(57)【要約】【課題】エンドレス張力手段特にベルトを含む張力手段伝動装置並びにこのような張力手段伝動装置の張力手段の摩耗の測定方法を、非接触で且つ他の影響をほとんど受けない張力手段伝動装置のモニタリングおよび特にエンドレス張力手段の摩耗のモニタリングが実行可能なように改良し、さらに、このような張力手段伝動装置内に使用可能なようにエンドレス張力手段を改良する。【解決手段】駆動要素（１１０）および被駆動要素と結合されている少なくとも２つのベルト車（１１５、１３０、１４０、１５０）を結合するエンドレス張力手段（１２０）特にベルトを含む張力手段伝動装置は、張力手段（１２０）の表面を走査するための音響式走査装置（１７０）を特徴とする。【選択図】  図１
2006194881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動要素（１１０）および被駆動要素と結合されている少なくとも２つのベルト車（１１５、１３０、１４０、１５０）を結合するエンドレス張力手段（１２０）特にベルトを含む張力手段伝動装置において、
張力手段（１２０）の表面を走査するための音響式走査装置（１７０）を備えたことを特徴とする張力手段伝動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の張力手段伝動装置において、
音響式走査装置（１７０）が、音響信号（１７２）を送るための少なくとも１つの送信装置と、および張力手段（１２０）において反射された音響信号を受けるための少なくとも１つの受信装置とを含むことを特徴とする張力手段伝動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の張力手段伝動装置において、
音響信号（１７２）が超音波信号または超低周波音信号であることを特徴とする張力手段伝動装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の張力手段伝動装置において、
音響信号（１７２）が、送信装置から常時送られることを特徴とする張力手段伝動装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載の張力手段伝動装置において、
音響信号（１７２）が、送信装置からパルス状に送られることを特徴とする張力手段伝動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の張力手段伝動装置において、
音響信号（１７２）のパルス状送信が、駆動要素（１１０）の回転速度に同期して行われることを特徴とする張力手段伝動装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の張力手段伝動装において、
張力手段（１２０）が、音響信号を反射する少なくとも１つのコーティング表面（１２２）を有することを特徴とする張力手段伝動装置。
【請求項８】
請求項７に記載の張力手段伝動装置において、
少なくとも１つのテンションプーリー（１８０）を有するテンション装置が、音響式走査装置（１７０）に向かい合って配置されており、
テンションプーリー（１８０）は、張力手段（１２０）の少なくとも１つのコーティング表面が走査装置（１７０）を向くように張力手段（１２０）を転向させることを特徴とする張力手段伝動装置。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の張力手段伝動装置において、
送信装置（１７０）により受けられた音響信号（１７２）を処理および評価するための回路装置（２００）を備えたことを特徴とする張力手段伝動装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の張力手段伝動装置のエンドレス張力手段（１２０）特にベルト駆動装置のベルトの摩耗の測定方法において、
張力手段（１２０）の少なくとも１つの表面が音響的に走査され、走査信号から張力手段（１２０）の摩耗が推測されることを特徴とするエンドレス張力手段の摩耗の測定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
音響を反射する層（１２２）でコーティングされた張力手段（１２０）の表面が走査されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の方法において、
走査が連続的に行われることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の方法において、
走査が設定可能な時間間隔で行われることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
走査が、設定可能な時間間隔で、内燃機関の駆動要素（１１０）の回転速度またはクランク軸の回転速度またはカム軸の回転速度に同期して行われることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４のいずれか１項に記載の方法において、
走査信号（Ａ、Ａ′）が摩耗されていない張力手段（１２０）の記憶走査信号（Ｎ、Ｎ′）と比較され、これから摩耗が推測されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１０ないし１５のいずれか１項に記載の方法において、
設定可能な摩耗しきい値が超えられているとき、光摩耗信号および／または音響摩耗信号が回路装置（２００）から発生され且つ出力されおよび／またはエラー・メモリ内に記憶されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
特に請求項１ないし８のいずれか１項に記載に記載の張力手段伝動装置用エンドレス張力手段（１２０）において、
張力手段（１２０）の少なくとも１つの表面が、音響信号を反射する少なくとも１つの層（１２２）でコーティングされていることを特徴とする張力手段伝動装置用エンドレス張力手段。
【請求項１８】
請求項１７に記載の張力手段において、
それがＶベルトまたは歯付ベルトであり、そのＶ側ないし歯側が、音響信号を反射する少なくとも１つの層（１２２）でコーティングされていることを特徴とする張力手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に記載の張力手段伝動装置に関するものである。さらに、本発明は、請求項１０の上位概念に記載のこのような張力手段伝動装置のエンドレス張力手段の摩耗の測定方法並びに請求項１７の上位概念に記載のこのような張力手段伝動装置用エンドレス張力手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日の内燃機関においてのみならず他の駆動装置においてもまた、今日においてはきわめてしばしば張力手段伝動装置が使用される。この場合、例えば過給器、圧縮機等を駆動するために例えばクランク軸からカム軸へ、または主軸から従動軸へ力を伝達するように、プラスチック、ゴムまたは類似材料からなるＶベルトを有するＶベルト伝動装置が使用される。駆動ベルトは高い摩耗を受けるので、定期的保守間隔で交換されなければならない。この場合、摩耗現象は、たいていの場合、駆動ベルトの弾性変化、ヘア・クラックの形成、歯付ベルトの場合には歯の摩耗、または個々の歯の欠損において、および一部厚さ変化においても現われる。保守間隔を守らないことが重大な損傷をもたらすことがある。例えば歯付ベルトによる内燃機関内弁駆動の制御において、歯付ベルトが破損した場合にピストンが弁に衝突することがあり、これによりエンジンは損傷されることになる。この結果、エンジンの交換が必要となるが、少なくとも手間のかかる修理したがって高価な修理もまた必要となる。
【０００３】
したがって、このような損傷を予防するために、摩耗限界への到達に関してエンドレス張力手段特にＶベルトまたは歯付ベルトの瞬間状態をモニタリングすることが望ましい。
ドイツ特許公開第１０２１６３５４号から、張力手段伝動装置の全ての構成部品ないし個別部品が使用材料とは無関係に導電性を有するこのタイプの張力手段伝動装置が既知となっている。これにより、内燃機関の運転中に、導電性の決定により連続的に張力手段の摩耗状態が決定可能である。張力手段の抵抗値は使用寿命の間新しい状態に比較して変化するので、限界値を特定することにより、張力手段が破損する前にエンドレス張力手段の交換が実行可能である。この場合、抵抗値の測定のために、摩耗を上昇させる滑り接点または高価な非接触誘導作用測定装置が必要となる。ここで、例えば表面が汚れたときに抵抗値が変化することがあり、これが摩耗に関して誤った判定を導く場合があることが問題である。
［特許文献１］  ドイツ特許公開第１０２１６３５４
特願２００５−３５９７１９（整理番号Ｒ．３１０１７２）を有する本出願人の未公開出願から、張力手段の表面を走査するための光学式走査装置が設けられている、このタイプの張力手段伝動装置並びにエンドレス張力手段の摩耗の測定方法およびこのような張力手段伝動装置用エンドレス張力手段が明らかにされている。光学式走査は、ドイツ特許公開第１０２１６３５４号から明らかにされているような、例えば抵抗値を測定することに比較して本質的な改善を示している。しかしながら、多くの場合において光学式走査は可能ではない。特に、送信装置と受信装置との間に光ビームに対して不透明な物質または光ビームを著しく減衰させる物質が発生したとき、光学式走査は妨害されることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、冒頭記載のタイプの張力手段伝動装置（例えば、ベルト伝動装置）並びにこのような張力手段伝動装置の張力手段（例えば、ベルト、Ｖベルト、歯付きベルト）の摩耗の測定方法を、非接触で且つ他の影響をほとんど受けない張力手段伝動装置のモニタリングおよび特にエンドレス張力手段の摩耗のモニタリングが実行可能なように改良することが本発明の課題である。
【０００５】
さらに、このような張力手段伝動装置内に使用可能なようにエンドレス張力手段を改良することもまた本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はこれらの課題を独立請求項１、１０および１７の特徴により解決する。
有利な変更形態がこれらの独立請求項に引用されているそれぞれの従属請求項に記載されている。
【０００７】
張力手段が、音響信号により、停止中、または運転の間に常時、または特定の時間間隔または角度間隔においてのみ音響的に走査され、およびこのようにして測定された走査信号によりエンドレス張力手段特にＶベルトまたは歯付ベルトの状態を推測することが本発明の基本的な考え方である。
【０００８】
この場合、摩耗されていない張力手段の記憶基準信号が走査信号と比較され、およびこの比較から、張力手段即ち例えば歯付ベルトである駆動ベルトの瞬間状態が推測されることが好ましい。設定可能な基準が超えられているとき、張力手段伝動装置がその中で使用されている機械例えば内燃機関における損傷を回避するために張力手段の交換を示唆する信号が出力される。
【０００９】
この場合、走査は、音響信号を送るための１つの送信装置により、および張力手段において反射された音響信号を受けるための少なくとも１つの受信装置により行われることが好ましい。
【００１０】
音響信号は送信装置から常時送られてもよい。一実施形態において、音響信号が送信装置からパルス状に送られるように設計されている。
この場合、パルス状送信が駆動要素の回転速度に同期して行われることが有利である。
【００１１】
このために、張力手段は、音響信号を反射する少なくとも１つのコーティング表面を有している。
張力手段の走査をさらに改善するために、有利な実施形態において、テンション装置（引っ張り装置又は緊張装置）が設けられ、テンション装置は走査装置に向かい合って配置され、これにより、張力手段は、走査装置の範囲内において、張力手段のコーティング側が走査装置を向くようにテンションプーリー（張り車）を介して転向される。場合により存在するクラックはテンションプーリーにより特に強力に拡張され、これにより、改善された表面走査が可能である。テンションプーリーを介しての転向は特に歯付ベルトないしＶベルトの歯またはＶ型とは反対側において行われる。
【００１２】
存在するそれ自身既知のエンジン制御装置の一部であることが有利な回路装置内において、受けられた音響信号が処理および評価される。
この場合、走査信号と、摩耗されていない張力手段の記憶走査信号との比較が行われることが好ましい。この比較から、設定可能な摩耗しきい値が超えられているとき、摩耗が推測される。この場合、光摩耗信号（摩耗が生じていることを示す光信号）および／または音響摩耗信号（摩耗が生じていることを示す音響信号）が回路装置から発生され且つ出力され、これにより、存在する張力手段の故障が例えば車両のドライバに指示される。さらに、摩耗信号はエラー・メモリ内に記憶され且つ例えば保守作業において読み取られてもよく、これにより、張力手段伝動装置が故障し、その結果として、例えば内燃機関が著しく損傷する前に、張力手段の交換が行われる。
【００１３】
このような張力手段伝動装置において使用されるエンドレス張力手段即ち例えばＶベルトまたは歯付ベルトは、張力手段の少なくとも１つの表面上に、音響信号を特に良好に反射する少なくとも１つの層を有している。この層はＶベルトまたは歯付ベルトのＶ側ないし歯側に配置されていることが好ましい。
【００１４】
本発明のその他の利点および特徴が一実施例の以下の説明並びに図面から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１にエンジン１００例えば自動車の内燃機関が略図で示され、エンジン１００のクランク軸１１０はベルト車１１５を駆動し、ベルト車１１５を介して例えばＶベルト１２０が走行し、Ｖベルト１２０は、さらに、ベルト車１３０、１４０、１５０を介して、例えば水ポンプ１３５、サーボ・ポンプ１４５並びに照明発電機１５５を作動させる。Ｖベルト１２０に張力を与えるためにテンション装置（引っ張り装置）が設けられ、テンション装置はテンションプーリー（張り車）１８０を有し、テンションプーリー１８０にＶベルト１２０が当接し、およびテンションプーリー１８０はＶベルト１２０にそれ自身既知のように張力を与える。
【００１６】
ベルト車１１５、１３０、１４０、１５０並びにテンションプーリー１８０からなる全体装置は張力手段伝動装置を示し、この場合、張力手段はＶベルト１２０により形成されている。Ｖベルト１２０のほかに張力手段としてきわめてしばしば歯付ベルトもまた使用され、歯付ベルトはＶベルト１２０と同様に力伝達可能な張力手段伝動装置を可能にし、即ち多数の付属機器例えば発電機、換気装置、水ポンプ、空調圧縮機、ステアリング・ポンプ等の駆動もまた可能にする。
【００１７】
エンジン１００の正面側における張力手段伝動装置の範囲内に音響式走査装置１７０が配置され、音響式走査装置１７０は音響信号１７２を放射し且つ再びそれを受ける。走査信号は電気信号ライン２１０を介して評価電子装置例えばそれ自身既知の制御装置２００に供給され、制御装置２００内において走査信号は以下に記載のように評価される。
【００１８】
ここで、本発明により、その下側に音響信号を特に良好に反射する少なくとも１つの層１２２がコーティングされている駆動ベルト１２０が使用される。走査装置１７０から放射された音響信号１７２はこのコーティング１２２において反射され且つ走査装置内に配置されているセンサ（図２には示されていない）によって受けられる。
【００１９】
この場合、音源として超音波源がまたは低周波音源もまた使用される。反射された音波は検出されるかまたは評価される。ここで、制御装置２００の一部である評価アルゴリズム内において、伝達時間差、強さ変動または強さ低減、調和振動の励振、妨害周波数等に基づいて、駆動ベルト１２０の瞬間摩耗状態が決定される。この場合、評価は、神経回路網、ファジィ論理等により行われる。走査装置１７０は、純原理的に、駆動ベルト１２０がその脇を通過するエンジン１００の任意の位置に配置可能であることを指摘しておく。
【００２０】
ヘア・クラック１２５のない、摩耗されていない新しい駆動ベルトにおいては、図２ｃに示され且つ″Ｎ″で表わされている、反射音波の特性周波数パターンを有する信号が発生する。摩耗の増加と共に、即ち例えば種々のベルト車１１５、１３０、１４０、１５０を介して並びにテンションプーリー１８０を介して駆動ベルト１２０が走行するときに受ける強力な圧着運動により歯１２４の間に例えばヘア・クラック１２５（図２ａ参照）が発生するとき、この信号が変化し、例えば異なる周波数における異なるピークの数、信号の強さ（強度）等が変化する。即ち、例えば摩耗されていない新しい駆動ベルト１２０において、信号Ｎ内に特性周波数ピーク２２０、２２１、２２２、２２３が発生する。複数のヘア・クラック１２５を有する摩耗されているＶベルトの信号Ａ内に、これらの周波数ピーク２２０、２２１、２２２および２２３のほかに妨害周波数２２７、２２８が検出される。周波数スペクトル内の変化に基づき、駆動ベルト１２０の摩耗状態が推測される。駆動ベルト１２０の摩耗を推測可能にする周波数スペクトル内の変化は、妨害周波数２２７、２２８の発生のほかに、基本振動／基本周波数の高調波の励振または送信周波数と反射周波数との間の位相シフトおよび／または送信周波数と反射周波数との間の波長変化および／または送信周波数と反射周波数との間の伝達時間差であってもよい。比較方法として、パターン比較、信号レベル比較、度数比較、反復率比較または差比較等が使用される。
【００２１】
ここで、制御装置２００の一部であり且つ例えばプログラムとして実行されてもよく、または神経回路網の形で形成されている評価電子装置内において、測定信号″Ａ″が摩耗されていない駆動ベルト１２０の信号″Ｎ″と比較され、これから駆動ベルト１２０の摩耗が推測される。
【００２２】
図２に、ほとんど曲げられることなく走行する駆動ベルト１２０の下側即ち「歯側」における走査装置１７０の配置が略図で示されている。走査装置１７０がテンションプーリー１８０に向かい合って配置され、駆動ベルト１２０の下側が走査装置１７０を向くようにテンションプーリー１８０が駆動ベルト１２０を転向させる（図１）ことにより、走査精度はさらに上昇可能である。テンションプーリー１８０により駆動ベルト１２０の下側が特に強力に伸長され、これが場合により存在するヘア・クラックを拡張させ、これにより、ヘア・クラックは走査装置１７０によってより良好に検出可能である。
【００２３】
摩耗されていない新しい駆動ベルトの信号列″Ｎ″および走査された駆動ベルト１２０の信号列″Ａ″の比較が行われたのちに、例えば、設定可能な摩耗しきい値に到達したことが、例えば上記張力手段伝動装置がその中に配置されている車両のドライバに音響警報または光警報によって指示されることにより、摩耗が推測される。さらに、エラー・メッセージがメモリ内に記憶され且つ例えばのちの保守作業においてそれ自身既知のように読み取られてもよい。
【００２４】
この場合、走査は、エンジン１００の停止中、またはエンジン１００の運転の間に継続して、または特定の時間間隔または角度間隔においてのみ行われてもよい。
使用される音響信号１７２は、常時、パルス状に、または例えばクランク軸１１０の回転に同期してオン／オフ切換されてもよい。
【００２５】
図３ａ−図３ｃに示されている、駆動ベルト１２０の走査およびこの場合に得られる信号の実施例においては、図２に示されている実施例と同じ要素は同じ符号で示されているので、その説明に関しては前の説明がそのまま参照される。
【００２６】
図３に示されている実施例においては、歯１２４の上側が走査されることが、図２ａ−図２ｃに示されている実施例と相違している。図３ａにおいて、実線は、摩耗されていない新しい歯１２４を示しており、点線は、摩耗された古い歯１２４を示している。追加態様または代替態様として、歯１２４の上側のほかに、その側面が走査されてもよい。摩耗が増加したとき、歯幅／側面幅が減少し、これにより、走査された方形信号Ａ′（図３ｂ）が、摩耗の増加と共に、摩耗されていない新しい駆動ベルト１２０の信号Ｎ′（図３ｃ）に対して著しく変化する。即ち、摩耗されていない新しい駆動ベルト１２０の信号Ｎ′の方形パルス２６０の幅ｔｎｅｕは歯が削られる摩耗の増加と共に低下し、これにより、図３ｂにおいて信号Ａ′により略図で示されているような、摩耗されている駆動ベルト１２０の方形パルス２６５の幅ｔａｌｔはより小さくなる。この変化が制御装置２００内において評価される。この場合、歯走査時間は駆動装置の回転速度と相関を有している。回転速度の関数として固有歯走査時間が形成され、固有歯走査時間は特性曲線群内または数値表内に、またはそれに対応する方法で記憶されてもよい。摩耗が増加したとき、同じ回転速度において歯走査時間は基準値より著しく短くなる。したがって、歯走査時間の相違が診断に使用可能である。
【００２７】
歯幅の製作誤差が避けられない場合、診断信号として平均歯走査時間が使用されてもよい。
さらに、例えば駆動ベルト１２０上の歯が欠損した場合には隙間が発生し、この結果、歯走査時間列内に中断が形成され、これが同様に検出される。
【００２８】
図３に、さらに、走査装置１７０′を有する第３の他の実施例が示され、走査装置１７０′は駆動ベルト１２０の下側に向かい合ってなく、音響が斜め下から入射され、および例えば歯側面において反射され且つ（図示されていない）受信ユニット内に受けられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、エンドレス張力手段の摩耗を測定するための音響式走査装置を有する内燃機関の略正面図である。
【図２】図２ａは第１の実施例による張力手段の摩耗を測定するための音響式走査装置および走査信号の略図であり、図２ｂは摩耗されているエンドレス張力手段の周波数に対する音響の強さ線図であり、および図２ｃは摩耗されていない新しいエンドレス張力手段の周波数に対する音響の強さ線図である。
【図３】図３ａは第２および第３の実施例による張力手段の摩耗を測定するための音響式走査装置および走査信号の略図であり、図３ｂは摩耗されているエンドレス張力手段の周波数に対する音響の強さ線図であり、および図３ｃは摩耗されていない新しいエンドレス張力手段の周波数に対する音響の強さ線図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００    エンジン
１１０    駆動要素（クランク軸）
１１５、１３０、１４０、１５０    ベルト車
１２０    張力手段（歯付ベルトまたはＶベルト、駆動ベルト）
１２２    コーティング表面（コーティング、層）
１２４    歯
１２５    ヘア・クラック
１３５    水ポンプ
１４５    サーボ・ポンプ
１５５    照明発電機
１７０、１７０′    音響式走査装置（送信装置）
１７２、１７２′    音響信号
１８０    テンションプーリー（張り車又は緊張ローラ）
２００    回路装置（制御装置）
２１０    電気信号ライン
２２０、２２１、２２２、２２３    周波数ピーク
２２７、２２８    妨害周波数
２６０、２６５    方形パルス
Ａ、Ａ′    走査信号（測定信号）
Ｎ、Ｎ′    記憶走査信号
ｔａｌｔ    方形パルス幅（摩耗駆動ベルト）
ｔｎｅｕ    方形パルス幅（新しい駆動ベルト）
【図１】
2006194881.tif 000003
【図２】
2006194881.tif 000004
【図３】
2006194881.tif 000005