DE102022207039A1 - Device for monitoring a holding brake - Google Patents

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Ludger Kotte
Andreas Obermeier
Thomas Walther
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Überwachung der Betriebstemperatur einer Haltebremse (B) eines Elektromotors (M) offenbart, der mit einer Numerischen Steuerung (NC) über elektrische Verbindungen (V1, V2) verbunden ist, wobei die elektrischen Verbindungen (V1, V2) zur Überwachung eines Motorbetriebsparameters des Elektromotors (M) dienen, wobei dieser Motorbetriebsparameter nicht die Betriebstemperatur der Haltebremse (B) ist. Zwischen die elektrischen Verbindungen (V1, V2) ist eine Thermosicherung (F) geschaltet, die an oder in der Haltebremse (B) angeordnet ist, so dass bei einem Auslösen der Thermosicherung (F) in der Numerischen Steuerung (NC) ein Alarm bezüglich des Motorbetriebsparameters auslösbar ist.A device is disclosed for monitoring the operating temperature of a holding brake (B) of an electric motor (M), which is connected to a numerical control (NC) via electrical connections (V1, V2), the electrical connections (V1, V2) being used for monitoring a motor operating parameter of the electric motor (M), this motor operating parameter not being the operating temperature of the holding brake (B). A thermal fuse (F) is connected between the electrical connections (V1, V2), which is arranged on or in the holding brake (B), so that if the thermal fuse (F) is triggered in the numerical control (NC), an alarm regarding the Engine operating parameters can be triggered.

Description

GEBIET DER TECHNIKFIELD OF TECHNOLOGY

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung einer Haltebremse. Solche Haltebremsen werden in Werkzeugmaschinen zum Festhalten einzelner beweglicher Achsen verwendet, um unbeabsichtigte Bewegungen der Achsen zu verhindern, etwa bei einer hängenden Achse, die durch die Schwerkraft bewegt werden kann.The present invention relates to a device for monitoring a holding brake. Such holding brakes are used in machine tools to hold individual movable axes in order to prevent unintentional movements of the axes, for example in the case of a hanging axis that can be moved by gravity.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen werden Elektromotoren zum Bewegen der Achsen der Werkzeugmaschine eingesetzt. Diese Elektromotoren werden mit einer Numerischen Steuerung so angesteuert, dass die Achsen die gewünschte Position einnehmen, etwa anhand eines Teileprogramms für die Numerische Steuerung. Bei Stromausfall oder einfach nur nach dem Abschalten der Werkzeugmaschine dürfen sich bestimmte Achsen der Werkzeugmaschine nicht mehr bewegen, da sonst Schäden drohen oder sogar das Leben einer Bedienperson in Gefahr ist. Dies gilt vor allem für hängende Achsen, die durch die Schwerkraft in Bewegung geraten können. Hierfür kommen Haltebremsen zum Einsatz, bei denen eine mechanische Feder die Bremsscheibe oder Bremsklötze gegen eine Gegendruckplatte drückt, um die jeweilige Achse zu halten. Solche Haltebremsen werden auch als Federdruckbremsen bezeichnet. Um so eine Haltebremse zu lüften, muss eine Bremsenspule bestromt werden, die Teil eines Elektromagnets ist, dessen Magnetfeld die Haltebremse lüftet. Bei Stromausfall oder Bruch der Zuleitungen zur Bremsenspule fällt die Haltebremse von selbst wieder ein.In numerically controlled machine tools, electric motors are used to move the axes of the machine tool. These electric motors are controlled with a numerical control so that the axes assume the desired position, for example using a parts program for the numerical control. In the event of a power failure or simply after the machine tool has been switched off, certain axes of the machine tool may no longer move, otherwise there is a risk of damage or even the life of an operator being in danger. This is especially true for hanging axles that can move due to gravity. Holding brakes are used for this, in which a mechanical spring presses the brake disc or brake blocks against a counter-pressure plate in order to hold the respective axle. Such holding brakes are also referred to as spring-applied brakes. In order to release such a holding brake, a brake coil must be energized, which is part of an electromagnet whose magnetic field releases the holding brake. In the event of a power failure or a break in the supply lines to the brake coil, the holding brake will automatically reengage.

Haltebremsen sind meist direkt am Elektromotor montiert. Sie stützen sich am Gehäuse des Elektromotors ab und halten im eingefallenen Zustand die Motorwelle fest. Haltebremse und Elektromotor werden oft als Einheit verbaut und mit einem gemeinsamen Anschlusskabel mit mehreren elektrischen Verbindungen an eine Steuerung angeschlossen.Holding brakes are usually mounted directly on the electric motor. They are supported on the housing of the electric motor and hold the motor shaft in place when collapsed. The holding brake and electric motor are often installed as a unit and connected to a controller using a common connection cable with several electrical connections.

Haltebremsen sind allerdings nicht dafür ausgelegt, immer wieder eine sich bewegende Achse abzubremsen (dynamische Bremsung). Dies sollte nur im Notfall vorkommen, etwa nach der Betätigung eines Notausschalters oder bei Stromausfall. Stattdessen sollte eine Haltebremse nur im Stillstand des Elektromotors kontrolliert geschlossen oder geöffnet werden (statische Bremsung). Reibungswärme entsteht dabei nicht. Im Falle zu häufiger dynamischer Bremsungen, oder falls wegen einem mechanischen Defekt die Bremse nicht vollständig gelüftet ist, kann die Haltebremse durch die entstehende Reibungswärme beschädigt werden und das geforderte Bremsmoment verlieren. Außerdem kann der Bremsenabrieb einer dynamischen Bremsung den Luftspalt der Bremse verringen und das freie Drehen bei gelüfteter Bremse verhindern.However, holding brakes are not designed to repeatedly brake a moving axis (dynamic braking). This should only happen in an emergency, such as after pressing an emergency stop switch or in the event of a power failure. Instead, a holding brake should only be closed or opened in a controlled manner when the electric motor is at a standstill (static braking). No frictional heat is generated. If dynamic braking is carried out too frequently, or if the brake is not fully released due to a mechanical defect, the holding brake can be damaged by the resulting frictional heat and lose the required braking torque. In addition, brake abrasion from dynamic braking can reduce the air gap in the brake and prevent free rotation when the brake is released.

Da solche Haltebremsen sicherheitsrelevant sind, sind Verfahren zu deren Überwachung bekannt. So ist es aus der DE 102020124902 A1 bekannt, die Funktionsfähigkeit einer Haltebremse mittels kurzer Abschaltpulse (Unterbrechung des Stromes durch die Bremsenspule für wenige Millisekunden) zu überwachen, indem auf die Pulsantwort in Form von Strömen und Spannungen geachtet wird. Erfolgt diese Antwort nicht in der erwarteten Weise, so wird eine Fehlermeldung ausgelöst und die Werkzeugmaschine stillgesetzt. Die Pulse sind dabei so kurz, dass die Haltebremse nicht einfällt, sondern geöffnet beleibt. Die Pulsantwort ergibt sich dabei aufgrund der beteiligten Induktivitäten vor allem der Bremsenspule, und des Verhaltens der Halbleiter in der Ansteuerungselektronik der Bremsenspule. Die Durchführung so eines Tests erfolgt ca. einmal pro Minute über die Numerische Steuerung, an die die Haltebremse über Verbindungsleitungen angeschlossen ist.Since such holding brakes are safety-relevant, methods for monitoring them are known. That's how it is from the DE 102020124902 A1 It is known to monitor the functionality of a holding brake by means of short switch-off pulses (interruption of the current through the brake coil for a few milliseconds) by paying attention to the pulse response in the form of currents and voltages. If this response does not occur in the expected manner, an error message is triggered and the machine tool is stopped. The pulses are so short that the holding brake does not apply but remains open. The pulse response results from the inductances involved, especially in the brake coil, and the behavior of the semiconductors in the control electronics of the brake coil. Such a test is carried out approximately once per minute via the numerical control to which the holding brake is connected via connecting cables.

Aufgrund der oben beschriebenen Problematik wäre es also wünschenswert, eine Haltebremse dahingehend zu überwachen, ob eine zu starke Erwärmung durch Reibung stattfindet, so dass eine Beschädigung der Bremse vermieden oder zumindest rechtzeitig erkannt werden kann.Due to the problem described above, it would be desirable to monitor a holding brake to see whether excessive heating due to friction is occurring, so that damage to the brake can be avoided or at least detected in good time.

Ein zusätzlicher Temperatursensor an der Haltebremse verursacht allerdings einen erheblichen Aufwand, denn zusätzlich zum Temperatursensor müssten noch weitere Verbindungsleitungen zur Numerischen Steuerung bereitgestellt werden, und entsprechende Softwareroutinen zur Auswertung des Temperatursensors.However, an additional temperature sensor on the holding brake causes considerable effort, because in addition to the temperature sensor, additional connecting lines for the numerical control would have to be provided and corresponding software routines for evaluating the temperature sensor.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Überwachung einer Haltebremse zu schaffen, die den zusätzlichen Aufwand für die Überwachung klein hält.It is therefore the object of the invention to create a device for monitoring a holding brake that keeps the additional effort for monitoring small.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Details dieser Vorrichtung ergeben sich auch aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.This task is solved by a device according to claim 1. Advantageous details of this device also result from the claims dependent on claim 1.

Es wird daher eine Vorrichtung zur Überwachung der Betriebstemperatur einer Haltebremse eines Elektromotors offenbart, der mit einer Numerischen Steuerung über elektrische Verbindungen verbunden ist, wobei die elektrischen Verbindungen zur Überwachung eines Motorbetriebsparameters des Elektromotors dienen, wobei dieser Motorbetriebsparameter nicht die Betriebstemperatur der Haltebremse ist. Zwischen die elektrischen Verbindungen ist eine Thermosicherung geschaltet, die an oder in der Haltebremse angeordnet ist, so dass bei einem Auslösen der Thermosicherung in der Numerischen Steuerung ein Alarm bezüglich des Motorbetriebsparameters auslösbar ist.A device for monitoring the operating temperature of a holding brake of an electric motor is therefore disclosed, which is connected to a numerical control via electrical connections is connected, the electrical connections serving to monitor a motor operating parameter of the electric motor, this motor operating parameter not being the operating temperature of the holding brake. A thermal fuse is connected between the electrical connections and is arranged on or in the holding brake, so that an alarm regarding the motor operating parameter can be triggered in the numerical control when the thermal fuse is triggered.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also eine Temperaturüberwachung der Haltebremse möglich, ohne zusätzlichen Aufwand zum Anschließen eines Temperatursensors zu generieren, und auch die Auswertung in der Numerischen Steuerung wird nicht zusätzlich erweitert. Vielmehr wird eine z.B. an der Gegendruckplatte der Haltebremse installierte Thermosicherung so zwischen existierende elektrische Verbindungen zur Numerischen Steuerung geschaltet, dass eine dort ablaufende Überwachung eines Motorbetriebsparameters, der nicht die Temperatur der Haltebremse ist, gleichzeitig auch die Haltebremse überwacht. Hierfür sind Thermosicherungen besonders geeignet, die elektrisch leitend werden, wenn die Temperatur eine Grenztemperatur überschreitet.According to the present invention, temperature monitoring of the holding brake is possible without generating additional effort for connecting a temperature sensor, and the evaluation in the numerical control is not additionally expanded. Rather, a thermal fuse installed, for example, on the counter-pressure plate of the holding brake is connected between existing electrical connections to the numerical control in such a way that monitoring of a motor operating parameter that is not the temperature of the holding brake also monitors the holding brake at the same time. Thermal fuses are particularly suitable for this, as they become electrically conductive when the temperature exceeds a limit temperature.

Die Erfindung ermöglicht es so, eine Temperaturüberwachung für eine Haltebremse auch nachträglich zu implementieren, ohne dass an der Verbindung des Elektromotors und der Haltebremse mit der Numerischen Steuerung Änderungen nötig wären, und auch die Software der Numerischen Steuerung muss nicht verändert werden, da die Überwachung der Temperatur der Haltbremse auf eine bereits existierende Überwachung anderer Motorparameter aufsetzt. Beispiele für eine solche existierende Überwachung wären die Überwachung des Widerstands eines Temperatursensors in den Wicklungen des Elektromotors, eine Stromüberwachung in den Zuleitungen zum Elektromagnet zum Öffnen der Haltebremse, oder eine Überwachung auf Leitungsbruch in den elektrischen Verbindungen zur Haltebremse.The invention thus makes it possible to subsequently implement temperature monitoring for a holding brake without having to make any changes to the connection of the electric motor and the holding brake to the numerical control, and the software of the numerical control does not have to be changed either, since the monitoring of the The temperature of the holding brake is based on an existing monitoring of other motor parameters. Examples of such existing monitoring would be monitoring the resistance of a temperature sensor in the windings of the electric motor, current monitoring in the supply lines to the electromagnet for opening the holding brake, or monitoring for line breaks in the electrical connections to the holding brake.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen anhand der Figuren.Further advantages and details of the present invention emerge from the following description of various embodiments based on the figures.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Dabei zeigt

  • 1 einen Elektromotor mit einer Temperaturüberwachung,
  • 2 einen Elektromotor, dessen Haltebremse bezüglich des fließenden Stromes überwacht wird,
  • 3 einen Elektromotor, dessen Haltebremse auf einen Bruch der Verbindungsleitungen überwacht wird.
This shows
  • 1 an electric motor with temperature monitoring,
  • 2 an electric motor whose holding brake is monitored with regard to the flowing current,
  • 3 an electric motor whose holding brake is monitored for a break in the connecting cables.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Die 1 zeigt schematisch und im Sinne eines elektrischen Schaltbilds einen Elektromotor M einer Werkzeugmaschine, dessen Betriebstemperatur mittels eines Temperatursensors TS überwacht wird. Eine räumliche Anordnung der Elemente ist in dieser und in den folgenden Figuren nicht ausgedrückt, die Anordnung der Elemente ist der Beschreibung zu entnehmen.The 1 shows schematically and in the sense of an electrical circuit diagram an electric motor M of a machine tool, the operating temperature of which is monitored by means of a temperature sensor TS. A spatial arrangement of the elements is not expressed in this or the following figures; the arrangement of the elements can be found in the description.

So ein Temperatursensor TS kann in unmittelbarer Nähe oder sogar im Inneren einer Motorwicklung platziert sein, denn dort entsteht im Betrieb die Abwärme des Elektromotors M. Als Temperatursensor TS eigenen sich z.B. Bauteile, deren Widerstand sich mit der Temperatur ändert, wie beispielsweise KTY 84/130 oder PT 1000 Elemente. Der Temperatursensor TS ist über elektrische Verbindungen V1, V2 mit einer Numerischen Steuerung NC verbunden, die den Temperatursensor TS auswerten und auf zu hohe Temperaturen beispielsweise mit einer Abschaltung der Werkzeugmaschine oder mit einer Drosselung der Leistung des Elektromotors M reagieren kann.Such a temperature sensor TS can be placed in the immediate vicinity or even inside a motor winding, because that is where the waste heat of the electric motor M is generated during operation. Components whose resistance changes with temperature, such as KTY 84/130, are suitable as temperature sensors TS or PT 1000 elements. The temperature sensor TS is connected via electrical connections V1, V2 to a numerical control NC, which evaluates the temperature sensor TS and can react to temperatures that are too high, for example by switching off the machine tool or by throttling the power of the electric motor M.

Da so eine Temperaturmessung eine sicherheitsrelevante Bedeutung hat, ist diese Messung in der Numerischen Steuerung NC auch mit Sicherheitsabfragen verknüpft. So wird der mit dem Temperatursensor TS verbundene Eingang der Numerischen Steuerung NC auch auf einen Kurzschluss überwacht. Dies macht sich nun auch das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zunutze. Eine Thermosicherung F, die unterhalb einer Grenztemperatur (je nach Haltebremse B und den verbauten Materialien beispielsweise im Bereich von 150°C bis 200°C) elektrisch nichtleitend und oberhalb der Grenztemperatur elektrisch leitend ist, überbrückt die elektrischen Verbindungen V1, V2. Die Thermosicherung F selbst ist in der Haltebremse B angeordnet, und dort vorzugsweise an der Gegendruckplatte der Haltebremse B.Since such a temperature measurement has a safety-relevant significance, this measurement is also linked to safety queries in the NC numerical control. The input of the numerical control NC connected to the temperature sensor TS is also monitored for a short circuit. The first exemplary embodiment of the invention also takes advantage of this. A thermal fuse F, which is electrically non-conductive below a limit temperature (depending on the holding brake B and the materials used, for example in the range from 150 ° C to 200 ° C) and electrically conductive above the limit temperature, bridges the electrical connections V1, V2. The thermal fuse F itself is arranged in the holding brake B, and there preferably on the counter-pressure plate of the holding brake B.

Anstelle einer Thermosicherung, die sich nach dem Überschreiten der Grenztemperatur einschaltet und beim erneuten Unterschreiten nicht von selbst wieder ausschaltet, könnte auch ein Thermoschalter verwendet werden, der den Zustand beim Unterschreiten von selbst wieder wechselt. In diesem Zusammenhang sei daher mit dem Begriff Thermosicherung auch ein Thermoschalter umfasst. Es sei aber erwähnt, dass eine echte Thermosicherung gegenüber dem Thermoschalter die bessere Wahl ist, da nach dem Auslösen der Thermosicherung ein aktives Rückstellen erforderlich ist, und somit ein Fehler nicht übersehen werden kann.Instead of a thermal fuse, which switches on when the temperature limit is exceeded and does not switch itself off again when the temperature falls below it again, a thermal switch could also be used, which automatically changes the state again when the temperature falls below it. In this context, the term thermal fuse also includes a thermal switch. However, it should be mentioned that a real thermal fuse is the better choice over the thermal switch because after the thermal fuse has been triggered An active reset is required and therefore an error cannot be overlooked.

Übersteigt nun die Temperatur im Bereich der Thermosicherung F deren Grenztemperatur, etwa weil die Haltebremse B nicht vollständig gelüftet ist und Reibungswärme entsteht, wird die Thermosicherung leitend und schließt die elektrischen Verbindungen V1, V2 kurz. Dies führt zu einer entsprechenden Fehlerreaktion in der Numerischen Steuerung NC. Im Zuge einer Fehleranalyse kann das Problem der Haltebremse B erkannt und beseitigt werden, noch bevor größere Schäden an der Haltebremse B oder gar an der Werkzeugmaschine oder dem Werkstück entsteht, bzw. bevor das Bedienpersonal gefährdet wird.If the temperature in the area of the thermal fuse F exceeds its limit temperature, for example because the holding brake B is not completely released and frictional heat is generated, the thermal fuse becomes conductive and short-circuits the electrical connections V1, V2. This leads to a corresponding error reaction in the numerical control NC. In the course of an error analysis, the problem with the holding brake B can be identified and eliminated before major damage occurs to the holding brake B or even to the machine tool or the workpiece, or before the operating personnel are endangered.

Durch die Überwachung des Motorbetriebsparameters „Wicklungstemperatur des Elektromotors M“ in der Numerischen Steuerung NC, bzw. durch die Überwachung der entsprechenden elektrischen Verbindungsleitungen V1, V2 auf Kurzschluss, und durch die zusätzliche Thermosicherung F findet also auf der Steuerungsseite eine Überwachung der Temperatur der Haltebremse B statt, ohne dass zusätzliche Verbindungsleitungen oder Softwaremodule notwendig wären.By monitoring the motor operating parameter “winding temperature of the electric motor M” in the numerical control NC, or by monitoring the corresponding electrical connecting lines V1, V2 for short circuits, and by the additional thermal fuse F, the temperature of the holding brake B is monitored on the control side instead of requiring additional connecting lines or software modules.

Die 2 zeigt die Bremsenspule BS der Haltebremse B, die das Magnetfeld für den Elektromagnet zum Lüften der Haltebremse B erzeugt. Diese Bremsenspule BS ist über elektrische Verbindungen V1, V2 mit der Numerischen Steuerung NC verbunden, von dort aus fließt Strom durch die Bremsenspule BS, wenn die Haltebremse B gelüftet werden soll. Zum Lüften der Haltebremse B ist dabei ein höherer Strom notwendig als zum offen Halten einer bereits gelüfteten Haltebremse B. In der Numerischen Steuerung NC wird der durch die Bremsenspule BS fließende Strom überwacht, da hierüber Fehlfunktionen der Haltebremse B erkennbar sind.The 2 shows the brake coil BS of the holding brake B, which generates the magnetic field for the electromagnet to release the holding brake B. This brake coil BS is connected to the numerical control NC via electrical connections V1, V2, from where current flows through the brake coil BS when the holding brake B is to be released. To release the holding brake B, a higher current is required than to keep open an already released holding brake B. The current flowing through the brake coil BS is monitored in the numerical control NC, since malfunctions of the holding brake B can be identified.

Für eine Überwachung der Temperatur der Haltebremse B ist nun wieder eine Thermosicherung F an der Gegendruckplatte der Haltebremse B angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Thermosicherung F in Reihe mit einem Widerstand R geschaltet. Diese Reihenschaltung überbrückt die elektrischen Verbindungen V1, V2. Wird die Haltebremse B zu warm, wird die Thermosicherung F elektrisch leitend, und es fließt ein durch den Widerstand R begrenzter, zusätzlicher Strom. Dieser zusätzliche Strom wird in der Numerischen Steuerung NC erfasst und löst einen Fehler aus, denn der Strom entspricht in diesem Fall nicht dem erwarteten Wert, sondern ist zu hoch.To monitor the temperature of the holding brake B, a thermal fuse F is now again arranged on the counter-pressure plate of the holding brake B. In this exemplary embodiment, the thermal fuse F is connected in series with a resistor R. This series connection bridges the electrical connections V1, V2. If the holding brake B becomes too warm, the thermal fuse F becomes electrically conductive and an additional current limited by the resistor R flows. This additional current is recorded in the NC numerical control and triggers an error because in this case the current does not correspond to the expected value but is too high.

Durch die Überwachung des Motorbetriebsparameters „Strom durch die Bremsenspule BS“ in der Numerischen Steuerung NC und durch die zusätzliche Thermosicherung F in Reihe mit einem Widerstand R findet also auf der Steuerungsseite eine Überwachung der Temperatur der Haltebremse B statt, ohne dass zusätzliche Verbindungsleitungen oder Softwaremodule notwendig wären.By monitoring the motor operating parameter “Current through the brake coil BS” in the numerical control NC and by the additional thermal fuse F in series with a resistor R, the temperature of the holding brake B is monitored on the control side without the need for additional connecting lines or software modules would be.

Die 3 zeigt die Bremsenspule BS als Reihenschaltung eines Widerstandes Rc und einer Induktivität Ic. Wieder ist die Bremsenspule BS über die elektrischen Verbindungen V1, V2 mit der Numerischen Steuerung NC verbunden, von wo aus die Bremsenspule BS angesteuert wird. In diesem dritten Ausführungsbeispiel ist nun wieder eine an der Gegendruckplatte der Haltebremse B angeordnete Thermosicherung F zwischen die elektrischen Verbindungen V1, V2 geschaltet, und zwar in einer Reihenschaltung mit einer Freilaufdiode D.The 3 shows the brake coil BS as a series connection of a resistor Rc and an inductor Ic. Again, the brake coil BS is connected to the numerical control NC via the electrical connections V1, V2, from where the brake coil BS is controlled. In this third exemplary embodiment, a thermal fuse F arranged on the counter-pressure plate of the holding brake B is now again connected between the electrical connections V1, V2, in a series connection with a freewheeling diode D.

Wie in der eingangs zitierten DE 102020124902 A1 beschrieben erfolgt eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Haltebremse B, insbesondere eine Leitungsbrucherkennung, mittels kurzer Abschaltpulse (Unterbrechung des Stromes durch die Bremsenspule BS), indem auf die Pulsantwort in Form von Strömen und Spannungen geachtet wird. Erfolgt diese Antwort nicht in der erwarteten Weise, so wird eine Fehlermeldung ausgelöst und der Elektromotor M bzw. die Werkzeugmaschine stillgesetzt. Die Pulse sind dabei so kurz, dass die Haltebremse B nicht einfällt, sondern geöffnet beleibt. Die Pulsantwort ergibt sich dabei aufgrund der beteiligten Induktivitäten Ic vor allem der Bremsenspule BS, und des Verhaltens der Halbleiter in der Ansteuerungselektronik der Bremsenspule BS.As in the one quoted at the beginning DE 102020124902 A1 described, a check of the functionality of the holding brake B, in particular a line break detection, is carried out by means of short switch-off pulses (interruption of the current through the brake coil BS) by paying attention to the pulse response in the form of currents and voltages. If this answer does not occur in the expected manner, an error message is triggered and the electric motor M or the machine tool is stopped. The pulses are so short that the holding brake B does not apply but remains open. The pulse response results from the involved inductances Ic, especially of the brake coil BS, and the behavior of the semiconductors in the control electronics of the brake coil BS.

So führt bei angeschlossener Haltebremse B und intakten elektrischen Verbindungen V1, V2 das kurzzeitige Pulsen eines Highside- bzw. Lowside Bremsschalters dazu, dass der ausgeschaltete Halbleiter durch den weiterfließenden Spulenstrom in den Spannungsdurchbruch getrieben wird. Bei einem Leitungsbruch der elektrischen Verbindungen V1, V2 sind die von der Numerischen Steuerung NC festgestellten Signalhübe beim kurzzeitigen Ausschalten des Lowside- bzw. Highside-Schalters deutlich geringer als mit intakten elektrischen Verbindungsleitungen V1, V2. Dies kann die Numerische Steuerung NC erkennen und eine Fehlerreaktion auslösen.When the holding brake B is connected and the electrical connections V1, V2 are intact, the brief pulsing of a high-side or low-side brake switch causes the switched-off semiconductor to be driven into a voltage breakdown by the coil current that continues to flow. In the event of a line break in the electrical connections V1, V2, the signal swings determined by the numerical control NC when the low-side or high-side switch is briefly switched off are significantly lower than with intact electrical connecting lines V1, V2. The numerical control NC can detect this and trigger an error response.

Wird nun die Thermosicherung F wegen einer Übertemperatur der Haltebremse B leitend, wird die Freilaufdiode D parallel zur Haltebremse B zwischen die elektrischen Verbindungen V1, V2 geschaltet. Beim Pulsen des Bremsenstromes (um auf Leitungsbruch zu testen) kann nun der Strom in der Bremsenspule BS über die Freilaufdiode D fließen, und die von der Numerischen Steuerung festgestellten Signalhübe werden deutlich reduziert. Damit löst aber die Leitungsbruchüberwachung eine Fehlerreaktion aus, die letztlich auf die zu hohe Temperatur der Haltebremse B zurückzuführen ist. Wieder kann der Elektromotor M oder die Werkzeugmaschine stillgesetzt werden und der Fehler ermittelt und behoben werden, bevor größerer Schaden entsteht.If the thermal fuse F now becomes conductive due to an excess temperature of the holding brake B, the freewheeling diode D is connected in parallel to the holding brake B between the electrical connections V1, V2. When pulsing the brake current (to test for a cable break), the current in the brake coil BS can now flow via the freewheeling diode D, and the signal swings detected by the numerical control are significantly reduced. This causes the line break monitoring to trigger an error reaction, which is ultimately due to the temperature of the holding brake B being too high. Again, the electric motor M or the machine tool can be stopped and the error can be identified and corrected before major damage occurs.

Durch die Überwachung des Motorbetriebsparameters „Pulsantwort auf kurzzeitiges Abschalten der Bremsenspule BS“ in der Numerischen Steuerung NC und durch die zusätzliche Thermosicherung F in Reihe mit einer Freilaufdiode D findet also auf der Steuerungsseite eine Überwachung der Temperatur der Haltebremse B statt, ohne dass zusätzliche Verbindungsleitungen oder Softwaremodule notwendig wären.By monitoring the motor operating parameter “Pulse response to brief switching off of the brake coil BS” in the numerical control NC and by the additional thermal fuse F in series with a freewheeling diode D, the temperature of the holding brake B is monitored on the control side without the need for additional connecting lines or Software modules would be necessary.

Der besondere Vorteil aller Ausführungsbeispiele liegt in der Tatsache, dass nur eine Verdrahtungsänderung im Motor notwendig ist, um die Temperatur einer Haltebremse B zu überwachen, nicht aber eine Änderung der Verdrahtung zur Numerischen Steuerung NC oder in der Software der Numerischen Steuerung NC. Mit einem Motortausch oder der Nachrüstung einer Haltebremse B kann diese Temperaturüberwachung ohne großen Aufwand implementiert werden.The particular advantage of all exemplary embodiments lies in the fact that only a wiring change in the motor is necessary to monitor the temperature of a holding brake B, but not a change in the wiring to the numerical control NC or in the software of the numerical control NC. By replacing the motor or retrofitting a holding brake B, this temperature monitoring can be implemented without much effort.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102020124902 A1 [0005, 0025]DE 102020124902 A1 [0005, 0025]

Claims (10)

Vorrichtung zur Überwachung der Betriebstemperatur einer Haltebremse (B) eines Elektromotors (M), der mit einer Numerischen Steuerung (NC) über elektrische Verbindungen (V1, V2) verbunden ist, wobei die elektrischen Verbindungen (V1, V2) zur Überwachung eines Motorbetriebsparameters des Elektromotors (M) dienen, wobei dieser Motorbetriebsparameter nicht die Betriebstemperatur der Haltebremse (B) ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die elektrischen Verbindungen (V1, V2) eine Thermosicherung (F) geschaltet ist, die an oder in der Haltebremse (B) angeordnet ist, so dass bei einem Auslösen der Thermosicherung (F) ein Alarm bezüglich des Motorbetriebsparameters auslösbar ist.Device for monitoring the operating temperature of a holding brake (B) of an electric motor (M), which is connected to a numerical control (NC) via electrical connections (V1, V2), the electrical connections (V1, V2) being used to monitor a motor operating parameter of the electric motor (M), whereby this motor operating parameter is not the operating temperature of the holding brake (B), characterized in that a thermal fuse (F) is connected between the electrical connections (V1, V2), which is arranged on or in the holding brake (B). , so that if the thermal fuse (F) is triggered, an alarm regarding the engine operating parameter can be triggered. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermosicherung (F) an einer Gegendruckplatte der Haltebremse angeordnet ist.Device according to Claim 1 , characterized in that the thermal fuse (F) is arranged on a counter-pressure plate of the holding brake. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermosicherung (F) unterhalb einer Grenztemperatur elektrisch nichtleitend und oberhalb einer Grenztemperatur elektrisch leitend ist.Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the thermal fuse (F) is electrically non-conductive below a limit temperature and electrically conductive above a limit temperature. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen (V1, V2) einen Temperatursensor (TS) zur Überwachung einer Wicklungstemperatur des Elektromotors (M) mit der Numerischen Steuerung (NC) verbinden.Device according to one of the Claims 1 - 3 , characterized in that the electrical connections (V1, V2) connect a temperature sensor (TS) for monitoring a winding temperature of the electric motor (M) to the numerical control (NC). Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Numerische Steuerung (NC) eingerichtet ist zur Überwachung eines Widerstands des Temperatursensors (TS), und zur Ausgabe einer Fehlermeldung im Falle eines Kurzschlusses zwischen den Verbindungsleitungen (V1, V2).Device according to Claim 4 , characterized in that the numerical control (NC) is set up to monitor a resistance of the temperature sensor (TS) and to output an error message in the event of a short circuit between the connecting lines (V1, V2). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (V1, V2) eine Bremsenspule (BS) zum Lüften der Haltebremse (B) mit der Numerischen Steuerung (NC) verbinden.Device according to one of the Claims 1 - 3 , characterized in that the connecting lines (V1, V2) connect a brake coil (BS) for releasing the holding brake (B) to the numerical control (NC). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermosicherung (F) in Reihe mit einem Widerstand (R) geschaltet ist.Device according to Claim 6 , characterized in that the thermal fuse (F) is connected in series with a resistor (R). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Numerische Steuerung (NC) eingerichtet ist zur Überwachung eines Bremsenstromes und zur Ausgabe einer Fehlermeldung im Falle eines zu hohen Bremsenstromes, wenn nach dem Auslösen der Thermosicherung (F) ein Strom durch den Widerstand (R) fließt.Device according to Claim 7 , characterized in that the numerical control (NC) is set up to monitor a brake current and to output an error message in the event of a brake current that is too high if a current flows through the resistor (R) after the thermal fuse (F) has been triggered. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermosicherung (F) in Reihe mit einer Freilaufdiode (D) geschaltet ist.Device according to Claim 6 , characterized in that the thermal fuse (F) is connected in series with a freewheeling diode (D). Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Numerische Steuerung (NC) eingerichtet ist zur Überwachung der Verbindungsleitungen (V1, V2) auf einen Leitungsbruch durch Pulsen des Spulenstroms und zum Ausgeben einer Fehlermeldung im Falle eines solchen Leitungsbruchs, wobei die Freilaufdiode (D) bei elektrisch leitender Thermosicherung (F) eine Pulsantwort bewirkt, die der eines Leitungsbruchs entspricht.Device according to Claim 9 , characterized in that the numerical control (NC) is set up to monitor the connecting lines (V1, V2) for a line break by pulsing the coil current and to output an error message in the event of such a line break, the freewheeling diode (D) with an electrically conductive thermal fuse (F) causes a pulse response that corresponds to that of a line break.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020124902A1 (en) 2020-09-24 2022-03-24 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Control of a holding brake

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