WO2003032479A1 | 2003-04-17 | |||
WO2009024168A1 | 2009-02-26 |
DE102012005862A1 | 2013-09-26 | |||
EP1462673A1 | 2004-09-29 | |||
DE10147817A1 | 2003-05-08 | |||
EP3632760A1 | 2020-04-08 | |||
DE10147817A1 | 2003-05-08 |
Patentansprüche: 1. Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißes von Bremsbelägen einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse, wobei die Bremse eine bestrombare Spule aufweist, wobei nach dem Anlegen einer Spannung an die Spule, insbesondere zum Lüften der Bremse, der zeitabhängige Verlauf des durch die Spule fließenden elektrischen Stroms erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von Parametern einer mit den Parametern parametrierten, zeitabhängigen Funktion I(t) ausgehend von jeweiligen Anfangswerten der Parameter so weit verändert werden, bis die Abweichung zwischen dem erfassten Stromverlauf und der Funktion I(t) möglichst klein wird, insbesondere also ein Optimum der Parameter gefunden ist, wobei die Abweichung als Funktional der Differenzfunktion zwischen dem erfassten Stromverlauf und der Funktion I(t) bestimmt wird oder zwischen einem aus dem erfassten Stromverlauf extrapolierten Stromverlauf und der Funktion I(t), insbesondere wobei der Wert der Differenzfunktion zum jeweiligen Zeitpunkt t als Differenz zwischen dem zum jeweiligen Zeitpunkt t zugeordneten Funktionswert I(t) und dem erfassten Stromwert oder einem aus den erfassten Stromwerten extrapolierten Wert gebildet wird, wobei aus den so gefundenen Parametern, insbesondere aus den Parametern des Optimums, ein Zeitpunkt als Maß für den Verschleiß bestimmt wird, insbesondere - wobei das Maß überwacht wird auf Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes - und/oder wobei eine Warninformation herausgegeben wird, wenn das Maß einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Spule anliegende elektrische Spannung erfasst wird. 3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktional - die Summe von einer Serie von Zeitpunkten jeweils zugeordneten Beträgen der Differenz oder - die Summe von einer Serie von Zeitpunkten jeweils zugeordneten Quadraten der Differenz ist und/oder dass - die Abweichung aus der oder mittels der Summe von Beträgen von Differenzen zwischen dem zum jeweiligen Zeitpunkt t zugeordneten Funktionswert I(t) und erfassten Stromwert oder einem aus den erfassten Stromwerten extrapolierten Wert gebildet wird oder - die Abweichung aus der oder mittels der Summe von Quadraten von Differenzen zwischen dem zum jeweiligen Zeitpunkt t zugeordneten Funktionswert I(t) und erfassten Stromwert oder einem aus den erfassten Stromwerten extrapolierten Wert gebildet wird. 4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlegen einer Spannung an die Spule den Zeitnullpunkt, insbesondere t = 0, definiert. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion I(t) abschnittsweise definiert ist, wobei ein zweiter Anschnitt sich an einen ersten Abschnitt anschließt, wobei im ersten Abschnitt die Differenz zwischen einer Konstanten, insbesondere i^^^ , und der Funktion I(t) exponentiell abfällt, wobei eine erste zeitkonstante λ^ wirksam ist, wobei im zweiten Abschnitt die Differenz zwischen der Konstanten, insbesondere ^^^^ − wobei der Stromwert ^^ ^ unmittelbar am oder nach dem Zeitpunkt des Lüftens erfasste Stromwert ist, und der Funktion I(t) exponentiell abfällt, wobei eine zweite Zeitkonstante λ^ wirksam ist, wobei die erste Zeitkonstante größer als die zweite Zeitkonstante ist. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion I(t) abschnittsweise definiert ist, nämlich mittels: ^ wobei ^^ der Zeitpunkt des Lüftens ist, λ^ die Zeitkonstante vor dem Zeitpunkt des Lüftens, λ^ die Zeitkonstante nach dem Zeitpunkt des Lüftens, ^^ ^ der Stromwert unmittelbar am oder nach dem Zeitpunkt des Lüftens und i^^^ der stationäre erreichbare Stromwert, insbesondere und i^ der zuletzt erreichte Stromwert vor dem Zeitpunkt des Lüftens ist. 7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt als Maß für den Verschleiß bestimmt wird gemäß: wobei i^ der zuletzt erreichte Stromwert vor dem Zeitpunkt des Lüftens ist, insbesondere also der zuletzt vor dem Lüften erreichte Wert der idealisierten Funktion I(t). 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als stationär erreichbarer Stromwert i^^^ fungierender Parameter als fester Wert vorgegeben wird, also nicht verändert wird. 9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Lüften der Bremse eine ferromagnetische Ankerscheibe zur Spule hinbewegt wird, wobei die Ankerscheibe vor dem Lüften an einen Bremsbelag angedrückt wird, insbesondere von einem an einem Magnetkörper abgestützten Federelement, wobei der Magnetkörper die Spule aufnimmt oder mit der Spule verbunden ist, insbesondere wobei die Ankerscheibe nach dem Lüften am Magnetkörper anliegt. 10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse eine von der Welle abbremsbare Welle aufweist, welche drehbar gelagert ist zu einem Magnetkörper der Bremse, wobei die Spule in einer Ausnehmung oder Vertiefung des Magnetkörpers aufgenommen ist, wobei eine ferromagnetische Ankerscheibe drehfest und axial bewegbar mit dem Magnetkörper verbunden ist, wobei ein Bremsbelagträger drehfest und axial verschiebbar mit der Welle verbunden ist, insbesondere indem ein ringförmiger Mitnehmer auf die Welle aufgesteckt und mit der Welle mittels Passfederverbindung verbunden ist und der Mitnehmer eine Außenverzahnung aufweist, welche mit einer Innenverzahnung des Bremsbelagträgers im Eingriff ist, wobei auf der von der Ankerscheibe axial abgewandten Seite des Bremsbelagträgers eine Bremsfläche angeordnet ist, welche verbunden ist mit dem Magnetkörper, wobei der Bremsbelagträger axial zwischen der Bremsfläche und der Ankerscheibe angeordnet ist, wobei die Ankerscheibe axial zwischen dem Bremsbelagträger und dem Magnetkörper angeordnet ist, wobei am Magnetkörper abgestützte Federelemente auf die Ankerscheibe drücken, insbesondere die Ankerscheibe mit einer Federkraft beaufschlagen, insbesondere welche in axialer Richtung vom Magnetkörper weg gerichtet ist. 11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Parameter zum Finden des Optimums mittels eines Simplex-Verfahrens ausgeführt wird, und/oder dass nach Anlegen einer Spannung, insbesondere Gleichspannung, an die Spule die Bremse gelüftet wird. 12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter der Zeitpunkt des Lüftens, die Zeitkonstante λ^ vor dem Zeitpunkt des Lüftens, die Zeitkonstante λ^ nach dem Zeitpunkt des Lüftens, der zuletzt erreichter Stromwert i^ vor dem Zeitpunkt des Lüftens, der Stromwert ^^ ^ unmittelbar am oder nach dem Zeitpunkt des Lüftens und/oder der stationär erreichbarer Stromwert i^^^ verwendet sind. 13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stationär erreichbarer Stromwert i^^^ bestimmt wird, indem nach einem, insbesondere zuallererst, ausgeführten Lüften der, insbesondere im Rahmen der Messgenauigkeit, stationär sich einstellende Stromwert bestimmt wird, insbesondere und dann die Parameter den stationär erreichbaren Stromwert i^^^ nicht umfassen, insbesondere wobei aus dem so bestimmten stationär erreichbaren Stromwert i^^^ , insbesondere unter Berücksichtigung der an die Spule angelegten Gleichspannung, der Ohm’sche Widerstand der Spule bestimmt wird, insbesondere und daraus die Temperatur der Spule, und davon abhängig die Anfangswerte der Parameter, insbesondere der Zeitkonstanten ( λ^ , λ^ ), bestimmt werden. 14. Elektromotor mit elektromagnetisch betätigbarer Bremse und Signalelektronik zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Erfassung des durch die Spule fließenden Stromes im Elektromotor angeordnet ist und/oder dass ein Sensor zur Erfassung der an der Spule anliegenden Spannung im Elektromotor angeordnet ist, wobei der oder die Sensoren mit einer Signalelektronik verbunden sind, welche die an der Spule der Bremse anliegende Spannung steuert und/oder stellt, insbesondere wobei die Signalelektronik einen Speicher zum Speichern des zeitabhängigen Verlaufs des erfassten Stroms aufweist und/oder eine Auswerteeinheit. 15. Elektromotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse eine von der Welle abbremsbare Welle aufweist, welche drehbar gelagert ist zu einem Magnetkörper der Bremse, wobei die Spule in einer Ausnehmung oder Vertiefung des Magnetkörpers aufgenommen ist, wobei eine ferromagnetische Ankerscheibe drehfest und axial bewegbar mit dem Magnetkörper verbunden ist, wobei ein Bremsbelagträger drehfest und axial verschiebbar mit der Welle verbunden ist, insbesondere indem ein ringförmiger Mitnehmer auf die Welle aufgesteckt und mit der Welle mittels Passfederverbindung verbunden ist und der Mitnehmer eine Außenverzahnung aufweist, welche mit einer Innenverzahnung des Bremsbelagträgers im Eingriff ist, wobei auf der von der Ankerscheibe axial abgewandten Seite des Bremsbelagträgers eine Bremsfläche angeordnet ist, welche verbunden ist mit dem Magnetkörper, wobei der Bremsbelagträger axial zwischen der Bremsfläche und der Ankerscheibe angeordnet ist, wobei die Ankerscheibe axial zwischen dem Bremsbelagträger und dem Magnetkörper angeordnet ist, wobei am Magnetkörper abgestützte Federelemente auf die Ankerscheibe drücken, insbesondere die Ankerscheibe mit einer Federkraft beaufschlagen, insbesondere welche in axialer Richtung vom Magnetkörper weg gerichtet ist. |
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert: In der Figur 1 ist ein Stromverlauf beim Lüften einer erfindungsgemäßen Bremsanordnung dargestellt. In der Figur 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen des Arbeitsluftspaltes schematisch dargestellt. Wie in den Figuren dargestellt, steigt der mit einem Stromsensor erfasste Strom ^(^) , welcher durch eine Spule der Bremse fließt, beim Anlegen einer Spannung U an eine Spule der Bremsanordnung an. Der zeitabhängige Verlauf der an der Spule anliegenden Spannung ist mit U(t) bezeichnet. Dabei ändert sich der Wert der Spannung U(t) zum Zeitpunkt ^ ^ von 0 auf U. Dabei weist die Bremsanordnung eine abzubremsende Welle, insbesondere Rotorwelle eines Elektromotors, auf, welche drehbar gelagert ist zu einem Gehäuseteil, insbesondere eines Elektromotors. Die bestrombare Spule ist in einem Magnetkörper aufgenommen, insbesondere in einer ringförmigen Vertiefung des Magnetkörpers. Der Magnetkörper ist lösbar verbunden mit dem Gehäuseteil. Auf die Welle ist ein ringartig geformter Mitnehmer aufgesteckt und mit der Welle drehfest verbunden, insbesondere mittels Passfederverbindung. Der Mitnehmer weist eine Außenverzahnung auf, auf welche ein scheibenförmiger Bremsbelagträger mit seiner Innenverzahnung aufgesteckt ist, wobei die Innenverzahnung mit der Außenverzahnung im Eingriff ist, sodass der Bremsbelagträger mit dem Mitnehmer und/oder der Welle drehfest und axial bewegbar verbunden ist. Eine ferromagnetisch ausgeführte Ankerscheibe ist axial, also in axialer Richtung, zwischen der Spule und dem Bremsbelagträger angeordnet. Die Ankerscheibe ist drehfest und axial bewegbar mit dem Magnetkörper verbunden. Vorzugsweise sind hierzu axial gerichtete Bolzen mit dem Magnetkörper verbunden, welche axial durch die Ausnehmungen der Ankerscheibe hindurchragen. Mit dem Gehäuseteil oder am Gehäuseteil ist eine Bremsfläche verbunden oder ausgeführt. Der Bremsbelagträger ist axial zwischen der Bremsfläche und der Ankerscheibe angeordnet. An dem Magnetkörper abgestützte Federelemente drücken auf die Ankerscheibe, insbesondere sodass die Ankerscheibe beim Bestromen der Spule entgegen der von den Federelementen erzeugten Federkraft zum Magnetkörper hingezogen wird und somit der Bremsbelagträger sich freilaufen kann, insbesondere also die Bremse gelüftet wird. Bei Nichtbestromung der Spule drücken die Federelemente die Ankerscheibe weg vom Magnetkörper hin zum Bremsbelagträger, sodass der Bremsbelagträger auf die Bremsfläche gedrückt wird, insbesondere also die Bremse einfällt. Die Bremsfläche ist entweder als fein bearbeiteter Oberflächenabschnitt des Gehäuseteils, insbesondere Lagerflansches, ausgeführt oder als Blechteil, das an dem Gehäuseteil, insbesondere Lagerflansch, anliegt. Im Gehäuseteil, insbesondere Lagerflansch, ist ein Lager der Welle, insbesondere Rotorwelle, aufgenommen. Erfindungsgemäß wird der durch die Spule fließende Strom oder zumindest ein Maß für diesen Strom erfasst und die an der Spule anliegende Spannung wird erfasst oder zumindest ein Maß für diese Spannung. Somit ist der zeitabhängige Verlauf der an der Spule anliegenden Spannung und der zeitabhängige Verlauf des durch die Spule fließenden Stromes erfasst. Da beim Lüften der Bremse die Ankerscheibe sich aufgrund der Verringerung der Magnetkraft unter der Wirkung der von den Federelementen erzeugten Federkraft von einer ersten axialen Position zu einer zweiten axialen Position verschoben wird, sinkt die Induktivität der Spule entsprechend von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert. Erfindungsgemäß wird der Zeitpunkt t = 0 des Lüftens der Bremse, also der Schaltzeitpunkt, aus dem erfassten zeitabhängigen Stromverlauf bestimmt. Allerdings wird hierzu keine zeitliche Ableitung verwendet und auch keine Gradientenbildung ausgeführt, sondern eine Kurvenregression ausgeführt. Dabei werden mittels eines Optimierungsverfahrens die Parameter einer abschnittsweise definierten Funktion bestimmt. In jedem der Abschnitte weist die Funktion einen konstanten und einen exponentiellen Anteil auf, wobei eine Zeitkonstante des exponentiellen Anteils im jeweiligen Abschnitt unterschiedliche Werte aufweist, da die Zeitkonstante von der Induktivität der Spule abhängig ist und diese vor dem Lüften höher ist als nach dem Lüften. Im Folgenden wird die Zeitkonstante vor dem Zeitpunkt des Lüftens mit λ ^ bezeichnet und danach mit λ ^ . Es gilt also Wenn der Zeitpunkt den Zeitpunkt des Lüftens bezeichnet, gilt für die Stromverlaufsfunktion idealisiert: ^ Der Maximalstrom wird durch ^ ^^^ bezeichnet und ist allein durch die an der Spule anliegende Gleichspannung und den Ohmschen Widerstand der Spule bestimmt. Der erste Abschnitt der Funktion beginnt bei ^ = 0 und hat die Zeitkonstante ^ ^ , insbesondere die aus dem Quotienten aus dem Ohm’schen Widerstand und der Induktivität der Spule ^ bestimmt ist, insbesondere wobei gilt ^ ^ = ^. Zum Zeitpunkt ^ ^ hat der Strom den Wert ^ ^ erreicht, so dass die Ankerscheibe dann abgehoben wird und die Bremse lüftet, was bewirkt, dass der Strom infolge der durch das Verschieben der Ankerscheibe bewirkten Induktivitätsänderung näherungsweise unmittelbar auf den Wert ^^ ^ abfällt, womit der zweite Abschnitt der Funktion beginnt. Danach steigt der Strom mit der anderen Zeitkonstante ^ ^ an, insbesondere die mittels des Quotienten aus dem Ohm’schen Widerstand der Spule und der nun durch das Lüften der Bremse geänderten Induktivität der Spule bestimmt ist. Wichtig ist dabei auch, dass der Ohm’sche Widerstand der Spule temperaturabhängig ist und die Temperatur stark von der Betriebsweise abhängt. Aber auch die Induktivität weist eine gewisse Temperaturabhängigkeit auf. Da jedoch nicht nur die Temperatur, sondern auch andere elektrisch wirkende Störeinflüsse vorhanden sind, weist der erfasste Stromverlauf einen Rauschanteil auf. Weil sich aus dem ersten Abschnitt der Funktion ergibt kann dieser Wert in der Funktion, insbesondere in den zweiten Abschnitt der idealisierten Funktion, eingesetzt werden. Sodann weist die Funktion I(t) als Parameter nur noch auf, die dann durch ein Optimierungsverfahren bestimmt werden, indem die Abweichung aus dem erfassten Stromverlauf und der obigen Funktion I(t) minimiert wird, indem die Parameter verändert werden. In Figur 2 ist dargestellt, dass hierbei Anfangswerte ^ ^^^,^ , ^ ^,^ , ^ ^ ^ ,^ , ^ ^,^ , ^ ^,^ vorgegeben werden, die dann im Laufe des Optimierverfahrens immer weiter verändert werden, bis die minimale Abweichung zwischen dem erfassten Stromverlauf und der Funktion I(t) erreicht ist. Die Abweichung ist beispielsweise nach der Summe der Quadrate von Differenzen zwischen dem jeweiligen Funktionswert und dem zugehörigen Messwert oder einem aus den Messwerten extrapolierten Wert gebildet. Somit ist nach der Methode der kleinsten Quadratsumme ein Optimum auffindbar und dadurch die Werte der Parameter bestimmbar. Mit den so durch das Optimierungsverfahren bestimmten Werten der Parameter wird der Zeitpunkt Lüftens gemäß Dieser Zeitpunkt ein Maß für den Arbeitsluftspalt der Ankerscheibe dar, also der axialen Länge, die für die Bewegung der Ankerscheibe zwischen dem gelüfteten und eingefallenen Zustand der Bremse zur Verfügung steht. Dieser Arbeitsluftspalt ist vom Verschleiß der Bremsbeläge des Bremsbelagträgers abhängig, insbesondere wobei ein erster Bremsbelag an dem Bremsbelagträger auf der, der Bremsfläche zugewandten Seite des Bremsbelagträgers angeordnet ist und ein zweiter Bremsbelag an dem Bremsbelagträger auf der, der Ankerscheibe zugewandten Seite des Bremsbelagträgers angeordnet ist. Vorzugsweise wird das Verfahren bei jedem Lüften der Bremse neu ausgeführt. Dabei ist als jeweiliger Zeitnullpunkt der Schaltzeitpunkt, also das Anlegen der Spannung an die Spule, verwendbar. Insbesondere ist aus der Auswertung des zeitabhängigen Spannungsverlaufs der an der Spule anliegenden Spannung der Schaltzeitpunkt einfach detektierbar und somit der jeweils neue Zeitnullpunkt bestimmbar. Bei jeder Durchführung des Verfahrens wird in der oben beschriebenen Weise der jeweilige Wert des Zeitpunktes ^ ^ bestimmt. Vorzugsweise wird die Änderung dieses Zeitpunktes ^ ^ beobachtet und ab Unterschreitung eines kritischen Wertes dieses Zeitpunktes ^ ^ dessen Änderungsgeschwindigkeit, nämlich Änderung pro Anzahl der zur Änderung zugehörigen Lüftvorgänge wird eine Warnmeldung herausgegeben, insbesondere zum Hinweis auf einen kritisch hohen Verschleiß der Bremsbeläge. Wie aus der abschnittsweisen Definition der idealisierten Funktion I(t) ersichtlich, ist der Stromwert ^^ ^ der erste Stromwert des zweiten Abschnitts der idealisierten Funktion, insbesondere unmittelbar am oder nach dem Zeitpunkt des Lüftens. Entsprechend ist der Stromwert i ^ der letzte Funktionswert des ersten Abschnitts der idealisierten Funktion I(t), insbesondere unmittelbar vor dem Lüften. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird als Optimierungsverfahren das Simplex-Verfahren von Nelder und Mead (John A. Nelder, R. Mead: A simplex method for function minimization. In: Computer Journal.7, 1965, S.308–313. doi:10.1093/comjnl/7.4.308) verwendet. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird ganz zu Beginn die Temperatur der Spule bestimmt und davon abhängig werden die Startwerte des Optimierverfahrens vorgegeben. Die Temperaturbestimmung erfolgt durch Bestimmen des stationär nach dem Lüften sich einstellenden Maximalwertes, der einfach dadurch bestimmbar ist, dass im Rahmen der Messgenauigkeit der Strom einen sich nicht weiter verändernden Wert aufweist.
Bezugszeichenliste Zeitpunkt des Lüftens λ ^ Zeitkonstante vor dem Zeitpunkt des Lüftens λ ^ Zeitkonstante nach dem Zeitpunkt des Lüftens i ^ zuletzt erreichter Stromwert vor dem Zeitpunkt des Lüftens ^^ ^ Stromwert unmittelbar am oder nach dem Zeitpunkt des Lüftens i ^^^ stationär erreichbarer Stromwert I(t) idealisierte Funktion U(t) an der Spule anliegende Spannung