DE19626669C1

DE19626669C1 - Brake-lining wear monitoring method for brake lining of brake motor

Info

Publication number: DE19626669C1
Application number: DE19626669A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Nestler; Karl-Heinz Dr Meiser
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2016-07-04

Abstract

The method measures the sound using sensor (3) and draws conclusions from the changes in the sound measured using also acceleration sensor (3) mounted on brake motor (1). A high sampling frequency is used on the signal detected by the acceleration transducer. The spectrum of the sound in solid or of the acceleration is obtained by fast Fourier transform (FFT) of the time variation of the sound in solid or acceleration.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Verschleißes eines Bremsbelags bei Bremsmotoren.The invention relates to a method and a device to monitor the wear of a brake pad Brake motors.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung sind aus der DE 37 39 836 C2 bekannt. Die Überwachung des Bremsverschleißes erfolgt hier durch eine in die Zuleitung des Bremsmagneten eingeschleifte Meß schaltung, die bei angepreßtem Bremsbelag auf die in Abhängigkeit des Arbeitsluftspaltes und damit in Abhän gigkeit der Stärke des Bremsbelages auftretende Strom stärke anspricht.A generic method and a generic one Devices are known from DE 37 39 836 C2. The Brake wear is monitored here by a measurement looped into the lead of the brake magnet circuit, with the brake pad pressed onto the in Dependence of the working air gap and thus in dependency current of the thickness of the brake pad appeals to strength.

Weiterhin ist bekannt, die Bremsbelagverschleißüberwa chung bei Bremsmotoren, also Elektromagneten mit einge bauter elektromagnetisch lüftbarer Bremse, mittels di rekter Luftspaltmessung durchzuführen, wobei Sensoren, Näherungsschalter, Mikroschalter oder Abstandssensoren in die Bremse eingebaut werden, um nach Überschreitung des maximal zulässigen Bremsenluftspaltes beispielsweise einen Überwachungsstromkreis auszulösen. Der Einbau derartiger Sensoren in die Bremse gestaltet sich äußerst schwierig, da die Bremse zum einen konstruktiv modifi ziert werden muß und zum anderen eine manuelle Justage der eingebauten Sensoren notwendig ist, damit der Schwel lenwert für die "gut"/"schlecht"-Erkennung korrekt erfaßt werden kann. Dadurch, daß der Sensor jeweils in die Bremse einzubauen ist, kann nicht ein Sensor für beliebig viele Motoren verwendet werden. Entsprechend ergeben sich hohe Fertigungskosten für Bremsmotoren mit derartigen Sensoren zur Bremsbelagverschleißüberwachung. Des wei teren ist aufgrund der "gut"/"schlecht"-Erkennung keine kontinuierliche Überwachung des Bremsbelagverschleißes möglich. Auch ist keine sichere Erfassung des Schwellen wertes über die Betriebsdauer hin möglich, da die Senso ren temperaturempfindlich sind.It is also known to monitor the brake pad wear with brake motors, i.e. electromagnets with turned on builders electromagnetic release brake, by means of di air gap measurement using sensors, Proximity switches, microswitches or distance sensors in the brake can be installed after exceeding the maximum permitted brake air gap, for example trigger a monitoring circuit. The installation such sensors in the brake is extremely difficult because the brake is structurally modifiable must be decorated and on the other hand a manual adjustment of the built-in sensors is necessary for the smoldering lenwert for the "good" / "bad" detection correctly recorded can be. The fact that the sensor in each Brake is not a sensor for any many motors are used. Accordingly arise high manufacturing costs for brake motors with such Brake pad wear monitoring sensors. The white Due to the "good" / "bad" recognition, teren is not continuous monitoring of brake pad wear possible. Also, there is no reliable detection of the threshold value over the service life possible because the Senso are temperature sensitive.

Ein Bremsmotor als solcher ist in Meyers Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaft, 1. Band, A-E, Mannheim u. a. Bibliographisches Institut 1969, Seite 411, beschrieben.A brake motor as such is in Meyers Lexikon Technology and the exact natural sciences, Volume 1, A-E, Mannheim u. a. Bibliographisches Institut 1969, page 411.

Aus der DE 38 28 932 A1 ist bekannt, Elektromotoren mit Hilfe eines Körperschallsensors zu überwachen.From DE 38 28 932 A1 it is known to use electric motors Monitor with the help of a structure-borne noise sensor.

Die DE 41 16 345 A1 betrifft ein Verfahren zur Schadens früherkennung an einem im Betrieb kontinuierlich Körper schall emittierenden rotierenden Bauteil einer Maschine. Die Körperschallparameter werden mit Hilfe eines einzigen Schallaufnehmers gemessen und durch Filter in einen hochfrequenten und einen tieffrequenten Bereich des Frequenzspektrums getrennt. Es werden Körperschallei stungsspektren gebildet und hieraus eine Kohärenzfunktion berechnet. Hierdurch kann der Schaden an Bauteilen einer Maschine, also auch an Verschleißteilen erkannt werden. Der Einsatz der Körperschallmessung zur Bestimmung des Verschleißverhaltes eines Verschleißteils ist nicht speziell angesprochen.DE 41 16 345 A1 relates to a method for damage early detection of a body that is continuously in operation sound-emitting rotating component of a machine. The structure-borne noise parameters are measured using a single Sound sensor measured and through filters in one high frequency and a low frequency range of Frequency spectrum separated. There are body shells power spectra and a coherence function calculated. This can damage a component Machine, that is to say, can also be recognized by wearing parts The use of structure-borne noise measurement to determine the Wear behavior of a wearing part is not specifically addressed.

Aus TR Technische Rundschau Heft 5, 1993, S.n 48-51, ist bekannt, Werkzeugverschleiß mit Hilfe des durch den Bearbeitungsvorgang am Werkzeug erzeugten Ultraschall signals (Bearbeitungsgeräusch) zu überwachen.From TR Technische Rundschau Issue 5, 1993, pp. 48-51 Known tool wear with the help of the Machining process on the tool generated ultrasound monitor signals (processing noise).

Aus "VDI-Richtlinien", VDI 2563 Entwurf, Aug. 1988, Seiten 1, 11 und 12, ist bekannt, daß bei Bremsvorgängen Quietschen, Betätigungsquietschen, Bremsrubbeln und Schab- und Reibgeräusche entstehen können. Ursache ist ein Gleitreibungsvorgang zwischen Bremsbelag und Brems scheibe bzw. Bremstrommel.From "VDI guidelines", VDI 2563 draft, Aug. 1988, Pages 1, 11 and 12, it is known that when braking Squeaking, squeaking, brake rubbing and Scraping and rubbing noises can occur. Cause is a sliding friction process between the brake pad and brake disc or brake drum.

Aus "VDI-Berichte" Nr. 368, 1980, Seiten 59-65, ist bekannt, daß jedes Bremssystem aus einzelnen Teilen, z. B. Bremsbelä gen, besteht, die für sich schwingungsfähig sind.From "VDI Reports" No. 368, 1980, pages 59-65, it is known that each braking system from individual parts, e.g. B. brake pads gene exists, which are capable of vibrating by themselves.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile eine kontinuierliche Überwachung des Bremsbe lagverschleißes bei einfacher Montage und geringen Her stellungskosten möglich ist.The invention has for its object a method and a device of the type mentioned above to develop that while avoiding the aforementioned Disadvantages of continuous monitoring of the brake lag wear with simple assembly and low fro position costs is possible.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Körperschall des Bremsmotors bei Einfallen der Bremse gemessen und aus der Veränderung des Körperschalls auf den Verschleiß des Bremsbelags geschlossen wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch zumin dest einen Körperschallsensor aus, der ein dem Körper schall des Bremsmotors entsprechendes Sensorsignal an eine Signalverarbeitungs- und Auswerteeinrichtung abgibt. Die Überwachung des Bremsbelagverschleißes erfolgt also nicht mehr durch direkte Luftspaltüberwachung, sondern durch Messung des Körperschalls, welcher durch den Auf prall der Ankerscheibe auf den Bremsbelag bei Einfallen der Bremse im Bremsmotor entsteht. Die Erfindung macht dabei von der sich überraschend herausgestellten Erkennt nis Gebrauch, daß sich der Körperschall mit zunehmender Luftspaltvergrößerung, also zunehmendem Verschleiß des Bremsbelags, kontinuierlich verändert. Da sich der Kör perschall über den gesamten Bremsmotor ausbreitet, ist es nicht mehr notwendig, den Körperschallsensor direkt in die bzw. an der Bremse anzuordnen, so daß ein einfacher Einbau bzw. Anbau in jede bestehende Anlage ohne Schwie rigkeiten möglich ist und so beliebig viele Anlagen mit einem Sensor kontrolliert werden können. Durch die Si gnalverarbeitungs- und Auswerteeinrichtung kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine zuverlässige Verarbeitung und Auswertung der gemessenen Sensorsignale erfolgen, so daß die Veränderungen des Körperschalls jeweils entsprechenden Veränderungen hinsichtlich der Luftspaltgröße zugeordnet werden können.According to the invention, the stated task is carried out at a Process of the type mentioned solved in that the structure-borne noise of the brake motor when the brake is applied measured and from the change in structure-borne noise the wear of the brake pad is closed. A Device according to the invention is characterized by at least a structure-borne noise sensor from the one the body sound of the brake motor corresponding sensor signal outputs a signal processing and evaluation device. Monitoring of the brake lining wear is therefore carried out no longer through direct air gap monitoring, but instead by measuring the structure-borne noise, which is caused by the opening the armature disk hits the brake pad when it drops the brake is created in the brake motor. The invention makes thereby from the surprisingly found out nis use that the structure-borne noise with increasing Air gap enlargement, i.e. increasing wear of the Brake pads, continuously changed. Since the body perschall spreads over the entire brake motor, it is no longer necessary to directly in the structure-borne noise sensor to arrange the or on the brake, so that a simple Installation or attachment in any existing system without welding is possible and so many systems with can be controlled by a sensor. By the Si Signal processing and evaluation device can be by means of the device according to the invention a reliable Processing and evaluation of the measured sensor signals take place so that the changes in structure-borne noise corresponding changes in each case Air gap size can be assigned.

Bevorzugt wird der Körperschall dabei mittels eines am Bremsmotor angebrachten Beschleunigungsaufnehmers gemes sen. D.h., daß eine mit dem Körperschall korrespondieren de Größe, nämlich der zeitliche Verlauf der Beschleuni gung während des Bremseneinfalls, also die festigkeitsmä ßige Beanspruchung des Bauteils bzw. Bremsmotors, gemes sen wird. Durch einen solchen Beschleunigungsaufnehmer kann die beim Bremseneinfall und Aufprallen der Anker scheibe entstehende gedämpfte Schwingung optimal erfaßt werden. Der Körperschall bzw. die Beschleunigung wird dabei jeweils über ein gegebenes Zeitintervall gemessen, wobei die Abtastfrequenz bei der Messung hoch ist, um eine genaue Erfassung der Meßdaten zu ermöglichen.The structure-borne noise is preferably by means of an Brake motor attached accelerometer measured sen. This means that one corresponds to the structure-borne noise de size, namely the time course of the acceleration tion during the application of the brakes, i.e. the strength ßes stress on the component or brake motor, measured will. With such an accelerometer can occur when the brakes are applied and the anchor hits resulting damped vibration optimally recorded will. The structure-borne noise or the acceleration measured over a given time interval, where the sampling frequency is high in order to to enable an accurate recording of the measurement data.

In Weiterbildung ist vorgesehen, daß aus dem zeitlichen Körperschall- bzw. Beschleunigungsverlauf durch schnelle Fourier-Transformation (FFT) das Körperschallfrequenz spektrum bzw. das Beschleunigungsspektrum bestimmt wird. Hierdurch können die gemessenen Beschleunigungs- bzw. Körperschallamplituden jeweils den unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen bei der Ausbreitung des Körper schalls zugeordnet werden. Gegebenenfalls ist auch eine direkte Bewertung des Zeitverlaufs der Beschleunigung, z. B. über die Signalenergie, möglich.In training it is provided that from the temporal Structure-borne noise or acceleration due to rapid Fourier transform (FFT) the structure-borne sound frequency spectrum or the acceleration spectrum is determined. As a result, the measured acceleration or Structure-borne noise amplitudes each different Vibration frequencies when the body spreads be assigned to sound. There may also be one direct evaluation of the time course of the acceleration, e.g. B. on the signal energy possible.

Um ein Körperschallfrequenzspektrum zu erhalten, welches eine hinreichende Aussage über den Bremsenzustand lie fert, werden bevorzugt die Körperschallfrequenzspektren mehrerer aufeinanderfolgender Messungen gemittelt. Dabei wird wegen der Kürze des Bremsvorgangs pro Bremsvorgang jeweils nur ein Einzelspektrum bestimmt und dann aus aufeinanderfolgenden Einzelspektren ein gemitteltes Körperschallfrequenzspektrum gebildet. Dies ist möglich, da die Anzahl der Bremsvorgänge bis zu einem nennenswer ten Verschleiß des Bremsbelages hoch und damit die Zeit räume bis zur Vergrößerung des Bremsenluftspaltes während der Betriebsdauer lang genug sind, um die notwendige Anzahl an Einzelspektren für einen definierten Ver schleißzustand zu erhalten, aus denen eine ausreichende Mittelung möglich ist. Die Anzahl der zur Mittelung herangezogenen Körperschallfrequenzspektren beträgt bevorzugt zumindest fünf, höchst bevorzugt ist eine Anzahl von mehr als zehn Spektren vorgesehen, um bei konstantem Bremsenluftspalt ein reproduzierbares, gemit teltes Körperschallfrequenzspektrum zu erhalten. Ein Vergleich der gemittelten Körperschallfrequenzspektrum hat dabei gezeigt, daß die Amplituden bestimmter Fre quenzanteile bei fortschreitendem Verschleiß des Bremsbe lages zunehmen und daß auch bei höheren Frequenzen zu sätzliche Spektrallinien erscheinen. Diese Amplituden sind dabei eindeutig auf die Veränderung des Bremsenluft spaltes und damit den Bremsbelagverschleiß zurückzufüh ren. Da aber eine Verschleißerkennung auf der Basis eines direkten Spektrenvergleichs über einzelne Spektralkompo nenten der gemittelten Körperschallfrequenzspektren schwierig ist, ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgese hen, daß das Integral des gemittelten Körperschallfre quenzspektrums über der Frequenz als Maß für den Ver schleiß des Bremsbelags bestimmt wird. Es hat sich näm lich überraschend herausgestellt, daß das Integral des Amplitudenspektrums über der Frequenz eine monoton stei gende und damit eindeutige Abhängigkeit vom Bremsenluft spalt aufweist und somit eine eindeutige Funktion des Bremsenluftspaltes und damit des Bremsbelagverschleißes eines Bremsmotors festen Aufbaus darstellt. Das Integral wird dabei über dem durch die Messung fest vorgegebenen Frequenzbereich bestimmt.In order to obtain a structure-borne sound frequency spectrum, which there is sufficient information about the brake condition finished, the structure-borne sound frequency spectra are preferred averaged over several successive measurements. Here is due to the shortness of the braking process per braking process only determined a single spectrum and then from successive individual spectra an averaged Structure-borne sound frequency spectrum formed. This is possible, since the number of braking operations up to a significant wear on the brake pad is high and therefore the time clear the brake air gap during the operating time are long enough to provide the necessary Number of individual spectra for a defined ver Obtain wear condition, from which an adequate Averaging is possible. The number of averages structure-borne sound frequency spectra used preferably at least five, most preferred is one Number of more than ten spectra provided to be at constant brake air gap a reproducible, with to obtain the structure-borne sound frequency spectrum. On Comparison of the averaged structure-borne sound frequency spectrum has shown that the amplitudes of certain Fre quota shares with increasing wear of the brake increasing and that also at higher frequencies additional spectral lines appear. These amplitudes are clearly on the change in brake air gap and thus the brake pad wear ren. But since a wear detection based on a direct spectral comparison via individual spectral compo the average structure-borne noise spectra is difficult, is preferred in a preferred embodiment hen that the integral of the averaged structure-borne noise frequency spectrum over frequency as a measure of the ver wear of the brake pad is determined. It has been Lich surprisingly found that the integral of Amplitude spectrum over the frequency a monotonically steep dependent and therefore clear dependence on the brake air has gap and thus a clear function of the Brake air gap and thus brake pad wear represents a brake motor of fixed construction. The integral is above that which is predetermined by the measurement Frequency range determined.

Insgesamt ist so ein Verfahren geschaffen, mittels dem eine direkte Aussage über den Verschleiß des Bremsbelages durch Messung der Veränderungen im Körperschallfrequenz spektrum der Bremse mit zunehmendem Verschleiß möglich ist. Zur Verschleißerkennung ist lediglich eine Eichung der Bremse des jeweiligen Typs im Neuzustand notwendig. Hierdurch können die dem Bremsentyp bzw. dem Motor samt Getriebe zuzuordnenden Frequenzanteile höherer Amplitude bestimmt werden. Bei den nachfolgenden Messungen werden dann mittels Beschleunigungsaufnehmer der zeitliche Beschleunigungsverlauf bei Einfallen der Bremse erfaßt und daraus mittels schneller Fourier-Transformation (FFT) das Körperschallfrequenzspektrum ermittelt. Aus mehreren fortlaufend gemessenen und durch Fourier-Trans formation bestimmten Einzelspektren wird dann ein gemit teltes Spektrum gebildet. Aus diesem gemittelten Spektrum wird das Integral über einen fest vorgegebenen Frequenz bereich bestimmt, welches für einen gegebenen Bremsen luftspalt konstant ist. Overall, such a procedure has been created by means of which a direct statement about the wear of the brake pad by measuring the changes in structure-borne noise spectrum of the brake possible with increasing wear is. There is only calibration for wear detection the brake of the respective type is necessary when new. As a result, the brake type or the motor together Frequency components of higher amplitude to be assigned to the transmission be determined. In the subsequent measurements then by means of the accelerometer Acceleration curve recorded when the brake is applied and from it by means of a fast Fourier transformation (FFT) determines the structure-borne sound frequency spectrum. Out several continuously measured and by Fourier-Trans formation of individual spectra is then a mitit tter spectrum formed. From this averaged spectrum becomes the integral over a fixed predetermined frequency range determines which for a given brake air gap is constant.

Der als Körperschallsensor dienende Beschleunigungsauf nehmer eines Schwingungsmeßgerätes kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle am Motor plaziert werden, sofern diese den Körperschall der einfallenden Bremse übertragen kann. Es ist bei der nachfolgenden kontinuierlichen Verschleißüberwachung lediglich darauf zu achten, daß der Beschleunigungsaufnehmer immer wieder an diesem Ort appliziert wird. Die Einbaulagen hängen dabei im einzel nen jeweils von der Größe des Beschleunigungsaufnehmers ab. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, daß der Beschleuni gungsaufnehmer außen am Motorgehäuse des Bremsmotors angeordnet ist. Der Aufnehmer kann dabei z. B. einfach am Klemmenkasten montiert bzw. von diesem demontiert werden, um bei einer anderen Anlage Verwendung zu finden.The acceleration acceleration serving as structure-borne noise sensor In principle, users of a vibration measuring device can be placed anywhere on the engine, if these transmit the structure-borne noise of the incident brake can. It is continuous in the following Wear monitoring only to ensure that the Accelerometers always in this place is applied. The installation positions depend individually NEN each from the size of the accelerometer from. However, it is preferably provided that the acceleration sensor on the outside of the motor housing of the brake motor is arranged. The transducer can z. B. just on Terminal box can be assembled or disassembled from it, to be used in another system.

Bevorzugt weist der Beschleunigungsaufnehmer zur Messung einen Piezosensor oder aber einen Dehnungsmeßstreifen auf. Bei der ersten Ausführungsform wird eine Änderung der piezoelektrischen Ladung hervorgerufen, bei der zweiten Ausführungsform eine solche des Widerstandes. Um nun das gemessene Sensorsignal an die Signalverarbei tungs- und Auswerteeinrichtung weiterzuleiten, ist ein Meßverstärker vorgesehen, so daß Beschleunigungsaufnehmer verwendet werden können, die auch sehr schnell verlaufen de Beschleunigungsvorgänge noch sicher messen.The accelerometer preferably has for measurement a piezo sensor or a strain gauge on. In the first embodiment, a change the piezoelectric charge at which second embodiment one of the resistor. Around now the measured sensor signal to the signal processing Forwarding and evaluation device is a Measuring amplifier provided so that accelerometers can be used, which are also very fast de Measure acceleration processes safely.

Um nun die gemessenen Körperschallsignale verarbeiten und auswerten zu können, ist in Weiterbildung vorgesehen, daß die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinrichtung eine Einrichtung zur Fourier-Transformation des Sensorsignals, eine Einrichtung zur Mittelung mehrerer aufeinanderfol gender, durch Fourier-Transformation ermittelter Körper schallfrequenzspektren und eine Einrichtung zur Integra tion des durch Mittelung erhaltenen Spektrums über der Frequenz aufweist. Hierbei kann es sich vorzugsweise um einen Mikrokontroller handeln, der mit entsprechenden Speichereinrichtungen wie EPROM und RAM verbunden ist.To process the measured structure-borne noise signals and To be able to evaluate, it is provided in further training that the signal processing and evaluation device Device for Fourier transformation of the sensor signal, a device for averaging several successive gender body determined by Fourier transformation sound frequency spectra and a device for integra tion of the spectrum obtained by averaging over the Frequency. This can preferably be act a microcontroller who with appropriate Storage devices such as EPROM and RAM are connected.

Da das mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Frequenz spektrum des Körperschalls sehr breitbandig ist, ist in Weiterbildung vorgesehen, daß der Beschleunigungsaufnehmer einen Frequenzbereich zwischen 40 Hz bis 10 KHz erfaßt und eine hohe Resonanzfrequenz aufweist.Since that by means of the device according to the invention and frequency obtained by the method according to the invention spectrum of structure-borne noise is very broadband, is in Training provided that the accelerometer covers a frequency range between 40 Hz to 10 KHz and has a high resonance frequency.

Insgesamt sind so ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung geschaffen, mittels denen eine kontinuierliche und zuverlässige Verschleiß überwachung des Bremsbelages von Bremsmotoren unter schiedlicher Baugrößen und Ausführungen der Bremse mög lich ist. Dabei wird auf die Messung einer Größe, nämlich des Körperschalls, zurückgegriffen, dessen Messung bisher lediglich zur allgemeinen Maschinenüberwachung erfolgt ist, um geeignete Abhilfemaßnahmen gegen unerwünschte Schwingungen und Geräusche einleiten zu können.Overall, such a method and created a device according to the invention by means of which a continuous and reliable wear Monitoring the brake lining of brake motors under Different sizes and designs of the brake possible is. It is based on the measurement of a size, namely of structure-borne noise, the measurement of which has so far been used only for general machine monitoring is to take appropriate remedial action against unwanted To be able to initiate vibrations and noises.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschrei bung, in der ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert wird. Dabei zeigt:Further advantages and features of the invention result from the claims and from the following description exercise in which an embodiment with reference to the drawings are explained in detail. It shows:

Fig. 1 eine seitliche Außenansicht eines Bremsmotors mit am Klemmenkasten angeordnetem Beschleunigungsaufneh mer; Figure 1 is a side external view of a brake motor with arranged on the terminal box accelerator mer.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Verarbeitungs- und Auswerteeinrich tung; Fig. 2 is a schematic representation of a processing and evaluation device;

Fig. 3 das Körperschallfrequenz- bzw. Be schleunigungsspektrum eines Getriebe motors vom Typ R82DV 132 54 BMG im Leerlauf bei gelüfteter Bremse; Fig. 3, the Körperschallfrequenz- or Be schleunigungsspektrum of a geared motor of type R82DV 132 54 BMG idle when the brake;

Fig. 4 das gemittelte Beschleunigungsspek trum des Getriebemotors aus Fig. 3 bei Einfallen der Bremse bei einem Luftspalt von 0,3 mm; FIG. 4 shows the average acceleration spectrum of the geared motor from FIG. 3 when the brake is applied with an air gap of 0.3 mm;

Fig. 5 das gemittelte Beschleunigungsspek trum des Getriebemotors aus Fig. 3 bei Einfallen der Bremse bei einem Luftspalt von 1,15 mm; und Fig. 5 shows the averaged acceleration spectrum of the geared motor from Fig. 3 when the brake is applied with an air gap of 1.15 mm; and

Fig. 6 die Abhängigkeit des Integrals I(A(f)) des Beschleunigungsspektrums über der Frequenz vom Luftspalt δ des Getriebemotors aus Fig. 3. Fig. 6 shows the dependence of the integral I (A (f)) of the acceleration spectrum to the frequency of the air gap δ of the geared motor in FIG. 3.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist der in Außenansicht dargestellte Bremsmotor 1 einen Klemmenkasten 2 auf, an dem außen ein Beschleunigungsaufnehmer 3 zur Messung des Körperschalls bei einfallender Bremse montiert ist. Die Bremse befindet sich dabei unterhalb der in Fig. 1 darge stellten Lüfterhaube 4.As can be seen from FIG. 1, the brake motor 1 shown in the external view has a terminal box 2 , on the outside of which an accelerometer 3 for measuring the structure-borne noise when the brake is applied is mounted. The brake is located below the fan hood 4 shown in FIG. 1.

Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Beschleunigungs aufnehmer 3 gibt dabei die von ihm gemessenen Sensorsi gnale an einen Verstärker 5 weiter, welcher nachfolgend zur Umwandlung der gemessenen Analogsignale in digitale Signale mit einem Analog-/Digital-Wandler 6 verbunden ist. Von diesem gelangen dann die digitalen Signale zu einem Mikrokontroller 7, der mit Speichereinrichtungen 8, 9 (EPROM 8, RAM 9) verbunden ist. In den Speichern können die gemessenen Signale abgelegt werden, bis sie durch den Mikrokontroller 7 verarbeitet und ausgewertet werden. Durch den Mikrokontroller 7 wird aus dem zeitlichen Beschleunigungsverlauf bei Einfallen der Bremse das Beschleunigungs- bzw. Körperschallfrequenzspektrum mit tels FFT ermittelt. Die jeweils ermittelten Spektren können dann zwischengespeichert und nach Erreichen der zur Mittelung notwendigen Anzahl an Messungen zur Mitte lung abgerufen werden. Nach erfolgter Mittelung können dann die gemittelten Spektren wiederum durch den Mikro kontroller über einen durch die Messung fest vorgegebenen Frequenzbereich integriert werden. Die ermittelten Inte grale werden dann in Abhängigkeit des Bremsenluftspaltes gespeichert und können später zur Auswertung abgerufen werden.The accelerometer 3 shown schematically in FIG. 2 transmits the sensor signals measured by it to an amplifier 5 , which is subsequently connected to an analog / digital converter 6 for converting the measured analog signals into digital signals. From this, the digital signals then reach a microcontroller 7 , which is connected to memory devices 8 , 9 (EPROM 8 , RAM 9 ). The measured signals can be stored in the memories until they are processed and evaluated by the microcontroller 7 . The microcontroller 7 uses the FFT to determine the acceleration or structure-borne noise frequency spectrum from the acceleration curve over time when the brake is applied. The spectra determined in each case can then be stored temporarily and called up after the number of measurements required for averaging has been reached. After averaging has been carried out, the averaged spectra can then be integrated by the microcontroller over a frequency range which is predetermined by the measurement. The determined inte grals are then saved depending on the brake air gap and can be called up later for evaluation.

Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel, dessen Ergebnis se in den Fig. 3 bis 5 dargestellt sind, wurde ein Be schleunigungsaufnehmer vom Typ AS 020 mit einem Schwin gungsmeßgerät "Vibroport 41" gemäß Technische Dokumenta tion Vibroport 41, Karl Schenk AG, Darmstadt, Version 1.01, 9202 verwendet, wobei der Beschleunigungsaufnehmer an einem Bremsmotor mit Getriebeanbau vom Typ R82-DV 132 S4 BMG nach Katalog Getriebemotoren 96, SEW-EURODRIVE GmbH, Bruchsal, radial unmittelbar am Klemmenkasten pla ziert wurde. Dabei wurden die Körperschallfrequenz- bzw. Beschleunigungsspektren unter folgenden Bedingungen gemessen:In a specific exemplary embodiment, the result of which is shown in FIGS. 3 to 5, an accelerometer of the type AS 020 with a vibration measuring device "Vibroport 41" according to technical documentation Vibroport 41, Karl Schenk AG, Darmstadt, version 1.01, 9202 used, the accelerometer was placed on a brake motor with gear attachment type R82-DV 132 S4 BMG according to the geared motor catalog 96, SEW-EURODRIVE GmbH, Bruchsal, radially directly on the terminal box. The structure-borne sound frequency and acceleration spectra were measured under the following conditions:

1. Continuous operation of the brake motor at idle with the brake released ( Fig. 3),
2. Apply the brake for brake air gaps from 0.3 to 1.15 mm with the wear turned accordingly Brake pads.

Die Messungen wurden mit dem Verschleiß entsprechend abgedrehten Belagträgern durchgeführt, um die langen Zeiträume bis zum Erreichen eines definierten Verschleiß zustandes der Bremse zu umgehen.The measurements were made accordingly with wear twisted brake pads carried to the long Periods until a defined wear is reached to bypass the state of the brake.

Um die charakteristischen Frequenzanteile höherer Ampli tude eindeutig der Bremse bzw. dem Motor samt Getriebe zuordnen zu können, wurden zunächst Messungen im Dauerbe trieb bei unbelastetem Motor ohne Einfluß der Bremse durchgeführt. Das gemittelte Beschleunigungsspektrum im Leerlaufbetrieb (16 Mittelungen) ist in Fig. 3 darge stellt.In order to be able to clearly assign the characteristic frequency components of higher amplitudes to the brake or the motor including the transmission, measurements were first carried out in continuous operation with the motor unloaded and without the influence of the brake. The average acceleration spectrum in idle mode (16 averages) is shown in Fig. 3 Darge.

Bei Messung des Körperschallfrequenz bzw. Beschleuni gungsspektrums mit δ = 0,3 mm (entspricht Bremsenneuzu stand) ergab sich das in Fig. 4 dargestellte Spektrum. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, liegen die Fre quenzanteile mit den größten Amplituden bei etwa 700 Hz, 775 Hz und 1050 Hz. Im Bereich von 6,9 KHz ist ein Neben maximum zu sehen.When measuring the structure-borne sound frequency or acceleration spectrum with δ = 0.3 mm (corresponds to new braking condition), the spectrum shown in FIG. 4 was obtained. As can be seen from this figure, the frequency components with the largest amplitudes are around 700 Hz, 775 Hz and 1050 Hz. A secondary maximum can be seen in the range of 6.9 KHz.

Das gemittelte Spektrum für einen Luftspalt von δ = 1,15 mm (maximaler Verschleiß) in Fig. 5 zeigt ein im Ver gleich zu Fig. 4 um den Faktor 12 größeres Nebenmaximum bei 6,9 KHz. Außerdem zeigen sich bei ca. 2,8 KHz und 3 KHz weitere Nebenmaxima. Der Vergleich der beiden gemit telten Spektren in Fig. 4 und Fig. 5 zeigt, daß mit fortschreitendem Verschleiß, also entsprechend größer werdendem Bremsenluftspalt, sowohl die Amplituden be stimmter Frequenzanteile zunehmen als auch Spektrallinien bei höheren Frequenzen zusätzlich erscheinen. Die Fre quenzbandbreite mit diesen verhältnismäßig großen Ampli tudenanteilen beträgt ca. 10 KHz.The averaged spectrum for an air gap of δ = 1.15 mm (maximum wear) in FIG. 5 shows a secondary maximum at 6.9 kHz, which is 12 times larger than in FIG. 4. In addition, there are additional secondary maxima at about 2.8 kHz and 3 kHz. The comparison of the two averaged spectra in Fig. 4 and Fig. 5 shows that with increasing wear, that is, correspondingly increasing brake air gap, both the amplitudes of certain frequency components increase and spectral lines also appear at higher frequencies. The frequency bandwidth with these relatively large ampli tuden parts is about 10 KHz.

In Fig. 6 ist nun der Verlauf des Integrals des Amplitu denspektrums über der Frequenz für den entsprechend dem Verschleiß abgedrehten Belagträger dargestellt. Es zeigt sich, daß eine monoton steigende und damit eindeutige Abhängigkeit vom Luftspalt und damit ein Maß für den Bremsenverschleiß vorliegt. Aufgrund dieses eindeutigen Zusammenhangs ist eine kontinuierliche Verschleißüberwa chung möglich.In Fig. 6 the course of the integral of the amplitude density spectrum is shown over the frequency for the facing carrier turned according to the wear. It can be seen that there is a monotonically increasing and thus clear dependence on the air gap and thus a measure of the brake wear. Due to this clear connection, continuous wear monitoring is possible.

Die kontinuierliche Verschleißüberwachung erfolgt nun, indem jeweils bei Einfallen der Bremse mittels des Be schleunigungsaufnehmers der Körperschall über einem vorgegebenem Zeitintervall gemessen und das Sensorsignal an die Datenverarbeitungs- und Auswerteeinheit weiterge leitet wird. Aus dem durch den Beschleunigungsaufnehmer erfaßten zeitlichen Beschleunigungsverlauf wird dann mittels schneller Fourier-Transformation das Körper schallfrequenzspektrum ermittelt. Anschließend werden die Spektren aufeinanderfolgender Messungen einer Mittelung unterzogen. Das gemittelte Spektrum wird dann über der Frequenz integriert, wodurch eine direkte Aussage über den Verschleiß möglich wird.The continuous wear monitoring is now carried out by each time the brake is applied by means of the loading Accelerometer the structure-borne noise above one predetermined time interval measured and the sensor signal forwarded to the data processing and evaluation unit is leading. From that by the accelerometer recorded acceleration course over time is then the body by means of a fast Fourier transformation sound frequency spectrum determined. Then the Spectra of successive averaging measurements subjected. The averaged spectrum is then above the Frequency integrated, which makes a direct statement about the wear becomes possible.

Claims

1. A method for monitoring the wear of a brake pad in brake motors, characterized in that the structure-borne noise of the brake motor is measured at a fall of the brake and is concluded from the change in structure-borne noise on the wear of the brake pad.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the structure-borne noise by means of a brake motor attached accelerometer measured becomes.

3. The method according to claim 2, characterized by a high sampling frequency of the accelerometer measured signal.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the structure-borne or Acceleration curve through fast Fourier Transformation (FFT) the structure-borne sound frequency or Acceleration spectrum is determined.

5. The method according to claim 4, characterized in that the structure-borne sound frequency or acceleration spectra of several successive measurements be averaged.

6. The method according to claim 5, characterized in that at least five structure-borne noise or Be acceleration spectra are averaged.

7. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized characterized that the integral of the averaged Spectrum over frequency as a measure of the ver wear of the brake pad is determined.

8. Device for monitoring the wear of a brake lining in brake motors, characterized by at least one structure-borne noise sensor ( 3 ) which emits a signal corresponding to the structure-borne noise of the brake motor to a signal processing and evaluation device ( 5 , 6 , 7 , 8 , 9 ).

9. The device according to claim 8, characterized in that the structure-borne noise sensor ( 3 ) is an acceleration sensor.

10. The device according to claim 9, characterized in that the accelerometer ( 3 ) on the motor ( 1 ) is arranged.

11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the accelerometer ( 3 ) on the outside of the terminal box ( 2 ) of the brake motor ( 1 ) is arranged.

12. The device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the accelerometer ( 3 ) has a piezo sensor.

13. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the accelerometer ( 3 ) has a strain gauge.

14. Device according to one of claims 8 to 13, characterized in that the signal processing and evaluation device ( 5 to 9 ) has a measuring amplifier ( 5 ).

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the measuring amplifier ( 5 ) with an analog / digital converter ( 6 ) is connected.

16. Device according to one of claims 8 to 15, characterized in that the signal processing and evaluation device has a device ( 7 ) for Fourier transformation of the sensor signal.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the signal processing and Auswertein direction has a device ( 7 ) for averaging a plurality of successive spectra determined by Fourier transformation.

18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the signal processing and evaluation device has a device ( 7 ) for integrating the spectrum obtained by averaging over the frequency.

19. Device according to one of claims 16 to 18, characterized in that the signal processing and evaluation device has a microcontroller ( 7 ).

20. Device according to one of claims 8 to 19, characterized in that the signal processing and evaluation device ( 5 to 9 ) Speichereinrich lines ( 8 , 9 ).

21. Device according to one of claims 8 to 20, characterized in that the accelerometer ( 3 ) covers a frequency range between 40 Hz to 10 kHz.

22. Device according to one of claims 8 to 21, characterized in that the accelerometer ( 3 ) has a high resonance frequency.