DE202005009053U1

DE202005009053U1 - Vorrichtung zur Überwachung einer elektromagnetisch betätigten Bremse

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Publication number: DE202005009053U1
Application number: DE200520009053
Authority: DE
Original assignee: Intorq & Co KG GmbH
Current assignee: Intorq & Co KG GmbH
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2015-06-10

Abstract

Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs- und Verschleißzustandes einer elektromagnetisch betätigten Bremse mit einer Ankerscheibe, die zwischen einem Magnetteil und einem gegen ein Widerlager preßbaren Rotor über einen Luftspalt hinweg mittels der Magnetkräfte sowie mechanischer Kräfte bewegt wird und in ihren Endlagen entweder am Magnetteil oder am gegen das Widerlager verspannten Rotor anliegt, wobei ein Sensorteil an der Ankerscheibe fest angeordnet und eine feststehende Sensoreinheit vorgesehen ist, mit der das mit der Ankerscheibe mitbewegliche Sensorteil zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorteil ein Tauchanker (13) ist und die Sensoreinheit aus zwei koaxial hintereinander angeordneten, den Tauchanker (13) umgebenden Tauchspulen (10, 11) besteht, wobei die Länge des Tauchankers (13) in axialer Richtung der Tauchspulen (10, 11) so bemessen ist, daß sich die Eintauchtiefe bei Bewegung des Tauchankers (13) bei der einen der beiden Spulen (10, 11) im umgekehrten Verhältnis zu der Eintauchtiefe bei der anderen der beiden Spulen (10, 11) ändert und aus...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs- und Verschleißzustandes einer elektromagnetisch betätigten Bremse mit einer Ankerscheibe, die zwischen einem Magnetteil und einem gegen ein Widerlager preßbaren Rotor über einen Luftspalt hinweg mittels der Magnetkräfte sowie mechanischer Kräfte bewegt wird und in ihren Endlagen entweder am Magnetteil oder am gegen das Widerlager verspannten Rotor anliegt, wobei ein Sensorteil an der Ankerscheibe fest angeordnet und eine feststehende Sensoreinheit vorgesehen ist, mit der das mit der Ankerscheibe mitbewegliche Sensorteil zusammenwirkt.
Es sind Vorrichtungen der vorgenannten Art bekannt, bei denen das an der Ankerscheibe angeordnete Sensorteil aus einem Stößel besteht, der in Gestalt einer an der Ankerscheibe vorstehenden Schraube ausgeführt ist, deren Achse parallel zur Bewegungsrichtung der Ankerscheibe liegt. Das Sensorteil ist hierbei ein Mikroschalter, der am Magnetteil befestigt ist. Die Einstellung der Stößelschraube relativ zum Mikroschalter kann zur Vornahme einer Funktionskontrolle vorgesehen werden, bei welcher bei jedem Schaltvorgang der Bremse der Mikroschalter umgeschaltet wird. Zum anderen kann die Einstellung der Stößelschraube auf eine Verschleißkontrolle abgestimmt sein, um den Mikroschalter dann umzuschalten, wenn der Abstand zwischen dem Magnetteil und der Ankerscheibe einen Grenzwert überschreitet. So ist der sich mit zunehmendem Verschleiß vergrößernde Luftspalt zwischen dem Magnetteil und der hiervon abgefallenen Ankerscheibe ein Indikator für den Verschleißzustand auch dann, wenn bei der betreffenden Bremse eine Einrichtung zur Nachstellung des Luftspaltes vorgesehen ist.
Mikroschalter haben für den genannten Einsatzzweck vor allem hinsichtlich ihrer Mechanik Nachteile. Bei schnellschaltenden Bremsen werden sie stark beansprucht und können ausfallen. Relativbewegungen zwischen der Stößelschraube und dem Mikroschalter quer zur Meßrichtung führen zum Verschleiß am Betätigungsglied des Mikroschalters und somit zu einer Veränderung des Schaltpunktes. Um die erforderliche Genauigkeit zu gewährleisten, können die Mikroschalter nur in einem kleinen Temperaturbereich eingesetzt werden. Ist sowohl eine Funktions- als auch eine Verschleißkontrolle erforderlich, müssen zwei Mikroschalter vorgesehen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein berührungsloses Sensorsystem zu schaffen, welches im Hinblick auf die gesamten Betriebsbedingungen einer Bremse der in Rede stehenden Art störungsfrei arbeitet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß das Sensorteil ein Tauchanker ist und die Sensoreinheit aus zwei koaxial hintereinander angeordneten, den Tauchanker umgebenden Tauchspulen besteht, wobei die Länge des Tauchankers in axialer Richtung der Tauchspule so bemessen ist, daß sich die Eintauchtiefe bei Bewegung des Tauch ankers bei der einen der beiden Spulen im umgekehrten Verhältnis zu der Eintauchtiefe bei der anderen der beiden Spulen ändert und aus dem sich entsprechend ergebenden Induktivitätsverhältnis beider Spulen die Position der Ankerscheibe relativ zum Magnetteil ermittelbar ist.
Für die Erfindung ist wesentlich, daß ein Verfahren zur Anwendung kommt, welches auf der Beeinflussung der Induktivität der beiden als Sensoreinheit verwendeten Tauchspulen durch den an der verschieblichen Ankerscheibe befestigten Tauchanker beruht. Der Tauchanker weist eine hohe Permeabilität auf. Er taucht in beide Spulen teilweise ein, wobei sich die Eindringtiefe des Tauchankers, bei einer Abstandsveränderung zwischen dem Magnetteil und der Ankerscheibe in der einen Spule verringert und in der anderen Spule gleichzeitig erhöht. So kann die relative Induktivitätsveränderung der beiden Spulen zueinander gemessen und daraus ein Wert für den Abstand zwischen dem Magnetteil und der Ankerscheibe errechnet werden. Aus dem errechneten Abstand zwischen dem Magnetteil und der Ankerscheibe kann der Betriebszustand und/oder der Verschleißzustand der Bremse ermittelt werden, wobei von der Position der Ankerscheibe entweder im an das Magnetteil angezogenen oder im davon abgefallenen Zustand ausgegangen werden kann. So können für den Betriebszustand und/oder den Verschleißzustand der Bremse ein oder mehrere Zustandssignale ausgegeben werden.
Das erfindungsgemäße Tauchspulen-Sensorsystem hat eine besonders hohe Störfestigkeit. Mit einer Temperaturänderung ändert sich der Widerstand der beiden Tauchspulen, da davon jedoch beide Spulen gleichermaßen betroffen sind, entsteht bei der Differenzmessung der Induktivitäten ein Meßfehler nicht. Auch ändert sich die Permeabilität des Tauchankers, der vorzugsweise aus einem Ferrit besteht, mit der Temperatur, auch dies wirkt sich zugleich auf beide Tauchspulen aus, weswegen bei gleicher Eintauchtiefe in beide Tauchspulen ein Fehler bei der Differenzmessung nicht auftritt und bei ungleicher Eintauchtiefe der Meßfehler vernachlässigbar klein ist. Davon ist auch dann auszugehen, wenn sich bei Relativbewegungen des Tauchankers und der Tauchspulen quer zur Meßrichtung, also quer zur Bewegungsrichtung der Ankerscheibe, der Dämpfungseinfluß des Tauchankers auf die beiden Tauchspulen ändert.
Aus den vorgenannten Gründen sind zweckmäßig die beiden Tauchspulen identisch ausgebildet und ist für den Tauchanker eine Referenzposition definiert, in der seine Eintauchtiefe in jeder der beiden Spulen gleich ist. Diese Position entspricht dem Nennabstand zwischen der Ankerscheibe und dem Magnetteil, hierbei bedämpft der Tauchanker beide Spulen gleich stark. Bei einer Abstandsänderung zwischen dem Magnetteil und der Ankerscheibe wird die eine der beiden Tauchspulen stärker und die andere der beiden Tauchspulen weniger stark bedämpft. So kann über die Messung des Verhältnisses zwischen den beiden Spulen-Induktivitäten der Abstand zwischen der Ankerscheibe und dem Magnetteil, also die Luftspaltweite, ermittelt werden.
Weiter von Vorteil ist, zwischen dem Tauchanker und den Innenseiten der Tauchspulen einen im Querschnitt ringförmigen Luftspalt vorzusehen, der bei einer Relativbewegung von Tauchanker und Tauchspulen quer zur Meßrichtung eine Berührung dieser Teile verhindert. Dadurch ist es unproblematisch, wenn die Ankerscheibe beim Abfallen vom Magnetteil oder beim Anziehen an das Magnetteil eine Kipp- oder Taumelbewegung ausführt, die sich auf den mit der Ankerscheibe mechanisch fest verbundenen Tauchanker überträgt. Der erwähnte Luftspalt sorgt dafür, daß das Sensorsystem nicht beschädigt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Schnitt in Richtung einer der Axialebenen durch eine schematisch dargestellte Federkraftbremse und
2 eine schematische Ansicht des zwischen dem Magnetteil und der Ankerscheibe angeordneten Sensorsystems bei der Bremse gemäß 1.
Im einzelnen zeigt 1 eine elektromagnetisch lüftbare Federkraftbremse mit einem Magnetteil 1, welches auch als Stator bezeichnet wird. Das Magnetteil 1 ist mit einer Erregerspule 2 versehen, bei deren Bestromung eine Ankerscheibe 3 gegen das Magnetteil 1 angezogen wird. Die Ankerscheibe 3 ist ebenso wie das Magnetteil 1 in seiner Grundform kreisrund, bewegt wird die Ankerscheibe 3 somit in ihrer Axialrichtung. In dieser Richtung ist die Ankerscheibe 3 von Druckfedern 4 beaufschlagt, welche die Ankerscheibe 3 bei Nichtbestromung der Erregerspule 2 vom Magnetteil 1 abfallen lassen und sie gegen einen Bremsrotor 5 pressen, der mit der Kraft der Druckfedern 4 von der Ankerscheibe 3 gegen ein feststehendes Widerlager 7 verspannt wird. Sowohl zur Seite der Ankerscheibe 3 als auch zur Seite des Widerlagers 7 hin ist der Bremsrotor 5 mit Reibbelägen 5.1 versehen. Beim Verschleiß tragen sich insbesondere diese Reibbeläge 5.1 ab, dadurch vergrößert sich der Luftspalt 8 zwischen dem Magnetteil 1 und der von ihm abgefallenen Ankerscheibe 3, für dessen Weite ein nicht zu überschreitender Grenzwert vorgegeben wird, um die bestimmungsgemäße Funktion der Bremse sicherzustellen. Der Rotor 5 weist eine Nabe 6 auf, mittels der er mit einer nicht dargestellten, abzubremsenden Welle drehfest, jedoch axial lose verbunden wird.
An der Außenseite des Magnetteils 1 ist eine Sensorvorrichtung 9 angeordnet, mit der jede Position der Ankerscheibe 3 erfaßt werden kann, um sowohl den Betriebszustand als auch den Verschleißzustand der Bremse zu überwachen. Die Sensorvorrichtung 9 erstreckt sich insgesamt parallel zur Bewegungsrichtung der Ankerscheibe 3, und sie ist zwischen zwei Bereichen des Magnetteils 1 und der Ankerscheibe 3 angeordnet, die sich in Axialrichtung der Ankerscheibe 3 frei gegenüberliegen.
Im einzelnen zeigt 2 in Ergänzung zu 1 den grundsätzlichen Aufbau der Sensorvorrichtung 9, die auf dem Tauchankerprinzip beruht. So sind an einem Spulenträger 12 eine erste Tauchspule 10 und eine zweite Tauchspule 11 angeordnet, die miteinander gleich sind und mit geringem Abstand koaxial hintereinanderliegend angeordnet sind. Die Tauchspulen 10, 11 umschließen einen Eintauchraum 15 für einen Tauchanker 13, der vorzugsweise aus einem Ferrit mit hoher Permeabilität besteht. Der Tauchanker 13 ist am Ende eines Trägers 14 angeordnet, der – wie 1 veranschaulicht – an der Ankerscheibe 3 befestigt ist. In 2 ist die Bewegungsrichtung durch den Pfeil A angedeutet, es handelt sich um die Bewegungsrichtung der Ankerscheibe 3 bei den Schaltvorgängen der Bremse, diese Bewegungsrichtung ist die sogenannte Meßrichtung. Bei den Schaltvorgängen kann die Ankerscheibe 3 leicht gekippt werden, sich im Luftspalt 8 schrägstellen, was sich über den aus dem Eintauchraum 15 im Spulenträger 12 herausgeführten Träger 14 auf den Tauchanker 13 überträgt.
Deshalb ist ein Ringspalt 16 zwischen dem Tauchanker 13, seinem Träger 14 und den Innenseiten der Tauchspulen 10, 11 vorhanden, um eine Kollision des Tauchankers 13 mit den Tauchspulen 10, 11 oder dem Spulenträger 12 zu vermeiden.
Der Tauchanker 13 hat eine Länge, um in einer Referenz- oder Null-Lage gleich tief in beide Tauchspulen 10, 11 einzutauchen. Seine Länge in der Meßrichtung A gesehen ist deshalb gleich der axialen Länge einer der identischen Tauchspulen 10, 11 zuzüglich einer Länge, die dem Abstand der Tauchspulen 10, 11 entspricht. Wird der Tauchanker 13 in der Meßrichtung A bewegt, nimmt die Eintauchtiefe bei der einen der beiden Tauchspulen 10, 11 um dasjenige Maß zu, um das sie bei der anderen der beiden Tauchspulen abnimmt. Diejenige Spule 10, 11, in die der Tauchanker 13 weiter eintaucht, wird von dem Tauchanker 13 stärker bedämpft, dementsprechend erhöht sich ihre Induktivität. So kann aus dem Induktivitätsverhältnis der beiden Tauchspulen 10, 11 die Position der Ankerscheibe 3 im Bremszustand wie im Lüftzustand ermittelt werden, womit insbesondere der Verschleißzustand der Bremse erfaßbar ist.
Die Sensorvorrichtung 9 ist mit einer elektronischen Ansteuereinheit elektrisch verbunden, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Über diese Ansteuereinheit erfolgt die Messung der Induktivität der beiden Spulen mittels einer Messung des Stromverlaufs in beiden Spulen, die jeweils mit einer plötzlichen Spannungsänderung beaufschlagt werden. In Abhängigkeit vom induktiven Widerstand der Tauchspulen 10, 11 ändert sich der Stromverlauf in den Spulen unterschiedlich, woraus die jeweilige Eintauchtiefe des Tauchankers 13 bezüglich jeder der beiden Tauchspulen 10, 11 ermittelt werden kann.

Claims

Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs- und Verschleißzustandes einer elektromagnetisch betätigten Bremse mit einer Ankerscheibe, die zwischen einem Magnetteil und einem gegen ein Widerlager preßbaren Rotor über einen Luftspalt hinweg mittels der Magnetkräfte sowie mechanischer Kräfte bewegt wird und in ihren Endlagen entweder am Magnetteil oder am gegen das Widerlager verspannten Rotor anliegt, wobei ein Sensorteil an der Ankerscheibe fest angeordnet und eine feststehende Sensoreinheit vorgesehen ist, mit der das mit der Ankerscheibe mitbewegliche Sensorteil zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorteil ein Tauchanker (13) ist und die Sensoreinheit aus zwei koaxial hintereinander angeordneten, den Tauchanker (13) umgebenden Tauchspulen (10, 11) besteht, wobei die Länge des Tauchankers (13) in axialer Richtung der Tauchspulen (10, 11) so bemessen ist, daß sich die Eintauchtiefe bei Bewegung des Tauchankers (13) bei der einen der beiden Spulen (10, 11) im umgekehrten Verhältnis zu der Eintauchtiefe bei der anderen der beiden Spulen (10, 11) ändert und aus dem sich entsprechend ergebenden Induktivitätsverhältnis beider Spulen (10, 11) die Position der Ankerscheibe (3) relativ zum Magnetteil (1) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Tauchspulen (10, 11) identisch ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchanker (13) eine Länge hat, die gleich der Länge einer der Spulen (10, 11), verlängert um den Abstand der Spulen (10, 11) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Tauchanker (13) eine Referenzposition definiert ist, in der seine Eintauchtiefe in jeder der beiden Spulen (10, 11) gleich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchanker (13) aus einem Ferrit besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchspulen (10, 11) und der Tauchanker (13) mit ihren Achsen parallel zur Bewegungsrichtung der Ankerscheibe (3) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchspulen (10, 11) mittels einem Tauchspulenträger (12) am Magnetteil (1) befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchanker (13) mittels einem aus dem Eintauchraum (15) der Spulen (10, 11) herausgeführten Träger (14) mit der Ankerscheibe (3) gekuppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Tauchanker (13) und den Innenseiten der Tauchspulen (10, 11) ein Ringspalt (16) mit einer Weite vorgesehen ist, die ein Bewegungsspiel des Tauchankers (13) quer zur Meßrichtung zuläßt.