DE3816949A1

DE3816949A1 - Method for monitoring the thickness of brake linings of a disc brake

Info

Publication number: DE3816949A1
Application number: DE19883816949
Authority: DE
Inventors: Helmuth Ing Horvath
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-06-05
Filing date: 1988-05-18
Publication date: 1988-12-22
Also published as: ATA144287A; AT387549B

Abstract

In order to be able to check the wear of the brake linings with an electrical signal even in the case of a potential-free brake disc (BS), inductive sensors in the form of displacement sensors (WA) are mounted on the brake caliper (BZ) of the disc brake. They emit a measurement signal proportional to the wear at least towards the end of the useful life of the brake linings. When this test interval is reached, the expected life of the brake linings in kilometres is calculated from the kilometres travelled. This extrapolation is repeated at regular intervals. If two displacement sensors (WA) are used for each jaw of the brake caliper (BZ), uneven wear of the brake linings can be detected by comparison of the measurement signals. The use of the method according to the invention is particularly advantageous on rail vehicles and heavy vehicles. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Dicke von Bremsbelägen einer Scheibenbremse, die auf einer Bremszange montiert sind, wobei der sich verringernde Abstand der Bremszange von der Bremsscheibe berührungsfrei gemessen und ein Warnsignal abgegeben wird, wenn eine Mindestdicke der Bremsbeläge unterschrit ten wird.The invention relates to a method for monitoring the thickness of brake pads of a disc brake on a brake caliper are mounted, the decreasing distance of the brake caliper measured without contact from the brake disc and a warning signal is given when the brake pads fall below a minimum thickness will.

Nach einem derartigen Verfahren arbeiten die in der AT-PS 3 33 842 und DE-PS 28 37 494 beschriebenen Anzeigevorrichtungen. Da bei einem derartigen Meßverfahren die Bremsscheibe potentialfrei bleibt, eignet es sich besonders für die Anwendung bei Schienen fahrzeugen. Beim Stand der Technik wird der Abstand der Brems zange von der Bremsscheibe über Umlenkhebeln mechanisch bestimmt. Die Betätigung eines Mikroschalters löst dann ein Warnsignal aus. Derartige Vorrichtungen sind wartungsintensiv und verschmutzungs anfällig. Insbesondere kann es zufolge der kleinen zu messenden Abstände im Millimeterbereich durch mechanische Beschädigungen zu verhältnismäßig großen Meßfehlern kommen.According to such a method work in AT-PS 3 33 842 and DE-PS 28 37 494 described display devices. There with Such a measuring method, the brake disc floating remains, it is particularly suitable for use on rails vehicles. In the prior art, the distance between the brakes calipers mechanically determined from the brake disc via reversing levers. The actuation of a microswitch then triggers a warning signal. Such devices are maintenance-intensive and dirty susceptible. In particular, it can be measured according to the small size Distances in the millimeter range due to mechanical damage relatively large measurement errors occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dicke der Bremsbe läge mit größerer Genauigkeit zu überwachen.The invention has for its object the thickness of the Bremsbe would be monitored with greater accuracy.

Dies wird gemäß Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß ab einem Prüfabstand ein der weiteren Abstandsverringerung proportionales Meßsignal erzeugt und mit Erreichen des Prüfabstandes aus den seit dem Einsetzen der neuen Bremsbeläge zurückgelegten Kilometern die bis zur Mindestdicke der Bremsbeläge noch zurücklegbaren Kilometer berechnet werden. This is solved according to claim 1 in that from one Test distance proportional to the further reduction in distance Measurement signal generated and when the test distance from the kilometers traveled since the new brake pads were installed that can still be covered up to the minimum thickness of the brake pads Kilometers can be calculated.

Das proportionale Meßsignal ermöglicht eine Überwachung der Ab nutzungsgeschwindigkeit und eine regelmäßige manuelle Kontrolle des Abnützungsgrades kann entfallen. Die Nutzungsdauer der Brems beläge wird verlängert, da ihre Dicke genau gemessen wird und nur ein minimaler Sicherheitsspielraum notwendig ist. Die Berechnung der noch zu erwartenden Kilometerleistung der Bremsbeläge kann mit linearer Extrapolation erfolgen und ermöglicht eine Aussage über die noch zu erwartende Nutzungsdauer.The proportional measurement signal enables monitoring of the Ab usage speed and regular manual control the degree of wear can be omitted. The service life of the brake coverings is extended because their thickness is measured precisely and only a minimal safety margin is necessary. The calculation the expected mileage of the brake pads with linear extrapolation and enables a statement over the expected service life.

Ist durch die Abnutzung der Bremsbeläge der Prüfabstand unter schritten, wird die Berechnung der noch zurücklegbaren Kilometer in gleichmäßigen Abständen der Verringerung der Dicke der Brems beläge wiederholt. Dadurch wird die noch zu erwartende Kilometer leistung regelmäßig aktualisiert und der schwankenden Abnutzung durch unterschiedliche Betriebsbedingungen Rechnung getragen. Die Genauigkeit der Extrapolation wird damit erhöht.Is the test distance below due to wear of the brake pads steps will be taken to calculate the kilometers that can still be covered at regular intervals reducing the thickness of the brake coverings repeated. This will make the kilometers to be expected performance regularly updated and fluctuating wear taken into account by different operating conditions. The This increases the accuracy of the extrapolation.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit wird das Meßsignal während der gesamten Nutzungsdauer der Bremsbeläge erzeugt. Dadurch wird der Ausfall der Meßeinrichtung auch außerhalb des Prüfabstandes festgestellt. Um Meßfehler durch mechanische Störungen, wie Vibrationen oder Aufweiten der Bremszange durch Luftstau, mög lichst gering zu halten, wird das jeweils kleinste Meßsignal gespeichert, jedes weitere mit ihm verglichen und nur das klein ste Meßsignal zur Auswertung herangezogen. Dadurch werden Meß signale de facto nur bei betätigter Bremse registriert und die Dicke der Bremsbeläge wird mit größtmöglicher Genauigkeit ge messen.To increase operational safety, the measurement signal is during the entire service life of the brake pads. This will the failure of the measuring device also outside the test distance detected. To measure errors due to mechanical interference, such as Vibrations or expansion of the brake caliper due to air jams, possible To keep it as low as possible is the smallest measurement signal saved, each further compared with it and only that small Most measurement signal used for evaluation. Thereby measuring Signals de facto only registered when the brake is applied and the The thickness of the brake pads is ge with the greatest possible accuracy measure up.

Zur Durchführung des Verfahrens ist es vorteilhaft, daß ein Weg aufnehmer zur Erzeugung des Meßsignales mit der Bremszange senk recht zur Bremsscheibe im Bereich ihrer beschliffenen Fläche ver bunden ist, daß der Signalausgang des Wegaufnehmers mit einem Eingang eines Mikrocomputers verbunden ist, daß ein weiterer Ein gang des Mikrocomputers mit einem Kilometerzähler verbunden ist und daß ein Ausgang des Mikrocomputers mit einer Anzeigevorrich tung verbunden ist.To carry out the method it is advantageous that one way Lower sensor for generating the measuring signal with the brake caliper right to the brake disc in the area of its ground surface is bound that the signal output of the displacement sensor with a Input of a microcomputer is connected that another one Gang of the microcomputer is connected to an odometer and that an output of the microcomputer with a display device device is connected.

Der Wegaufnehmer ist ein induktiver, Infrarot- oder Ultraschall- Geber, der einen Weg mißt und eine entsprechende elektrische Spannung erzeugt. Zur Berechnung der noch zurücklegbaren Kilome ter ist der Wegaufnehmer mit einem Mikrocomputer verbunden. Die Verwendung des Mikrocomputers ermöglicht darüber hinaus eine statistische Auswertung der Laufleistungen unterschiedlicher Bremsbeläge und das Erkennen einer beschädigten Bremsscheibe durch die stark verminderte Laufleistung der Bremsbeläge. Über den Mikrocomputer kann auch eine Fernüberwachung der Bremsbeläge mit einem Diagnosesystem erfolgen.The displacement sensor is an inductive, infrared or ultrasonic Encoder that measures a path and a corresponding electrical one Creates tension. To calculate the kilometers that can still be covered ter the transducer is connected to a microcomputer. The Using the microcomputer also enables one statistical evaluation of mileage of different Brake pads and the detection of a damaged brake disc due to the greatly reduced mileage of the brake pads. over the microcomputer can also remotely monitor the brake pads done with a diagnostic system.

Ein Verkanten der Bremszange gegen die Bremsscheibe wird mit ei ner Schrägabnutzungsüberwachung festgestellt, indem auf jeder Seite der Bremsscheibe an der Bremszange ein Wegaufnehmer in Drehrichtung vor dem vorderen Ende und ein Wegaufnehmer hinter dem hinteren Ende der Bremszange befestigt ist. Sind die beiden Wegaufnehmer in radialer Richtung versetzt angeordnet, so wird auch ein Verkanten in dieser Richtung festgestellt. Weichen die Meßwerte der beiden Wegaufnehmer voneinander ab, so wird über den Mikrocomputer ein entsprechendes Signal ausgegeben.Tilting the brake caliper against the brake disc is done with ei ner oblique wear monitoring detected by on each Side of the brake disc on the caliper has a displacement sensor Direction of rotation in front of the front end and a displacement sensor behind the rear end of the caliper is attached. Are the two Position transducer offset in the radial direction, so is tilting in this direction was also found. They give way Measured values of the two displacement transducers differ from one another, so the Microcomputer issued a corresponding signal.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on an embodiment and Drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Ausschnitt des Ausführungsbeispieles in Obersicht, Fig. 1 shows a detail of the embodiment in top view,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Ausführungsbeispieles in Seitenan sicht und Fig. 2 shows a section of the embodiment in Seitenan and

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild der Überwachungsvorrich tung. Fig. 3 is a schematic block diagram of the supervising device.

Fig. 1 zeigt eine Scheibenbremse, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung der Dicke von Bremsbelägen BB angewen det wird. Eine Bremsscheibe BS wird in einem Kreisringsektor von einer Bremszange BZ umfaßt. Mit dieser Bremszange BZ werden die Bremsbeläge BB von beiden Seiten gegen die Bremsscheibe BS ge drückt. Die Bremsbeläge BB sind mit Belagsträgern BT in die Backen der Bremszange BZ eingeschoben. In Drehrichtung der Bremsscheibe BS gesehen sind Wegaufnehmer WA an den vier Enden der beiden Backen der Bremszange BZ angebracht. Sie messen den Abstand der Bremszange BZ von der Bremsscheibe BS. Als Wegaufnehmer WA dienen induktive Geber, wie beispielsweise Querankergeber aus zwei hin tereinander geschalteten Spulen mit Eisenschluß. Die Wegaufnehmer WA haben beispielsweise einen Arbeitsbereich von 5-12 mm. In diesem Bereich geben sie eine von 9 V auf 1 V linear absinkende Spannung als Meßsignal aus. Sie sind so weit zurückversetzt mon tiert, daß damit die Dicke der Bremsbeläge BB im Bereich von 2-9 mm erfaßt wird. Eine thermische Isolation schützt die Weg aufnehmer WA vor der Hitze der gebremsten Bremsscheibe BS. Fig. 1 shows a disc brake in which the inventive method for monitoring the thickness of brake pads BB is applied. A brake disc BS is enclosed in a circular ring sector by a brake caliper BZ . With this brake caliper BZ , the brake pads BB are pressed against the brake disk BS from both sides. The brake pads BB are inserted with brake pads BT in the shoes of the brake caliper BZ . Seen in the direction of rotation of the brake disc BS , displacement transducers WA are attached to the four ends of the two shoes of the brake caliper BZ . They measure the distance between the brake caliper BZ and the brake disc BS . Inductive sensors, such as, for example, transverse armature sensors made of two coils connected in series with iron closure, serve as displacement transducers WA . The WA displacement transducers, for example, have a working range of 5-12 mm. In this range, they output a voltage that drops linearly from 9 V to 1 V as a measurement signal. They are set back so far that the thickness of the brake pads BB is detected in the range of 2-9 mm. Thermal insulation protects the WA position transducer from the heat of the braked brake disc BS .

Ausgehend von einer Dicke der Bremsbeläge BB von 35 mm werden durch die den Abrieb kompensierende, selbstnachstellende Brems zange BZ die Wegaufnehmer WA immer näher an die Bremsscheibe BS herangeführt. Während dieser Zeit geben die Wegaufnehmer WA eine Spannung von etwas mehr als 9 V ab. Fällt ein Wegaufnehmer WA aus, so beträgt seine Ausgangsspannung beispielsweise 0 V oder 24 V. Damit ist eine permanente Funktionsprüfung möglich. Sind die Bremsbeläge BB zu etwa 75% abgerieben, wird ein Prüfabstand er reicht, bei dem der Arbeitsbereich der Wegaufnehmer WA beginnt.Starting from a thickness of the brake pads BB of 35 mm, the displacement transducers WA are brought ever closer to the brake disc BS by the self-adjusting brake caliper BZ which compensates for the abrasion. During this time, the WA transducers emit a voltage of slightly more than 9 V. If a distance transducer WA fails , its output voltage is, for example, 0 V or 24 V. This means that a permanent functional test is possible. If the brake pads BB are about 75% rubbed off, a test distance is reached at which the work area of the displacement transducer WA begins.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Wegaufnehmer WA an der Bremszange BZ. Sie ist so gewählt, daß die Bremsbeläge leicht auszutauschen sind und die Wegaufnehmer WA im Bereich der beschliffenen Fläche BF liegen. Aus dem Vergleich der Meßwerte der Wegaufnehmer WA auf jeweils einem Backen der Bremszange BZ wird die gleichmäßige Ab nutzung der Bremsbeläge überprüft und ein allfälliges Verkanten der Bremszange BZ festgestellt. Fig. 2 shows the arrangement of the displacement transducer WA on the brake caliper BZ . It is chosen so that the brake pads are easy to replace and the displacement transducers WA are in the area of the ground surface BF . From the comparison of the measured values of the displacement transducers WA on one shoe each of the brake caliper BZ , the uniform use of the brake pads is checked and any tilting of the brake caliper BZ is determined.

Zur Auswertung der Meßwerte der Wegaufnehmer WA wird, wie Fig. 3 schematisch zeigt, ein Mikrocomputer μ C verwendet. Er ist mit einem Kilometerzähler KZ verbunden und es wird der Kilometerstand eingespeichert, bei dem neue Bremsbeläge in die Scheibenbremsen eingesetzt werden. Aus diesem und dem nach Abnutzung der Bremsbe läge bis auf den Prüfabstand anstehenden Kilometerstand wird durch lineare Extrapolation die voraussichtlich verbleibende Kilometerleistung der Bremsbeläge berechnet. Dabei wird aus Sicherheitsgründen eine Restbelagsdicke beim Austausch der Brems beläge von 2 mm festgelegt. Nach jedem Millimeter Belagsabnutzung wird eine neue Berechnung vorgenommen. Dazu wird der aktuelle Kilometerstand und der bei der letzten Berechnung anstehende Kilo meterstand herangezogen. Zur Ausgabe dieser Daten, beispielsweise über ein Diagnosesystem, ist der Mikrocomputer μ C mit einer An zeigevorrichtung AV verbunden. Die ermittelten Daten können vom Mikrocomputer μ C gespeichert werden. Damit sind statistische Aus wertungen für die Konstruktion von Scheibenbremsen und Qualitäts untersuchungen an Bremsbelägen möglich. Ist die Laufleistung eines Belages stark vermindert, beispielsweise um mehr als 50%, so kann auf eine Beschädigung der Bremsscheibe geschlossen werden und der Mikrocomputer μ C warnt durch ein entsprechendes Signal.A microcomputer μ C is used to evaluate the measured values of the displacement transducers WA , as shown schematically in FIG. 3. It is connected to a KZ odometer and the mileage is saved in which new brake pads are inserted into the disc brakes. The expected mileage of the brake pads is calculated from this and the mileage due to wear of the brake pads up to the test distance by linear extrapolation. For safety reasons, a remaining pad thickness of 2 mm is specified when replacing the brake pads. A new calculation is carried out after every millimeter of covering wear. For this purpose, the current mileage and the mileage pending in the last calculation are used. To output this data, for example via a diagnostic system, the microcomputer μ C is connected to a display device AV . The determined data can be saved by the microcomputer μ C. This enables statistical evaluations for the design of disc brakes and quality studies on brake pads. If the mileage of a pad is greatly reduced, for example by more than 50%, damage to the brake disc can be concluded and the microcomputer μ C warns with a corresponding signal.

Die Überwachung und Auswertung erfolgt für jeden Bremsbelag ge trennt. Ist die Erfindung beispielsweise bei einem Eisenbahn waggon mit zwei Drehgestellen mit je zwei Achsen und zwei Schei benbremsen je Achse eingesetzt, so werden die jeweils zwei Weg aufnehmer WA der 16 Bremsbeläge vom Mikrocomputer μ C zyklisch abgefragt. Bei Wegaufnehmern WA mit analoger Ausgangsspannung ist ein Analog/Digital-Wandler am entsprechenden Eingang des Mikro computers μ C vorzusehen. Die Bremsbeläge können voll ausgenützt werden und müssen nicht mehr wie bisher je nach Wartungsinter vallen bereits mit bis zu 14 mm Restbelagsstärke getauscht wer den. Monitoring and evaluation is carried out separately for each brake pad. The invention is waggon for example in a railway with two bogies with two axles and two ticket benbremsen per axis are used, each having two path transducers WA be the brake pads 16 from the microcomputer μ C interrogated cyclically. For WA transducers with analog output voltage, an analog / digital converter must be provided at the corresponding input of the micro computer μ C. The brake pads can be fully used and no longer have to be replaced with up to 14 mm remaining pad thickness depending on the maintenance intervals.

Der Einsatz der Erfindung kann auch bei Kraftfahrzeugen und An hängern, insbesondere LKW's und Autobussen, den vorzeitigen Aus tausch der Bremsbeläge erübrigen und gleichzeitig die Betriebs sicherheit der Scheibenbremsen erhöhen. Gerade die Bremsen schwer beladener Fahrzeuge sind auf Bergstrecken einer besonderen Be lastung ausgesetzt, wobei die kontinuierliche Überwachung ihres Verschleißes gemäß der Erfindung die Betriebssicherheit beträcht lich erhöht.The invention can also be used in motor vehicles and vehicles hangers, especially trucks and buses, the premature stop replacement of the brake pads and at the same time the operation increase the safety of the disc brakes. Especially the brakes heavy loaded vehicles are special on mountain routes exposed to load, with the continuous monitoring of your Wear according to the invention, the operational safety considerably Lich increased.

Claims

1. A method for monitoring the thickness of brake pads (BB) of a disc brake which are mounted on a brake caliper (BZ) , the decreasing distance of the brake caliper (BZ) from the brake disc (BS) being measured without contact and a warning signal being emitted, if the minimum thickness of the brake pads (BB) is undershot, characterized in that from a test distance a measurement signal proportional to the further distance reduction is generated and when the test distance is reached from the kilometers covered since the new brake pads (BB) were inserted, the up to the minimum thickness Brake pads (BB) kilometers can still be calculated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the calculation of the kilometers that can still be covered is repeated at regular intervals of the reduction in the thickness of the brake pads (BB) .

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the measurement signal is generated during the entire useful life of the brake pads (BB) .

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the smallest measurement signal saved, each further compared with it and only the smallest Measurement signal is used for evaluation.

5. Device for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a displacement transducer (WA) for generating the measurement signal with the brake caliper (BZ) perpendicular to the brake disc (BS) in the region of its ground surface (BF) is connected that the signal output of the displacement transducer (WA) is connected to an input of a microcomputer ( μ C) , that another input of the microcomputer ( μ C) is connected to an odometer (KZ) and that an output of the microcomputer ( μ C) is connected to a display device (AV) is connected.

6. The device according to claim 5, characterized in that on each side of the brake disc (BS) on the brake caliper (BZ) has a displacement sensor (WA) in the direction of rotation in front of the front end and a displacement sensor (WA) behind the rear end of the brake caliper ( BZ) is attached.

7. The device according to claim 6, characterized in that the two displacement transducers (WA) are arranged offset in the radial direction.