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Die Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem um eine Bremsachse rotierbar gelagerten ersten Bremskörper, einem bezüglich der Bremsachse rotationsgesperrt gelagerten zweiten Bremskörper zum Abbremsen des ersten Bremskörpers und einem Überwachungssystem zum Überwachen eines Zustands zumindest eines der Bremskörper.
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Um zu gewährleisten, dass ein Bremskörper eines Bremssystems, wie zum Beispiel ein Bremsbelag oder eine Bremsscheibe, vorgegebene Sicherheitsanforderungen hinsichtlich seines Zustands erfüllt, ist es erforderlich, den Zustand des Bremskörpers zu überwachen.
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Die Überwachung kann unter anderem in Form einer Sichtkontrolle durch eine oder mehrere geschulte Personen erfolgen. Diese Art der Überwachung ist jedoch zeit- und arbeitsaufwändig und ermöglicht zudem kein durchgängiges Überwachen des Zustands des Bremskörpers. Außerdem besteht bei dieser Art der Überwachung eine hohe Gefahr, dass aufgrund menschlicher Fehler eine fehlerhafte Einschätzung des Zustands des Bremskörpers erfolgt. Es ist daher erstrebenswert, den Zustand des Bremskörpers automatisch überwachen zu können.
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Unter anderem aus
US 2013/0306410 A1 sind Überwachungssysteme zum automatischen Überwachen eines Zustands eines Bremsbelags bekannt, bei welchen ein Schleifdraht verwendet wird, der in den Bremsbelag eingebettet ist und von einem Strom durchflossen wird. Wenn infolge eines Bremsbelagabschliffs eine Dicke des Bremsbelags eine vorgegebene Dicke unterschreitet, kommt der Schleifdraht bei einem Bremseingriff mit einem anderen Bremskörper, wie zum Beispiel einer Bremsscheibe, in elektrischen Kontakt. Die Kontaktierung kann dazu ausgenutzt werden, eine erste Materialabtragsgrenze des Bremsbelags zu detektieren. Wird infolge eines weiteren Bremsbelagabschliffs der Schleifdraht zerstört, wird dabei der Stromfluss durch den Schleifdraht unterbrochen. Die Unterbrechung des Stromflusses kann dazu ausgenutzt werden, eine zweite Materialabtragsgrenze des Bremsbelags zu detektieren.
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Ein solches Überwachungssystem ist jedoch nicht dazu ausgelegt, einen Zustand anderer Bremskörper als des Bremsbelags zu überwachen. Zudem ermöglicht das Überwachungssystem lediglich die Detektion zweier vorgegebener Materialabtragsgrenzen. Zwischenzustände des Materialabtrags sowie Schäden des Bremsbelags, wie zum Beispiel Risse oder Verformungen, können nicht ohne Weiteres festgestellt werden. Je nach Sicherheitsanforderungen, die an ein Bremssystem gestellt werden, bleibt eine Sichtkontrolle seiner Bremskörper auch bei einem Einsatz eines solchen Überwachungssystems oftmals unvermeidlich.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Bremssystem anzugeben, welches ein aufwandsgünstiges Überwachen eines Zustands zumindest eines seiner Bremskörper ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Bremssystem der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß zumindest einer der Bremskörper eine Funkeinheit zur drahtlosen Kommunikation mit einer Kommunikationseinheit des Überwachungssystems aufweist.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass unter Verwendung der Funkeinheit ein automatisches Überwachen eines Zustands zumindest eines der Bremskörper des Bremssystems ermöglicht wird. Aufwendige Überwachungen per Sichtkontrolle und damit verbundene menschliche Fehleinschätzungen bezüglich des Zustands des Bremskörpers können somit vermieden werden.
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Die Funkeinheit kann ein Bestandteil eines beliebig gearteten Bremskörpers sein, weshalb mithilfe der Funkeinheit prinzipiell ein Zustand eines beliebigen Bremskörpers des Bremssystems überwacht werden kann. Da die Funkeinheit keine Kabelanbindung an ein weiteres Element des Bremssystems benötigt, kann sie insbesondere zum Überwachen eines Zustands eines rotierbar gelagerten Bremskörpers verwendet werden.
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Darüber hinaus kann die Funkeinheit – abhängig von ihrer funktionalen Ausgestaltung – prinzipiell dazu verwendet werden, mehrere verschiedene Zustandsgrößen des Bremskörpers zu überwachen. Ferner kann sowohl der erste als auch der zweite Bremskörper des Bremssystems mit einer Funkeinheit ausgestattet sein, sodass beide Bremskörper hinsichtlich ihrer Zustände überwacht werden können.
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Das Bremssystem kann für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, oder eine andere Vorrichtung, wie zum Beispiel eine Lasthebevorrichtung, vorgesehen sein.
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Das Überwachen des Zustands zumindest eines der Bremskörper kann insbesondere ein Ermitteln einer oder mehrerer Zustandsgrößen des Bremskörpers, beispielsweise einer Temperatur, einer Schwingungsfrequenz, einer Schwingungsamplitude und/oder einer Dicke des Bremskörpers, umfassen. Zudem kann das Überwachen ein Erkennen von Schäden des Bremskörpers, wie zum Beispiel von Brüchen, Rissen, Vertiefungen, Materialausbrüchen und/oder Verformungen, umfassen.
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Es ist zweckmäßig, wenn das Bremssystem einen Antrieb zum Aneinanderpressen der beiden Bremskörper aufweist. Der Antrieb kann insbesondere ein hydraulischer, pneumatischer oder mechanischer Antrieb sein. Sinnvollerweise ist der zweite Bremskörper an den ersten Bremskörper anpressbar gelagert.
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Wie zuvor erwähnt ist der zweite Bremskörper bezüglich der Bremsachse rotationsgesperrt gelagert. Darunter kann verstanden werden, dass der zweite Bremskörper bezüglich der Bremsachse unrotierbar gelagert ist. Weiterhin kann der zweite Bremskörper um eine andere Achse schwenkbar sein. Zudem kann der zweite Bremskörper parallel zur Bremsachse verschiebbar sein.
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Bevorzugterweise umfasst das Bremssystem eine Scheibenbremse. Der erste Bremskörper kann beispielsweise eine Bremsscheibe sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Bremssystem eine Trommelbremse umfassen. In diesem Fall kann der erste Bremskörper zum Beispiel eine Bremstrommel sein. Weiter ist es möglich, dass das Bremssystem eine Klotzbremse umfasst. Im letztgenannten Fall kann der erste Bremskörper beispielsweise ein Rad, insbesondere ein Fahrzeugrad, sein.
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Zweckmäßigerweise ist der zweite Bremskörper ein Bremsbelag. Der Bremsbelag kann unter anderem eine Trägerplatte umfassen. Weiter kann der Bremsbelag einen auf die Trägerplatte aufgebrachten Reibstoff umfassen. Darüber hinaus kann der Bremsbelag beispielsweise an einem Bremssattel oder einer Bremsbacke angeordnet sein.
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Ferner kann der Bremsbelag als Putzklotz eingesetzt werden. Das heißt, der Bremsbelag kann dazu verwendet werden, eine Fläche eines Rades durch einen Bremseingriff und die dabei verursachte Reibung von Verunreinigungen beziehungsweise Ablagerungen freizuhalten.
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Prinzipiell ist es möglich, dass das Bremssystem eine elektromotorische Bremse aufweist. In diesem Fall kann der erste Bremskörper zum Beispiel ein Rotor der elektromotorischen Bremse oder ein mit dem Rotor verbundenes Element sein. Der zweite Bremskörper hingegen kann beispielsweise ein Stator der elektromotorischen Bremse sein.
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Die zuvor erwähnte Funkeinheit ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil des Überwachungssystems. Vorzugsweise umfasst die Funkeinheit eine Kommunikationsvorrichtung. Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Funksignal zu versenden und/oder zu empfangen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Funkeinheit dazu eingerichtet ist, ein Funksignal mit einer der Funkeinheit eindeutig zuordenbaren Kennung zu versenden. Unter einem Funksignal kann eine in ihrer Frequenz und/oder Amplitude modulierte Funkwelle aufgefasst werden.
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Vorteilhafterweise ist die Funkeinheit anhand von Funkwellen mit Energie zur Aussendung des Funksignals versorgbar. Die Funkeinheit kann beispielsweise Funkwellen empfangen und aus diesen elektrische Energie gewinnen. Dadurch kann auf eine Energieversorgungsvorrichtung, welche die Funkeinheit kabelgebunden mit Energie versorgt, verzichtet werden.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Kommunikationsvorrichtung der Funkeinheit eine Antenne, insbesondere eine Spulenantenne. Darüber hinaus kann die Funkeinheit einen Energiespeicher, beispielsweise einen Kondensator, umfassen. Des Weiteren kann die Kommunikationsvorrichtung unter anderem als Transponder ausgestaltet sein.
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Die eingangs erwähnte Kommunikationseinheit des Überwachungssystems kann eine Auswerteeinheit sein. Das heißt, die Kommunikationseinheit des Überwachungssystems kann dazu eingerichtet sein, ein von der Funkeinheit empfangenes Funksignal auszuwerten.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Funkeinheit einen Sensor zum Erzeugen eines vom Zustand des Bremskörpers abhängigen Sensorsignals. Das Funksignal wiederum ist zweckmäßigerweise vom Sensorsignal abhängig. Insbesondere kann das Funksignal eine aus dem Sensorsignal abgeleitete Information umfassen.
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Der Sensor kann unter anderem ein Temperatursensor, ein Ultraschallsensor oder ein Schwingungssensor sein. Mithilfe eines Schwingungssensors oder eines Ultraschallsensors kann zum Beispiel ermittelt werden, ob der Bremskörper einen Schaden aufweist. Ferner kann die Funkeinheit mehrere, insbesondere verschiedenartige Sensoren aufweisen.
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Des Weiteren kann die Funkeinheit eine MEMS-Einheit (microelectromechanical system) sein. Die Funkeinheit kann also Abmessungen im Mikrometerbereich aufweisen. Weiterhin kann die Funkeinheit als RFID-Einheit (radio-frequency identification) ausgestaltet sein. Die Funkeinheit kann außerdem einen Chip umfassen. Unter anderem kann der Sensor und/oder die Kommunikationsvorrichtung ein Bestandteil dieses Chips sein.
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In bevorzugter Weise ist die Funkeinheit in einem Bereich des Bremskörpers angeordnet, an den der andere der beiden Bremskörper anpressbar ist. Auf diese Weise kann ein von Materialabtrag betroffener Bereich des Bremskörpers überwacht werden.
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Es ist zweckmäßig, wenn der erste Bremskörper eine Öffnung aufweist. Die Funkeinheit kann beispielsweise in dieser Öffnung angeordnet sein. Die Öffnung kann unter anderem eine durchgehende Öffnung, insbesondere eine Durchgangsbohrung, sein. Ferner kann die Öffnung in einem Bereich des ersten Bremskörpers angeordnet sein, an den der zweite Bremskörper anpressbar ist.
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Des Weiteren kann die Öffnung mit einem Füllmaterial ausgefüllt sein. Zweckmäßigerweise umgibt das Füllmaterial die Funkeinheit. Vorzugsweise ist das Füllmaterial wärmeleitfähig. Vorliegend kann ein Material als wärmeleitfähig aufgefasst werden, wenn es eine Wärmeleitfähigkeit λ von mindestens 0,1 W m–1 K–1 bei einer Temperatur von 20 °C aufweist. Auf diese Weise kann eine thermische Kopplung zwischen der Funkeinheit und dem Bremskörper erreicht werden. Dies ermöglicht, dass die Funkeinheit – falls sie mit einem Temperatursensor ausgestattet ist – eine Temperatur des Bremskörpers ermitteln kann.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Füllmaterial ein nicht metallisches Material, zum Beispiel ein Halbleitermaterial, ist. Dadurch kann erreicht werden, dass das Füllmaterial Funksignale bis zur Funkeinheit durchleiten kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist zumindest einer der beiden Bremskörper mehrere Funkeinheiten auf. Zweckmäßigerweise umfasst jede dieser Funkeinheiten eine Kommunikationsvorrichtung und/oder einen Sensor der oben beschriebenen Art. Ferner können sich die einzelnen Funkeinheiten in der Art ihrer Sensoren unterscheiden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Bremskörper mehrere Funkeinheiten aufweist. Zweckmäßigerweise sind diese Funkeinheiten in der Öffnung des ersten Bremskörpers hintereinander, insbesondere entlang einer Längsrichtung der Öffnung, angeordnet. Sinnvollerweise umgibt das Füllmaterial sämtliche in der Öffnung angeordnete Funkeinheiten.
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Grundsätzlich sind beliebige Anordnungen der Funkeinheiten in der Öffnung möglich. So können die Funkeinheiten beispielsweise treppenförmig zueinander versetzt angeordnet sein. Darüber hinaus kann eine Anordnung der Funkeinheiten zum Beispiel eine Bienenwabenstruktur aufweisen. Die Funkeinheiten können also in Form eines hexagonalen Gitters angeordnet sein.
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Weiterhin kann der erste Bremskörper mehrere Öffnungen aufweisen. Vorzugsweise ist in jeder der Öffnungen zumindest eine der Funkeinheiten angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, wenn in jeder der Öffnungen eine Mehrzahl der Funkeinheiten angeordnet ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei der Öffnungen verschiedene Abstände zur Bremsachse aufweisen. Verschiedene Abstände der Öffnungen zur Bremsachse ermöglichen es, mithilfe der Funkeinheiten ein radiales Profil einer Zustandsgröße des ersten Bremskörpers zu ermitteln, insbesondere für den Fall, dass die Bremsachse zugleich auch eine Symmetrieachse des ersten Bremskörpers ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Bremskörper mehrere Funkeinheiten auf. Zweckmäßigerweise sind die Funkeinheiten des zweiten Bremskörpers in dessen Reibstoff eingebettet.
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Weiterhin können die Funkeinheiten des zweiten Bremskörpers können unter anderem in mehreren Reihen angeordnet sein. In bevorzugter Weise bilden die Funkeinheiten des zweiten Bremskörpers mehrere Gitter, insbesondere flächige Gitter, aus. Die Gitter können jeweils mehrere Gitterzellen, insbesondere aneinandergrenzende Gitterzellen, aufweisen. Vorteilhafterweise sind die Gitter parallel zueinander angeordnet. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Gitter treppenförmig zueinander versetzt angeordnet sind. Vorzugsweise bildet jede der Gitterzellen ein Sechseck, insbesondere ein regelmäßiges Sechseck, aus. Zweckmäßigerweise ist in den Ecken des jeweiligen Sechsecks jeweils eine der Funkeinheiten angeordnet. Solche eine bienenwabenförmige Anordnung der Funkeinheiten ermöglicht eine vorteilhafte Ausnutzung der Wellenausbreitungseigenschaften einer auf die Funkeinheiten eingestrahlten Funkwelle. Insbesondere kann durch eine solche Anordnung erreicht werden, dass die Funkeinheiten in ihren Positionen weitestgehend derselben Feldstärke der Funkwelle ausgesetzt sind.
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Eine Ausrichtung der Gitter innerhalb des zweiten Bremskörpers kann unter anderem davon abhängen, entlang welcher Richtung eine Einstrahlung von Funkwellen auf den zweiten Bremskörper vorgesehen ist. Vorzugsweise sind die einzelnen Gitter senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der vorgesehenen Einstrahlrichtung ausgerichtet.
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Das oben beschriebene Bremssystem kann unter anderem ein Bestandteil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, sein. Das Fahrzeug weist sinnvollerweise eine Radachse, insbesondere eine zur Bremsachse koaxiale Radachse, auf. Weiter ist es zweckmäßig, wenn der erste Bremskörper des Bremssystems mit der Radachse verbunden ist. Dabei kann der erste Bremskörper mittelbar oder unmittelbar mit der Radachse verbunden sein. Der erste Bremskörper kann zum Beispiel an einem der Radachse verbundenen Rad des Fahrzeugs oder direkt an der Radachse befestigt sein.
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Die Radachse kann insbesondere eine Antriebsachse sein. Das heißt, auf die Radachse kann ein Antriebsmoment eines Motors wirken. Ferner kann die Radachse dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment zu übertragen. Bei der Radachse kann es sich also insbesondere um eine Welle handeln. Alternativ kann die Radachse eine umlaufende Achse des Fahrzeugs sein.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines Bremskörpers. Ein aufwandsgünstiges Überwachen des Zustands des Bremskörpers wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass von einer Funkeinheit des Bremskörpers ein vom Zustand des Bremskörpers abhängiges Funksignal erzeugt wird und der Zustand des Bremskörpers anhand des Funksignals ermittelt wird.
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Der überwachte Bremskörper kann zum Beispiel eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel sein. Alternativ kann der überwachte Bremskörper ein Bremsbelag sein.
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Das Verfahren kann insbesondere zum Überwachen des ersten und/oder des zweiten Bremskörpers des oben beschriebenen Bremssystems zum Einsatz kommen. Einzelne oder alle der nachfolgend genannten gegenständlichen Elemente können Bestandteile des oben beschriebenen Bremssystems sein.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst das Funksignal eine der Funkeinheit eindeutig zuordenbare Kennung. Weiterhin ist das Funksignal vorteilhafterweise von einem Sensorsignal abhängig. Das Funksignal kann insbesondere eine aus dem Sensorsignal abgeleitete Information umfassen. Sinnvollerweise wird dieses Sensorsignal von einem Sensor der Funkeinheit erzeugt. Ferner ist es zweckmäßig, wenn das Sensorsignal vom Zustand des Bremskörpers abhängig ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Schwingungszustand des Bremskörpers ermittelt wird, insbesondere unter Verwendung des Funksignals. In diesem Fall ist das Funksignal sinnvollerweise von einem Sensorsignal abhängig, welches eine Information über eine Frequenz und/oder Amplitude einer Schwingung des Bremskörpers umfasst.
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Bevorzugterweise wird anhand des Schwingungszustands ermittelt, ob der Bremskörper einen Schaden aufweist. Ein solcher Schaden kann zum Beispiel ein Riss, ein Bruch, eine Vertiefung, ein Materialausbruch und/oder eine Verformung des Bremskörpers sein.
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In dem Fall, dass der Bremskörper ein rotierbar gelagerter Bremskörper ist, kann anhand des Funksignals, insbesondere unter Verwendung der Kennung, eine Drehzahl des Bremskörpers ermittelt werden. Die Ermittlung der Drehzahl kann unter anderem erfolgen dann, wenn auf dem Bremskörper ein Antriebs- oder Bremsmoment wirkt.
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In bevorzugter Weise wird von mehreren Funkeinheiten des Bremskörpers jeweils ein vom Zustand des Bremskörpers abhängiges Funksignal erzeugt. Zweckmäßigerweise umfasst jedes dieser Funksignale eine der jeweiligen Funkeinheit eindeutig zuordenbare Kennung. Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Funkeinheiten in vorbestimmten Positionen angeordnet sind. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass anhand der Funksignale ein räumliches Profil einer Zustandsgröße des Bremskörpers ermittelt wird.
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Das räumliche Profil kann insbesondere ein Profil entlang einer Oberfläche des Bremskörpers sein. Insbesondere kann das räumliche Profil ein radiales Profil sein. Als radiales Profil kann hierbei ein solches Profil aufgefasst werden, bei dem die Zustandsgröße des Bremskörpers von einem Abstand zu einer Symmetrieachse des Bremskörpers abhängig ist. Weiterhin kann das räumliche Profil ein Tiefenprofil sein. Unter einem Tiefenprofil kann ein solches Profil verstanden werden, bei dem die Zustandsgröße des Bremskörpers von einem Abstand zu einer Oberfläche des Bremskörpers abhängig ist.
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Aufgrund eines Materialabtrags des Bremskörpers kann sich zumindest eine der Funkeinheiten aus dem Bremskörper herauslösen beziehungsweise vom Rest des Bremskörpers ablösen. Solch ein Materialabtrag kann zum Beispiel bei einem Bremsvorgang stattfinden. Vorteilhafterweise wird anhand der Kennungen ermittelt, welche der Funkeinheiten weiterhin am Bremskörper angeordnet sind. Weiter ist es vorteilhaft, wenn daraus eine Dicke, insbesondere ein räumliches Profil einer Dicke, des Bremskörpers ermittelt wird. Anhand des räumlichen Profils der Dicke des Bremskörpers kann wiederum ein räumliches Profil des Materialabtrags ermittelt werden.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Bremssystem und dem erfindungsgemäßen Verfahren kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale, gegenständlich formuliert, auch als Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit zu sehen und umgekehrt.
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Auch wenn in der Beschreibung beziehungsweise in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das jeweilige Zahlwort eingeschränkt sein. Ferner sind die Wörter „ein“ beziehungsweise „eine“ nicht als Zahlwörter, sondern als unbestimmter Artikel zu verstehen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Das Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung der Erfindung und beschränkt die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale des Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung eines Schienenfahrzeugs, das ein Bremssystem mit mehreren Scheibenbremsen und einem Überwachungssystem umfasst;
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2 eine Seitenansicht einer der Scheibenbremsen, in welcher ein Bremssattel und eine Bremsscheibe der Scheibenbremse erkennbar sind;
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3 einen Schnitt durch die Scheibenbremse aus 2, in welchem der Bremssattel, die Bremsscheibe mit ihren Funkeinheiten und zwei Bremsbeläge der Scheibenbremse mit ihren Funkeinheiten erkennbar sind;
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4 eine räumliche Anordnung der Funkeinheiten von einem der beiden Bremsbeläge;
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5 eine exemplarische Darstellung einer der Funkeinheiten.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Fahrzeugs 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Fahrzeug 2 um ein Schienenfahrzeug. Das Fahrzeug 2 umfasst zwei Drehgestelle 4, die jeweils zwei Radachsen 6 aufweisen. An jeder dieser Radachsen 6 sind wiederum zwei Räder 8 befestigt.
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Ferner umfasst das Fahrzeug 2 ein Bremssystem 10, welches mehrere Scheibenbremsen 12 umfasst. An jeder der Radachsen 6 sind jeweils zwei der Scheibenbremsen 12 angeordnet. Weiterhin umfasst jede der Scheibenbremsen 12 einen Bremssattel 14 sowie einen Bremskörper 16, der mit der jeweiligen Radachse 6 verbunden ist und um eine zur jeweiligen Radachse 6 koaxiale Bremsachse 18 rotierbar gelagert ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei besagtem Bremskörper 16 um eine Bremsscheibe. Darüber hinaus umfassen die Scheibenbremsen 12 jeweils zwei weitere Bremskörper, die in 1 jedoch nicht erkennbar sind (vgl. 3).
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Des Weiteren umfasst das Bremssystem 10 ein Überwachungssystem 20, welches unter anderem eine Kommunikationseinheit 22 aufweist. Die Kommunikationseinheit 22 umfasst eine Antenne 24 zum Senden und Empfangen von Funksignalen, eine Signalerzeugungseinheit 26 zum Erzeugen von Funksignalen sowie eine Signalverarbeitungseinheit 28 zum Verarbeiten empfangener Funksignale.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer der Scheibenbremsen 12 des Bremssystems 10. In dieser Figur sind der Bremssattel 14 sowie der mit der Radachse 6 verbundene Bremskörper 16 der Scheibenbremse 12 erkennbar. Die Bremsachse 18, um welche der Bremskörper 16 rotierbar gelagert ist, ist senkrecht zur Zeichenebene angeordnet. Weiterhin ist aus der Figur ersichtlich, dass der Bremskörper 16 mehrere Öffnungen 30 in unterschiedlichen Abständen zur Bremsachse 18 aufweist. Die Öffnungen des Bremskörpers 16 sind symmetrisch bezüglich der Bremsachse 18 in einer Reihe angeordnet.
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Außerdem ist in 2 eine Schnittebene III-III, auf welche sich 3 bezieht, in Form einer gestrichelten Linie dargestellt.
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3 zeigt einen schematischen Schnitt durch die Scheibenbremse 12 aus 2 entlang der Schnittebene III-III. Auch in dieser Figur sind der Bremssattel 14 und der Bremskörper 16 erkennbar.
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Des Weiteren ist aus 3 ersichtlich, dass die Scheibenbremse 12 zwei weitere Bremskörper 32 zum Abbremsen des erstgenannten Bremskörpers 16 aufweist, die am Bremssattel 14 befestigt sind und an einander gegenüberliegenden Seiten des erstgenannten Bremskörpers 16 angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den beiden weiteren Bremskörpern 32 um Bremsbeläge.
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Weiterhin veranschaulicht 3, dass der erstgenannte Bremskörper 16 eine sogenannte innenbelüftete Bremsscheibe ist, welche zwei zueinander parallele Wandungen 34 umfasst, die durch Stege 36 miteinander verbunden sind. Beide Wandungen 34 weisen jeweils mehrere Öffnungen 30 der zuvor beschriebenen Art auf.
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Der erstgenannte Bremskörper 16 weist eine Mehrzahl von Funkeinheiten 38 auf, die in den Öffnungen 30 hintereinander angeordnet sind. Außerdem sind die Öffnungen 30 mit einem nichtmetallischen wärmeleitfähigen Füllmaterial 40 ausgefüllt, welches die in der jeweiligen Öffnung 30 angeordneten Funkeinheiten 38 umgibt. Weiterhin sind die Öffnungen 30 und damit die in den Öffnungen 30 angeordneten Funkeinheiten 38 des erstgenannten Bremskörpers 16 in einem Bereich angeordnet, an welchen die beiden weiteren Bremskörper 32 anpressbar sind.
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Ferner weist jeder der beiden weiteren Bremskörper 32 mehrere Funkeinheiten 38 auf, die mehrere flächige bienenwabenförmige Gitter 42 ausbilden (vgl. 4). In der dargestellten Perspektive ist bei den beiden weiteren Bremskörpern 32 jeweils nur eins der flächigen bienenwabenförmigen Gitter 42 erkennbar.
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Die Funkeinheiten 38 der Bremskörper 16, 32 sind Bestandteile des Überwachungssystems 20. Weiterhin sind die Funkeinheiten 38 jeweils mit einem Sensor und einer Kommunikationsvorrichtung ausgestattet (vgl. 5).
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Jede der Funkeinheiten 38 erzeugt mithilfe ihres Sensors ein Sensorsignal, das vom Zustand des entsprechenden Bremskörpers 16, 32 abhängig ist. Unter Verwendung des Sensorsignals erzeugt die jeweilige Funkeinheit 38 ein Funksignal, das eine der jeweiligen Funkeinheit 38 eindeutig zuordenbare Kennung umfasst, und sendet dieses Funksignal an die Kommunikationseinheit 22 des Überwachungssystems 20. Die Signalverarbeitungseinheit 28 der Kommunikationseinheit 22 ermittelt anhand der von den Funkeinheiten 38 empfangenen Funksignale den Zustand des entsprechenden Bremskörpers 16, 32. Da die Funkeinheiten 38 in vorbestimmten Positionen angeordnet sind, kann anhand der Kennungen der Funksignale ein räumliches Profil einer Zustandsgröße des jeweiligen Bremskörpers 16, 32 ermittelt werden.
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Bei Bremsvorgängen wird Material von den Bremskörpern 16, 32 abgetragen. Aufgrund des Materialabtrags lösen sich die Funkeinheiten 38 mit der Zeit aus den Bremskörpern 16, 32. Anhand der Kennungen der Funksignale wird ermittelt, welche der Funkeinheiten 38 weiterhin am beziehungsweise im jeweiligen Bremskörper 16, 32 angeordnet sind. Daraus wird wiederum ein räumliches Profil einer Dicke 44 des jeweiligen Bremskörpers 16, 32 ermittelt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Sensoren der Funkeinheiten 38 um Schwingungssensoren, welche dazu eingerichtet sind, eine Schwingungsamplitude und eine Schwingungsfrequenz zu ermitteln. Unter Verwendung der Funksignale werden Schwingungszustände der Bremskörper 16, 32 ermittelt. Anhand der ermittelten Schwingungszustände wiederum wird ermittelt, ob der jeweilige Bremskörper 16, 32 einen Schaden, wie zum Beispiel einen Riss, einen Bruch, eine Vertiefung, einen Materialausbruch und/oder eine Verformung, aufweist.
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Ferner werden die Funksignale dazu verwendet, eine Drehzahl des erstgenannten Bremskörpers 16 zu ermitteln, insbesondere dann, wenn auf die Radachse 6, mit der der Bremskörper 16 verbunden ist, ein Antriebs- oder Bremsmoment wirkt.
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4 veranschaulicht eine räumliche Anordnung der Funkeinheiten 38 von einem beliebigen der beiden weiteren Bremskörper 32. Die Funkeinheiten 38 bilden mehrere flächige Gitter 42 aus, die jeweils mehrere aneinander grenzende Gitterzellen 46 aufweisen. In 3 ist eine Draufsicht auf eines dieser Gitter 42 dargestellt. Aus 4 ist ersichtlich, dass die Gitter 42 parallel zueinander sowie treppenförmig zueinander versetzt angeordnet sind. Dabei sind benachbarte Gitter 42 jeweils um eine Breite einer Gitterzelle 46 zueinander versetzt.
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Jede der Gitterzellen bildet ein regelmäßiges Sechseck aus, in dessen Ecken jeweils eine der Funkeinheiten 38 angeordnet ist, wobei die einzelnen Gitterzellen 46 mit ihren benachbarten Gitterzellen 46 desselben Gitters 42 jeweils eine gemeinsame Seite und zwei gemeinsame Ecken aufweisen.
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Zwecks einer besseren Nachvollziehbarkeit der räumlichen Anordnung der Funkeinheiten 38 ist in 4 ein kartesisches Koordinatenkreuz mit einer x-, y- und z-Achse dargestellt.
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5 zeigt exemplarisch eine der Funkeinheiten 38 in einer schematischen Darstellung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Funkeinheit 38 als RFID-Einheit ausgestaltet. Die Funkeinheit 38 umfasst eine Spulenantenne 48 sowie einen mit der Spulenantenne 48 verbundenen Chip 50. Der Chip 50 umfasst einen Sensor 52, insbesondere einen Schwingungssensor, eine Kommunikationsvorrichtung 54 sowie einen mit dem Sensor 52 und der Kommunikationsvorrichtung 54 verbundenen Energiespeicher 56.
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Der Sensor 52 ist dazu eingerichtet, ein Sensorsignal zu erzeugen, welches von einem Zustand einer der Bremskörper 16, 32 abhängig ist. Weiterhin ist die Kommunikationsvorrichtung 54 dazu eingerichtet, ein Funksignal mit einer der Funkeinheit 38 eindeutig zuordenbaren Kennung zu versenden.
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Außerdem ist die Funkeinheit 38 anhand von Funkwellen mit Energie zur Aussendung des Funksignals und zum Betreiben seines Sensors 52 versorgbar. Funkwellen, anhand derer die Funkeinheit 38 mit Energie versorgbar ist, werden unter anderem von der Kommunikationseinheit 22 des Überwachungssystems 20 erzeugt und an die Funkeinheit 38 gesendet. Unter Verwendung dieser Funkwellen generiert die Funkeinheit 38 elektrische Energie, die sie in ihrem Energiespeicher 56 zwischenspeichert.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0306410 A1 [0004]
