannt ist, mit dem Kommunikationskabel 15, sogar ohne Herstellen eines Messgeräts getrennt von der Eigenfrequenzmessvorrichtung S. Dadurch kann die Anzahl an Werkzeugen, die zum Messen der Spannung des Riemens 101 vorgesehen werden, reduziert werden.
In der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform soll der DSP 25 beruhend auf den Beschleunigungsdaten, die durch Abtasten des von dem Beschleunigungssensor 11 gelieferten Beschleunigungssignals über einen Zeitraum Rt, der bei Verstreichen von 80 Millisekunden seit Anregen des Riemens 101 beginnt und endet, wenn ab dann 1360 Millisekunden verstreichen, erhalten werden, die Eigenfrequenz des Riemens 101 messen. Dies ist aber nur ein Beispiel der vorliegenden Erfindung. Optional kann ein Abtasten der Beschleunigungsdaten zur Verwendung zum Messen der Eigenfrequenz des Riemens 101 sogar vor Verstreichen von 80 Millisekunden seit Anregen des Riemens 101 begonnen werden oder die Beschleunigungsdaten können auch nach Verstreichen von 1360 Millisekunden seit Anregen des Riemens 101 noch gemessen werden.
Bei der ersten Ausführungsform wurde auch ein dicker Riemen, wie etwa ein Keilriemen, als beispielhafter zu messender Riemen 101 bei der Eigenfrequenzmessvorrichtung S erwähnt. Dies ist aber nur ein Beispiel der vorliegenden Erfindung. Die Eigenfrequenzmessvorrichtung S kann natürlich sowohl als Vorrichtung zum Messen der Eigenfrequenz eines dünnen Riemens 101, wie etwa eines Flachriemens, mit einer Dicke von kleiner oder gleich 5 mm als auch als Vorrichtung zum Messen der Eigenfrequenz eines Riemens 101 mit einer Dicke von größer als 5 mm und kleiner als 10 mm verwendet werden.
Wenn ein solcher dünner Riemen 101 um die Riemenscheiben 102 und 103 gewickelt wird, so dass er dort eine kurze Spannlänge aufweist, kann die Eigenfrequenz des Riemens 101 eine Frequenz erreichen, die grob 400–500 Hz beträgt. In diesem Fall wird eine Eigenfrequenzschallmessvorrichtung meist durch Hintergrundrauschen beeinträchtigt, und daher ist es für die Vorrichtung schwierig, die Eigenfrequenz des Riemens präzis zu messen. Die Eigenfrequenzmessvorrichtung S gemäß der ersten Ausführungsform kann aber die Eigenfrequenz des Riemens 101 mit hoher Präzision messen, ohne von einem externen Umgebungsfaktor wie etwa Hintergrundrauschen beeinflusst zu werden, unabhängig davon, wie hoch die Frequenz ist.
Während bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf den durch diese Ausführungsformen definierten Bereich beschränkt. Für Fachleute versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lediglich veranschaulichend sind, dass durch Kombinieren der Komponenten und Arbeitsprozesse dieser Ausführungsformen ohne Weiteres verschiedene andere Abwandlungen vorgenommen werden können und dass diese Abwandlungen ebenfalls in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.
GEWERGBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die vorliegende Erfindung als Eigenfrequenzmessvorrichtung zum Messen der Eigenfrequenz eines Riemens brauchbar und ist insbesondere für eine Eigenfrequenzmessvorrichtung brauchbar, die die Eigenfrequenz eines Riemens über einem breiten Frequenzbereich präzis messen muss.
Bezugszeichenliste

S: Eigenfrequenzmessvorrichtung
11: Beschleunigungssensor
13: Messinstrument
15: Kommunikationskabel
17: Anzeige
19: Stromschalter
21: Überwachungsschalter
23: Stromanzeige
25: DSP
27: Speicher
100: Riementriebsystem
101: Riemen
102, 103: Riemenscheibe

Claims

Eigenfrequenzmessvorrichtung zum Messen bei einem Riementriebsystem, das mindestens zwei Riemenscheiben umfasst, zwischen denen ein Riemen gespannt ist, der Eigenfrequenz des Riemens beruhend auf einer durch Anregen eines Abschnitts des Riemens zwischen zwei benachbarten der mindestens zwei Riemenscheiben erzeugten Vibration, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Beschleunigungssensor, der an dem Abschnitt des Riemens zwischen den zwei benachbarten Riemenscheiben angebracht ist, um eine aus der Vibration des Riemens resultierende Beschleunigung zu erfassen; und ein Messinstrument, das ausgelegt ist, um die Eigenfrequenz des Riemens beruhend auf der von dem Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigung zu messen.
Eigenfrequenzmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Messinstrument die Eigenfrequenz des Riemens beruhend auf der von dem Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigung über einen Zeitraum von 80 bis 1400 Millisekunden ab Anregen des Riemens misst.
Eigenfrequenzmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Messinstrument die Eigenfrequenz des Riemens in einem Frequenzbereich ermittelt, der größer oder gleich 10 Hz ist.
Eigenfrequenzmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei, wenn der Beschleunigungssensor eine Beschleunigung erfasst, die größer als eine Erdbeschleunigung von 2,0 ist, das Messinstrument erfasst, dass der Riemen angeregt wurde.
Eigenfrequenzmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der Beschleunigungssensor und das Messinstrument mittels eines Kommunikationskabels miteinander verbunden sind und das Kommunikationskabel entlang seiner Länge Maßeinteilungen umfasst.