DE4312354C1 - Wear measuring sensor, e.g. for vehicle brake pad - uses resistor chain with bridging conductor loops at staggered distances from component surface - Google Patents

Wear measuring sensor, e.g. for vehicle brake pad - uses resistor chain with bridging conductor loops at staggered distances from component surface

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Abstract

The wear measuring sensor is incorporated in the machine component and has a number of conductors (14) lying at different distances from the component surface subjected to wear at one end of the sensor. Each conductor comprises a U-shaped loop with a resistor (12) connected across its free ends, with a pair of measuring terminals (20) at opposite ends of the resistance chain. The sensor is provided as a pin, with the conductors and the corresponding resistors mounted on a chip extending at right angles to the component surface. ADVANTAGE - Suitable for high temp. and high pressure environment.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 und einen Sensor gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 2. Solche Sensoren sind aus der DE 38 18 877 A1 bekannt.The invention relates to a sensor according to the Oberbe handle of claim 1 and a sensor according to the Ober Concept of claim 2. Such sensors are from DE 38 18 877 A1 known.

Der aus der DE 38 18 877 A1 bekannte Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils dient zur Überwachung eines durch Abrieb verschleißbaren Belags, insbe­ sondere des Bremsbelags eines Kraftfahrzeugs. Ein Chip bei einer Verschließmessung ist aus der DE 30 07 887 A1 bekannt, die eine Vorrichtung zum Messen des Verschleißes von Ver­ schleißblöcken, wie z. B. Bremsbelägen, beschreibt. Die Über­ wachung von Lagerverschleiß mit Hilfe von Widerstandsänderun­ gen ist aus der DE 34 16 343 A1 bekannt.The sensor known from DE 38 18 877 A1 for measuring the Wear of the surface of a machine part is used Monitoring of a wearable covering, esp special of the brake pad of a motor vehicle. A chip at a wear measurement is known from DE 30 07 887 A1, the a device for measuring the wear of Ver wear blocks, such as B. brake pads. The About monitoring of bearing wear with the help of resistance changes gene is known from DE 34 16 343 A1.

Es besteht Bedarf an einem Sensor, der den Verschleiß der Oberfläche eines Maschinenteils mißt. Ein Anwen­ dungsbeispiel ist der Verschleiß der Zylinderbüchsen von Motoren, insbesondere Großmotoren, bei denen durch den Kolbenlauf und Feststoffpartikel im Brennstoff die Lauffläche langsam ausgeschliffen wird. Ein anderes Anwendungsbeispiel sind einem Verschleiß ausgesetzte Gleitlager. There is a need for a sensor that shows the wear the surface of a machine part. An application Example of wear is the wear of the cylinder liners from Engines, especially large engines, where the Piston run and solid particles in the fuel Tread is ground slowly. Another Application examples are subject to wear Bearings.  

Derartige Sensoren müssen die absoluten Maßänderungen zuver­ lässig feststellen und bei hoher Standfestigkeit mit hoher Auflösung auch bei schwierigen Bedingungen, insbesondere ho­ hen Temperaturen und hohen Drücken, arbeiten.Such sensors must verver the absolute dimensional changes ascertain casually and with high stability with high Resolution even in difficult conditions, especially ho high temperatures and high pressures.

Ausgehend von einem Sensor gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 bzw. 2 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen Sensor derart weiterzubilden, daß er die oben genann­ ten Bedingungen erfüllt.Starting from a sensor according to the preamble of the An Say 1 and 2, the invention is based on the object develop this sensor in such a way that he called the above conditions met.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Ausbildung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an.According to the invention, this task is achieved through training with solved the features of claim 1 and claim 2. The subclaims give preferred embodiments of the Invention.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläu­ tert. Dabei zeigt:The invention is explained below with reference to a drawing tert. It shows:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines ersten Ausführungsbei­ spiels der Erfindung, Fig. 1 is an equivalent circuit diagram of a first Ausführungsbei game of the invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung, Fig. 2 is a schematic representation of the first exporting approximately of the invention;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 3 shows a second embodiment of the invention,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 4 shows a third embodiment of the invention, and

Fig. 5 eine Darstellung einer möglichen mechanischen Ausbildung des Sensors nach der Erfindung. Fig. 5 shows a possible mechanical design of the sensor according to the invention.

Fig. 1 zeigt das Ersatzschaltbild eines Sensors nach ei­ nem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und ver­ deutlicht, daß der Sensor aus einer Reihenschaltung aus einer Vielzahl von Widerständen 12 besteht, die jeweils über einen Leiter 14 überbrückt sind. Dabei sind die beiden Leiter 14, die die rechts angeordneten Widerstän­ de 12 überbrücken, als unterbrochen dargestellt. Der an den nach außen geführten Meßanschlüssen 20 zu messende Widerstand der Reihenschaltung ist von der Anzahl der unterbrochenen Leiter 14 abhängig: Bei einem Zustand, bei dem alle Leiter intakt sind, geht der Widerstand der Reihenschaltung gegen Null, bei Unterbrechung aller Überbrückungen entspricht der Widerstand der Reihen­ schaltung der Summe der einzelnen Widerstände 12. Mit der Zunahme der Anzahl der Unterbrechungen der Leiter 14 nimmt der Widerstand der Reihenschaltung damit gestuft linear zu. Fig. 1 shows the equivalent circuit diagram of a sensor according to a first embodiment of the invention and shows clearly that the sensor consists of a series connection of a plurality of resistors 12 , each of which is bridged by a conductor 14 . The two conductors 14 , which bridge the resistors 12 arranged on the right, are shown as interrupted. The resistance of the series connection to be measured at the measuring connections 20 leading to the outside depends on the number of interrupted conductors 14 : in a state in which all conductors are intact, the resistance of the series connection goes to zero, when all bridges are interrupted, the resistance corresponds to Series connection of the sum of the individual resistors 12th With the increase in the number of interruptions of the conductors 14 , the resistance of the series circuit increases linearly in steps.

Fig. 2 zeigt eine räumliche Ausgestaltung des Sensors nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Zeichnung ver­ deutlicht, daß der Sensor durch einen Stift 10 gebildet ist, der in das Maschinenteil derart eingesetzt ist, daß er mit dessen einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche fluchtet. Die die Widerstände 12 überbrückenden Leiter 14 sind mit einem mit einem unterschiedlichen Abstand von dem mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche fluchtenden Ende 18 des Stiftes 10 verlaufenden Ab­ schnitt 16 versehen. Mit zunehmendem Verschleiß, der in Richtung des Pfeiles, also von oben nach unten, auf­ tritt, wird ein Leiter 14 nach dem anderen unterbrochen, was zu einer entsprechenden Erhöhung des Gesamtwider­ stands der Reihenschaltung von Widerständen 12 führt. Der an den nach außen geführten Meßanschlüssen 20 gemes­ sene Widerstand entspricht damit der Anzahl der nicht unterbrochenen Leiter 14 und damit gibt so die durch den Verschleiß erfolgte Kürzung des Stiftes 10 wieder. Fig. 2 shows a spatial configuration of the sensor according to the first embodiment. The drawing shows that the sensor is formed by a pin 10 which is inserted into the machine part in such a way that it is aligned with its surface which is exposed to wear. The resistors 12 bridging conductor 14 are provided with a different distance from the end aligned with the surface exposed to wear end 18 of the pin 10 extending from section 16 . With increasing wear, which occurs in the direction of the arrow, that is, from top to bottom, one conductor 14 after the other is interrupted, which leads to a corresponding increase in the overall resistance of the series connection of resistors 12 . The measured at the outward measuring terminals 20 measured resistance thus corresponds to the number of uninterrupted conductors 14 and thus reflects the shortening of the pin 10 caused by wear.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Elemente als Kapazitäten 32 ausgebil­ det, die in einer Parallelschaltung angeordnet sind. Mit zunehmendem Verschleiß, der auch hier von oben nach un­ ten auftritt, werden die Leiter 34, die die Kapazitäten 32 miteinander verbinden, weggeschliffen, die Gesamtka­ pazität der Parallelschaltung nimmt entsprechend ab. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden auch die Kapazitäten 32 selbst mit weggeschliffen.In the embodiment shown in FIG. 3, the electrical elements are designed as capacitances 32 , which are arranged in a parallel connection. With increasing wear, which also occurs from top to bottom here, the conductors 34 , which connect the capacitances 32, are ground away, the total capacitance of the parallel connection decreases accordingly. In this exemplary embodiment, the capacitances 32 themselves are also ground away.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel da­ gegen werden lediglich die Leiter 34, die die Kapazitä­ ten 32 miteinander verbinden, weggeschliffen, die Kapa­ zitäten 32 selbst sind mit erheblichem Abstand von der dem Verschleiß ausgesetzten Ende des Sensors angeordnet.In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, only the conductors 34 , which connect the capacities 32 to one another, are ground away, the capacities 32 themselves are arranged at a considerable distance from the end of the sensor which is exposed to wear.

Fig. 5 zeigt, daß der Stift 10 derart ausgebildet sein kann, daß die elektrischen Elemente 12, 32 und Leiter 14, 34 in einem Chip ausgebildet sind, was in den Stift 10 eingesetzt ist. Dabei ist das Chip 22, 42 fluchtend mit dem mit dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtenden Ende 18, 38 des Stifts 10, 30 fluchtend eingebracht. Bei Beginn des Verschleißes wird also sogleich das Chip 22, 42 angegriffen, die in diesem dem Ende 18, 38 zugewandten Leiter werden nacheinander mit zunehmendem Verschleiß abgeschliffen, was eine Ände­ rung des elektrischen Wertes der Reihenschaltung von Wi­ derständen bzw. der Parallelschaltung von Kapazitäten bewirkt. Fig. 5 shows that the pin 10 can be formed such that the electrical elements 12 , 32 and conductors 14 , 34 are formed in a chip, which is inserted in the pin 10 . In this case, the chip 22 , 42 is introduced in alignment with the end 18 , 38 of the pin 10 , 30 which is in alignment with the surface of the machine part exposed to wear. At the beginning of wear, the chip 22 , 42 is attacked immediately, the conductors in this end 18 , 38 facing are successively ground down with increasing wear, which causes a change in the electrical value of the series connection of resistors or the parallel connection of capacitances .

Zeichnerisch nicht dargestellt ist ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel, bei dem zwei oder mehr gleichartige Anordnungen aus Leitern, elektrischen Elementen und Meß­ anschlüssen vorgesehen sind, wobei der Abstand der Ab­ schnitte 16, 36 der Leiter 14, 34 der einzelnen Anord­ nungen von der mit einem Verschleiß ausgesetzten Ober­ fläche des Maschinenteils fluchtenden Ende 18, 38 des Stifts 10, 30 zueinander gleichmäßig versetzt ist. Die­ ses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil einer höheren Auflösung und der Möglichkeit einer Überprüfung des bei einer Anordnung erfaßten Meßergebnisses durch Vergleich mit dem einer anderen Anordnung.Not shown in the drawing is a preferred exemplary embodiment, in which two or more similar arrangements of conductors, electrical elements and measuring connections are provided, the distance between the sections 16 , 36 of the conductors 14 , 34 of the individual arrangements being worn exposed upper surface of the machine part aligned end 18 , 38 of the pin 10 , 30 is evenly offset from each other. This embodiment has the advantage of a higher resolution and the possibility of checking the measurement result recorded in one arrangement by comparison with that of another arrangement.

Es versteht sich, daß das Material des Stifts und des Chips nicht härter sein sollte als das Material des Maschinenteils, dessen Verschleiß gemessen werden soll. Der Abstand der einzelnen Leiterbahnen voneinander und deren Breite können etwa 10 µm betragen.It is understood that the material of the pen and Chips should not be harder than the material of the chip Machine part whose wear is to be measured. The distance between the individual conductor tracks and their width can be about 10 microns.

Es versteht sich weiter, daß das für eine feste Veranke­ rung des Stiftes in dem Maschinenteil Sorge zu tragen ist.It is further understood that this is for a firm anchorage of the pin in the machine part is.

Claims (6)

1. Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils, der in das Maschinenteil mit des­ sen einem Verschleiß ausgesetzter Oberfläche fluchtend einbringbar ist und in dem eine Vielzahl von Leitern angeordnet ist, deren dem Ende des Sensors, das mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinen­ teils fluchtet, zugewandte Abschnitte in unterschied­ lichem Abstand von diesem Ende verlaufen und deren dem Ende des Sensors, das mit der einem Verschleiß ausge­ setzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtet, abgewandte Abschnitte mit einer Reihen­ schaltung aus einer Vielzahl von Widerständen verbunden sind, deren beide Enden über Meßanschlüsse nach außen geführt sind, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Sensors als Stift (10), in dem die Reihenschaltung aus der Viel­ zahl von Widerständen (12) angeordnet ist, wobei die Widerstände (12) über jeweils einen der im Sensor (10) angeordneten Leiter (14) überbrückt sind.1. Sensor for measuring the wear of the surface of a machine part, which can be brought into alignment in the machine part with its surface subject to wear and in which a multiplicity of conductors are arranged, the end of the sensor facing the surface subject to wear Machines are partially aligned, facing sections run at different distances from this end and the end of the sensor that is aligned with the wear-exposed surface of the machine part, sections facing away are connected in series with a plurality of resistors, both ends of which are led to the outside via measuring connections, characterized by the sensor being designed as a pin ( 10 ) in which the series circuit comprising the large number of resistors ( 12 ) is arranged, the resistors ( 12 ) being connected via one of the sensors ( 10 ) arranged conductors ( 14 ) are bridged. 2. Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils, der in das Maschinenteil mit des­ sen einem Verschleiß ausgesetzter Oberfläche fluchtend einbringbar ist und in dem eine Vielzahl von Leitern angeordnet ist, deren dem Ende des Sensors, das mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinen­ teils fluchtet, zugewandte Abschnitte in unterschied­ lichem Abstand von diesem Ende verlaufen und deren dem Ende des Sensors, das mit der einem Verschleiß ausge­ setzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtet, abgewandte Abschnitte mit jeweils einem einer Vielzahl von parallel geschalteten elektrischen Elementen ver­ bunden sind, wobei die beiden Seiten der Parallelschal­ tung aus der Vielzahl von elektrischen Elementen über Meßanschlüsse nach außen geführt sind, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Sensors als Stift (10), in dem die Par­ allelschaltung aus der Vielzahl von elektrischen Ele­ menten angeordnet ist, eine Ausbildung der elektrischen Elemente als Kapazitäten (32) und die Verbindung der Kapazitäten (32) jeweils über einen der Leiter (34) mit einem der Verzweigungspunkte der Parallelschaltung.2. Sensor for measuring the wear of the surface of a machine part, which can be brought into alignment in the machine part with its surface subject to wear and in which a multiplicity of conductors are arranged, the end of the sensor facing the surface exposed to wear Machines are partially aligned, facing sections run at different distances from this end and the end of the sensor that is aligned with the wear-exposed surface of the machine part, facing away sections are each connected to a plurality of parallel electrical elements, wherein the two sides of the parallel circuit device from the large number of electrical elements are guided to the outside via measuring connections, characterized by a design of the sensor as a pin ( 10 ), in which the parallel circuit of the large number of electrical elements is arranged, a design of the electrical Elem duck as capacitors ( 32 ) and the connection of the capacitors ( 32 ) each via one of the conductors ( 34 ) with one of the branching points of the parallel connection. 3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Widerstände (12) bzw. Kapazitäten (32), die Leiter (14, 34) und die Meßanschlüsse (20, 40) auf einem Chip (22, 42) ausgebildet sind, der in den Stift (10, 30) mit dem mit der dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtenden Ende (18, 38) des Stifts fluchtend eingesetzt sind.3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the resistors ( 12 ) or capacitances ( 32 ), the conductors ( 14 , 34 ) and the measuring connections ( 20 , 40 ) are formed on a chip ( 22 , 42 ) are inserted into the pin ( 10 , 30 ) in alignment with the end ( 18 , 38 ) of the pin aligned with the surface of the machine part exposed to wear. 4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Chip n Anordnungen aus Leitern (14, 34), den Widerständen (12) bzw. Kapazitäten (32) und Meßanschlüs­ sen (20, 40) vorhanden sind, wobei die Abschnitte (16, 36) der Leiter (14, 34) der einzelnen Anordnungen von dem mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Maschinenteils fluchtenden Ende (18, 38) des Stif­ tes (10, 30) voneinander um den n-ten Teil des Abstandes der Leiter (14) der einzelnen Anordnungen versetzt sind. 4. Sensor according to claim 3, characterized in that on the chip n arrangements of conductors ( 14 , 34 ), the resistors ( 12 ) or capacitors ( 32 ) and Meßanschlüs sen ( 20 , 40 ) are present, the sections ( 16 , 36 ) of the conductors ( 14 , 34 ) of the individual arrangements from the end ( 18 , 38 ) of the pin ( 10 , 30 ) aligned with the wear-exposed surface of the machine part by the nth part of the distance of the conductors ( 14 ) of the individual arrangements are offset. 5. Verwendung eines Sensors nach einem der vorangehen­ den Ansprüche für die Messung des Verschleißes der Lauffläche einer Zylinderbüchse eines Motors.5. Use a sensor according to one of the preceding the requirements for measuring the wear of the Tread of an engine cylinder liner. 6. Verwendung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für die Messung des Verschleißes eines Gleitla­ gers.6. Use of a sensor according to one of claims 1 to 4 for the measurement of the wear of a gliding fluid gers.
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