DE19548520B4

DE19548520B4 - Verfahren zum Ermitteln der Luftspaltdicke einer Kupplung, insbesondere einer Bremse und dafür vorgesehene Vorrichtung

Info

Publication number: DE19548520B4
Application number: DE1995148520
Authority: DE
Inventors: Hilmar Dr.-Ing. Strenzke; Franz Dipl.-Ing. Fleckenstein
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: DE19548520A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln der Luftspaltdicke einer durch einen Elektromagnet betätigbaren Kupplung, insbesondere einer Bremse, wobei ein von der Luftspaltdicke (d) abhängiges elektrisches Signal des Elektromagnets (8) gemessen und weiterverarbeitet wird, und mindestens eine Spule des Elektromagnets (8) mit einer sich periodisch ändernden Spannung beaufschlagt wird und als Größe für die Luftspaltdicke (d) die Amplitude (ΔI) eines sich periodisch ändernden Anteils des die Spule durchfließenden Stroms ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die sich periodisch ändernde Spannung von einer impulsförmig getakteten Gleichspannung gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Luftspaltdicke einer durch einen Elektromagnet betätigbaren Kupplung, insbesondere einer Bremse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft aber auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Als Luftspaltdicke wird bei Bremsen der Abstand eines bewegbaren Bremsbelags zu einem Bremskörper bei gelöster Bremse bezeichnet. Bei Betätigung der Bremse wird der Bremsbelag in Richtung des Bremskörpers bewegt, bis er mit diesem in Berührung kommt. Das Bewegen des Bremsbelags erfolgt bei Bremsen entsprechend dem Gattungsbegriff mittels eines Elektromagnets. Das Magnetfeld des Elektromagnets wird dabei nach Bedarf vergrößert oder verkleinert, womit der in der Regel auf einem Belagträger befestigte Bremsbelag zum Bremskörper hin oder vom Bremskörper weg bewegt wird. Ist der Elektromagnet auf der dem Bremskörper gegenüberliegenden Seite des Bremsbelags angeordnet, dann entsteht bei eingefallener Bremse zwischen dem Elektromagnet und dem Bremsbelag ein Luftspalt, der die selbe Dicke aufweist, wie der Luftspalt zwischen Bremsbelag und Bremskörper bei nicht betätigter Bremse.

Insbesondere durch Verschleiß des Bremsbelags ist die Luftspaltdicke einer Bremse einer fortlaufenden Veränderung unterworfen. Dadurch kann sich das Bremsverhalten der Bremse, besonders während des Einleitens eines Bremsvorgangs, in unerwünschter Weise verändern. Um gezielt auf das Bremsverhalten Einfluß nehmen zu können, wäre es wünschenswert, jederzeit die aktuelle Luftspaltdicke oder den Verschleißzustand des Bremsbelags feststellen zu können. Ein Verfahren zum Ermitteln der Luftspaltdicke ist in gleicher Weise auf Bremsen wie auf Kupplungen anwendbar, da Bremsen als spezielle Kupplung mit einem stillstehenden Abtriebsteil und 100% Schlupf betrachtet werden können (Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 16. Auflage 1987, Seite G70).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, unabhängig vom Stromnetz betreibbares Verfahren und eine dafür geeignete Vorrichtung zum Ermitteln der Luftspaltdicke zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die sich periodisch ändernde Spannung von einer impulsförmig getakteten Gleichspannung gebildet ist. Dadurch, daß der Luftspalt der Bremse in dem Magnetfeld einer Spule des Elektromagnets angeordnet ist, beeinflußt die Luftspaltdicke die Induktivität der Spule. Die Induktivität kann über ein elektrisches Signal am Elektromagnet abgegriffen werden. Durch eine geeignete Weiterverarbeitung kann aus diesem Signal die Luftspaltdicke ermittelt werden. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist besonders, daß keine zusätzlichen Bauteile oder Sensoren zum Messen des Luftspalts benötigt werden. Mindestens eine Spule des Elektromagnets wird mit einer sich periodisch ändernden Spannung beaufschlagt. Als Größe für die Luftspaltdicke wird die Amplitude eines sich periodisch ändernden Anteils des die Spule durchfließenden Stroms ermittelt. Die Amplitude des in der Spule fließenden Stroms hängt direkt von der Luftspaltdicke ab, da sich mit der Dicke des Luftspalts zwangsläufig die Induktivität der Spule und damit der Wechselstromwiderstand der Spule verändert. Die Amplitude des in der Spule fließenden Stroms ist bei konstanter Spannungsamplitude wiederum direkt vom Wechselstromwiderstand abhängig. Demzufolge kann die Amplitude des sich periodisch ändernden Anteils des die Spule durchfließenden Stroms als Größe für die Luftspaltdicke gemessen werden. Erfindungsgemäß wird die Spule mit einer impulsförmig getakteten Gleichspannung beaufschlagt. In den Antriebseinheiten vieler batterieelektrisch betriebener Fahrzeuge sind bereits Vorrichtungen zum Erzeugen impulsförmig getakteter Gleichspannungen vorhanden. Es sind somit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur wenige zusätzliche elektronische Bauteile nötig.

Mit besonderem Vorteil wird aus einer Amplitude der sich periodisch ändernden Spannung und aus der Amplitude des sich periodisch ändernden Anteils des Stroms als weitere Größe für die Luftspaltdicke ein Wechselstomwiderstand der Spule ermittelt. Der Wechselstromwiderstand X der Spule ergibt sich aus der Spannungsamplituded ΔU und der Stromamplitude ΔI mit der Formel:

Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn aus dem Wechselstromwiderstand und der Periodendauer T der sich periodisch ändernden Spannung als weitere Größe für die Luftspaltdicke eine Induktivität der Spule ermittelt wird. Die Induktivität L der Spule berechnet sich aus dem Wechselstromwiderstand X mit

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die ermittelten Werte für die Stromamplitude und/oder den Wechselstromwiderstand und/oder die Induktivität mit einer empirisch ermittelten Datenreihe verglichen werden und daraus der Wert der Luftspaltdicke bestimmt wird. In der Datenreihe sind einer Reihe von Werten für Stromamplitude, Wechselstromwiderstand und/oder Induktivität die entsprechenden Werte für die Luftspaltdicke zugeordnet. Eine solche Datenreihe muß lediglich einmalig für eine bestimmte Bremse empirisch aufgestellt werden. Die aktuelle Luftspaltdicke kann dann gegebenenfalls mittels Interpolation aus den gemessenen bzw. ermittelten Werten für Stromamplitude, Wechselstromwiderstand und/oder Induktivität aus der Datenreihe entnommen werden.

Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn die Spule mit einer sinusförmigen Wechselspannung beaufschlagt wird. Die oben angegebenen Gleichungen geben nur für sinusförmige Wechselspannungen die exakten physikalischen Zusammenhänge wieder, während sie für impulsförmige Gleichspannungen lediglich Näherungsformeln darstellen.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung liegt vor, wenn die Kupplung als Speicherbremse ausgeführt ist, wobei ein auf einem Belagträger angeordneter Bremsbelag mittels des Elektromagnets von dem Bremskörper lösbar ist und die Messung der Luftspaltdicke bei eingefallener Speicherbremse durchgeführt wird. Bei einer Speicherbremse wird der Bremsbelag mittels einer Feder oder mittels eines Dauermagnets an den Bremskörper gedrückt. In diesem Zustand befindet sich der Luftspalt der Bremse zwischen dem Bremsbelag und dem Elektromagnet, wobei die Spule des Elektromagnets nicht von Strom durchflossen wird. Es kann nun die erfindungsgemäße Messung des Luftspalts durchgeführt werden, wobei der die Spule durchfließende Strom so klein gewählt wird, daß sich der Bremsbelag nicht bewegt. Die Ermittlung der Luftspaltdicke wird regelmäßig vor Inbetriebnahme der Bremse oder des die Bremse beinhaltenden Fahrzeugs durchgeführt.

Besonders zweckmäßig ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Messen der Luftspaltdicke einer Federspeicherbremse.

Zweckmäßig ist es ebenfalls, wenn das Verfahren auf das Messen der Luftspaltdicke einer Speicherbremse, die als Scheibenbremse oder als Lamellenbremse ausgeführt ist, angewendet wird.

Für eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung der Luftspaltdicke einer durch einen Elektromagnet betätigbaren Kupplung, insbesondere einer Bremse, wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Mittel zum Erzeugen einer impulsförmig getakteten Gleichspannung vorgesehen ist.

Die Vorrichtung umfaßt mindestens eine Spule eines Elektromagnets. Mindestens eine Spule des Elektromagnets steht in Wirkverbindung mit einer elektronischen Auswerteeinheit. Die elektronische Auswerteeinheit weist eine Recheneinheit und eine Speichereinheit auf. In der Recheneinheit wird der Wechselstromwiderstand und/oder die Induktivität der Spule berechnet. In der Speichereinheit ist die empirisch ermittelte Datenreihe mit den entsprechenden Werfen für die Luftspaltdicke abgelegt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine Scheibenbremse in gelöstem Zustand,
2 eine Scheibenbremse in betätigtem Zustand und
3 einen Spannungsverlauf und einen Stromverlauf über der Zeit.
In 1 ist eine als Federspeicherbremse ausgeführte Scheibenbremse in gelöstem Zustand zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein als Bremsscheibe ausgeführter Bremskörper 1 ist dabei um eine Achse 2 frei drehbar. Ein Bremsbelag 3 ist auf einem Belagträger 4 befestigt. Der Belagträger 4 ist über Führungsstifte 5 drehfest mit einem einen Elektromagnet 8 beinhaltenden Bremsengehäuse 6 verbunden. Das Bremsengehäuse 6 ist beispielsweise an einem nicht dargestellten Fahrwerk eines Fahrzeugs befestigt. Zwischen dem Belagträger 4 und dem Bremsengehäuse 6 sind Druckfedern 7 angeordnet, die auf den Belagträger 4 eine Kraft in Richtung des Bremskörpers 1 ausüben. Im gelösten Zustand der Bremse wird eine Spule des innerhalb des Bremsengehäuses 6 angeordneten Elektromagnets 8 von Strom durchflossen. Es wird damit eine auf den Belagträger 4 wirkende magnetische Kraft erzeugt, die den Belagträger 4 entgegen der Kraft der Druckfedern am Bremsengehäuse 6 festlegt. Ein somit zwischen dem Bremsbelag 3 und dem Bremskörper 1 entstehender Luftspalt ermöglicht die freie Drehbarkeit des Bremskörpers 1. Die Dicke d des Luftspalts ist abhängig vom Verschleißzustand des Bremsbelags 3. Der Raum zwischen dem Elektromagnet 8 und der bremsbelagseitigen Oberfläche des Bremsengehäuses 6 ist mit einer Vergußmasse 12 ausgefüllt.
In 2 ist die Bremse gemäß 1 in eingefallenem Zustand dargestellt. Der Elektromagnet 8 wird dabei nicht von Strom durchflossen. Die Kraft der Druckfedern 7 drückt den Belagträger 4 mit den Bremsbelägen 3 an den Bremskörper 1. Dadurch wird eine Drehbewegung des Bremskörpers 1 abgebremst. Der nun zwischen dem Belagträger 4 und dem Bremsengehäuse 6 vorhandene Luftspalt weist ebenfalls die Dicke d auf.
In diesem Zustand der Bremse wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Dicke d des Luftspalts durchgeführt. Die Spule des Elektromagnets 8 wird dabei mit einer impulsförmigen Spannung beaufschlagt. Das daraufhin vom Elektromagnet 8 ausgehende Magnetfeld ist jedoch so klein, daß die auf den Belagträger 4 einwirkenden magnetischen Kräfte nicht ausreichen, um diesen entgegen der Kraft der Federn 7 zu bewegen. Der Elektromagnet 8 steht über eine Leitung 14 in Wirkverbindung mit einer elektronischen Auswerteeinheit 13. Die Auswerteeinheit 13 weist ein Rechenmodul 13a und eine Speichereinheit 13b auf.
Der untere Teil der 3 gibt einen möglichen Verlauf der Spannung U über der Zeit t während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder. Die Spannung U ist in diesem Ausführungsbeispiel als impulsförmige Gleichspannung mit dem Impulsverhältnis 1:1 ausgebildet. Die Periodenabschnitte 10 in denen eine Spannung erzeugt wird, weisen dabei die selbe Zeitdauer auf, wie die spannungsfreien Periodenabschnitte 11. Der Spannungsverlauf hat dabei eine Amplitude von ΔU und weist eine konstante Periodendauer T auf.
Im oberen Teil der 3 ist der aus diesem Spannungsverlauf resultierende Strom I in der Spule über der Zeit t abgebildet. Der Verlauf des Stroms ist ebenfalls periodisch und weist die selbe Periodendauer T, wie der Verlauf der Spannung auf. Die Amplitude des Stroms ΔI ist direkt abhängig von der Dicke d des Luftspalts der Bremse, da die Induktivität des Elektromagnets 8 und somit der Wechselstromwiderstand der Spule durch den Luftspalt beeinflußt werden. Ein exakter Wert für die Luftspaltdicke d kann mittels der Auswerteeinheit 13 nach der Messung der Stromamplitude ΔI durch Vergleich mit einer empirisch ermittelten Datenreihe bestimmt werden.
Mit diesem Verfahren kann die Luftspaltdicke d der Bremse mit sehr geringem Aufwand regelmäßig bestimmt werden. Von der Luftspaltdicke d können z.B. Informationen über den richtigen Zeitpunkt für das Ersetzen der Bremsbeläge abgeleitet werden.

Claims

Verfahren zum Ermitteln der Luftspaltdicke einer durch einen Elektromagnet betätigbaren Kupplung, insbesondere einer Bremse, wobei ein von der Luftspaltdicke (d) abhängiges elektrisches Signal des Elektromagnets (8) gemessen und weiterverarbeitet wird, und mindestens eine Spule des Elektromagnets (8) mit einer sich periodisch ändernden Spannung beaufschlagt wird und als Größe für die Luftspaltdicke (d) die Amplitude (ΔI) eines sich periodisch ändernden Anteils des die Spule durchfließenden Stroms ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die sich periodisch ändernde Spannung von einer impulsförmig getakteten Gleichspannung gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Amplitude (ΔU) der sich periodisch ändernden Spannung und aus der Amplitude (ΔI) des sich periodisch ändernden Anteils des Stroms als weitere Größe für die Luftspaltdicke (d) ein Wechselstomwiderstand (X) der Spule ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Wechselstromwiderstand und einer Periodendauer (T) der sich periodisch ändernden Spannung als weitere Größe für die Luftspaltdicke (d) eine Induktivität (L) der Spule ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Werte für die Stromamplitude (ΔI) und/oder den Wechselstromwiderstand (X) und/oder die Induktivität (L) mit einer empirisch ermittelten Datenreihe verglichen werden und daraus der Wert der Luftspaltdicke (d) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung als Speicherbremse ausgeführt ist, wobei ein auf einem Belagträger (4) angeordneter Bremsbelag (3) mittels des Elektromagnets (8) von dem Bremskörper (1) lösbar ist und die Messung der Luftspaltdicke (d) bei eingefallener Speicherbremse durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel zum Erzeugen einer impulsförmig getakteten Gleichspannung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens eine Spule eines Elektromagnets (8) umfasst, die in Wirkverbindung mit einer elektronischen Auswerteeinheit (13) steht, und die elektronische Auswerteeinheit (13) eine Recheneinheit (13a) und eine Speichereinheit (13b) aufweist.