DE102016214133A1

DE102016214133A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Reibleistung einer Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016214133A1
Application number: DE102016214133.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Andreas Stingl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2018-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Reibleistung einer Bremsvorrichtung (12). Um eine zuverlässige Ermittlung der Reibleistung der Bremsvorrichtung (12) zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass ein Bremskörper (14) der Bremsvorrichtung (12) mit einem sich bewegenden Körper (4) in Kontakt ist, eine geschwindigkeitsabhängige Größe, welche von einer Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers (4) abhängig ist, ermittelt wird, eine Tangentialkraft (R) bestimmt wird, die an einer Kontaktfläche (40) des Bremskörpers (14) wirkt, an welcher der Bremskörper (14) mit dem sich bewegenden Körper (4) in Kontakt ist, und die Reibleistung anhand der geschwindigkeitsabhängigen Größe und der Tangentialkraft (R) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Reibleistung einer Bremsvorrichtung.
Es sind unterschiedliche Typen von mechanischen Bremsen bekannt. Solche Bremsen beruhen darauf, dass ein Bremskörper mit einem anderen, zu bremsenden Körper in Kontakt gebracht wird und der zu bremsenden Körpers durch Reibung zwischen den beiden Körpern abgebremst wird. Daher werden mechanische Bremsen auch Reibungsbremsen genannt.
Bei einem Bremsvorgang, der mittels einer mechanischen Bremse ausgeführt wird, wird kinetische Energie des zu bremsenden Körpers in thermische Energie umgewandelt. Unter Umständen, insbesondere im Falle einer hohen Geschwindigkeit des zu bremsenden Körpers, kann die bei einem solchen Bremsvorgang erzeugte Reibleistung so groß werden, dass ein Schaden an der Bremse und/oder an dem zu bremsenden Körper entsteht.
Durch eine Überwachung der Reibleistung kann ein Schaden an der Bremse und/oder an dem zu bremsenden Körper frühzeitig erkannt oder sogar vermieden werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Reibleistung einer Bremsvorrichtung zuverlässig ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass ein Bremskörper mit einem sich bewegenden Körper in Kontakt ist, eine geschwindigkeitsabhängige Größe, welche von einer Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers abhängig ist, ermittelt wird, eine Tangentialkraft bestimmt wird, die an einer Kontaktfläche des Bremskörpers wirkt, an welcher der Bremskörper mit dem sich bewegenden Körper in Kontakt ist, und die Reibleistung anhand der geschwindigkeitsabhängigen Größe und der Tangentialkraft ermittelt wird.
Das Verfahren ermöglicht eine Ermittlung der Reibleistung auch bei Vorliegen eines mechanischen Fehlers der Bremsvorrichtung, wie zum Beispiel bei einer Verklemmung eines Bremszylinders. Ferner kann bei dem Verfahren darauf verzichtet werden, äußere Einflüsse, wie zum Beispiel eine Umgebungstemperatur, zu messen und bei der Ermittlung der Reibleistung zu berücksichtigen.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass eine Abschätzung eines Reibungskoeffizienten zwischen dem Bremskörper und dem sich bewegenden Körper nicht erforderlich ist. Dadurch kann eine höhere Genauigkeit bei der Ermittlung der Reibleistung erreicht werden als bei Verfahren, die eine solche Abschätzung erfordern. Dies wiederum ermöglicht, genauer abzuschätzen, ob durch einen Bremsvorgang ein Schaden an der Bremsvorrichtung und/oder an dem sich bewegenden Körper entstanden ist.
Unter der Reibleistung der Bremsvorrichtung kann die pro Zeiteinheit an der besagten Kontaktfläche durch Reibung dissipierte Energie verstanden werden.
Als Ermitteln oder Bestimmen einer Größe kann vorliegend ein Ermitteln eines Betrags dieser Größe, insbesondere ein Berechnen des Betrags der Größe, verstanden werden.
Bei dem sich bewegenden Körper handelt es sich zweckmäßigerweise um einen zu bremsenden Körper, welcher mithilfe der Bremsvorrichtung abgebremst wird. Der sich bewegende Körper kann sich translatorisch und/oder rotatorisch bewegen.
Vorteilhafterweise ist die geschwindigkeitsabhängige Größe einer Relativgeschwindigkeit des sich bewegenden Körpers bezüglich der Kontaktfläche des Bremskörpers eindeutig zuordenbar.
Weiter ist es zweckmäßig, wenn der Bremskörper eine Bremsfläche, insbesondere eine abgerundete Bremsfläche, zur Anpressung an eine Fläche, insbesondere eine abgerundete Fläche, des sich bewegenden Körpers aufweist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung führt der sich bewegende Körper eine Rotationsbewegung aus. Die geschwindigkeitsabhängige Größe kann insbesondere von einer Rotationsgeschwindigkeit des sich bewegenden Körpers abhängig sein. Zur Ermittlung der geschwindigkeitsabhängigen Größe kann beispielsweise ein Drehzahlsensor eingesetzt werden.
Der sich bewegende Körper kann zum Beispiel eine rotierende Welle sein. Alternativ kann der sich bewegende Körper beispielsweise ein von einer Linearführung geführter Schlitten sein.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der sich bewegende Körper ein Rad eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, ist. In letzterem Fall kann die geschwindigkeitsabhängige Größe von einer Umfangsgeschwindigkeit des Rads an dessen Lauffläche abhängig sein.
Beispielsweise kann die geschwindigkeitsabhängige Größe eine Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs sein. Die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht zweckmäßigerweise der Umfangsgeschwindigkeit des Rads an dessen Lauffläche. Die Umfangsgeschwindigkeit wiederum entspricht zweckmäßigerweise der Relativgeschwindigkeit des sich bewegenden Körpers bezüglich der Kontaktfläche des Bremskörpers.
Vorzugsweise wird zur Ermittlung der Reibleistung das Produkt aus der Tangentialkraft und der geschwindigkeitsabhängigen Größe berechnet. Insbesondere kann die Reibleistung das Produkt aus der Tangentialkraft und der geschwindigkeitsabhängigen Größe sein. Letzteres ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die geschwindigkeitsabhängige Größe die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung als Klotzbremsvorrichtung ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist der Bremskörper in diesem Fall ein Bremsklotz.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Bremsvorrichtung eine Bremsbetätigungseinheit aufweist. Zweckmäßigerweise wird der Bremskörper mittels der Bremsbetätigungseinheit gegen den sich bewegenden Körper gedrückt.
Die Bremsbetätigungseinheit kann beispielsweise einen Arbeitszylinder mit einem verschiebbaren Kolben, insbesondere einem hydraulisch und/oder pneumatisch verschiebbaren Kolben, umfassen. Vorteilhafterweise ist der Kolben dazu eingerichtet, den Bremskörper zu verschieben.
Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Tangentialkraft unter Verwendung einer Messvorrichtung ermittelt wird.
Vorzugsweise wird die Tangentialkraft anhand einer auf ein Bauteil der Bremsbetätigungseinheit wirkenden Kraft bestimmt. Zweckmäßigerweise wird die auf das Bauteil der Bremsbetätigungseinheit wirkende Kraft mithilfe der Messvorrichtung mittelbar oder unmittelbar ermittelt.
In bevorzugter Weise wird die Tangentialkraft anhand der mithilfe der Messvorrichtung ermittelten Kraft auf Basis von Kräfte- und/oder Drehmomentgleichgewichtsbedingungen berechnet.
Die Messvorrichtung kann beispielsweise ein Kraftsensor sein oder einen Kraftsensor umfassen. Weiterhin kann die Messvorrichtung ein Dehnungssensor, insbesondere ein Dehnungsmessstreifen, sein oder einen Dehnungssensor umfassen.
Des Weiteren kann die Bremsbetätigungseinheit eine Pendelstange umfassen. Vorzugsweise ist der Bremskörper an der Pendelstange befestigt. Außerdem ist es zweckmäßig, wenn die Bremsbetätigungseinheit eine Pendelstangenhalterung umfasst, an welcher die Pendelstange schwenkbar gelagert ist. Die Pendelstangenhalterung kann insbesondere als Kragarm ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Messvorrichtung an der Pendelstangenhalterung positioniert. Eine solche Positionierung der Messvorrichtung hat gegenüber einer Positionierung der Messvorrichtung im oder am Bremskörper den Vorteil, dass die Messvorrichtung unabhängig von einem Verschleißzustand des Bremskörpers verwendet werden kann. Dadurch ist es beispielsweise nicht erforderlich die Messvorrichtung gemeinsam mit dem Bremskörper auszutauschen. Hierdurch wiederum können Material- und Personalkosten gespart werden.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn mithilfe der Messvorrichtung eine auf die Pendelstangenhalterung wirkende Kraft ermittelt wird. Zweckmäßigerweise wird die auf die Pendelstangenhalterung wirkende Kraft von der Pendelstange auf die Pendelstangenhalterung ausgeübt.
Vorteilhafterweise wird die auf die Pendelstangenhalterung wirkende Kraft mithilfe der Messvorrichtung mittelbar oder unmittelbar ermittelt.
In einer vorteilhaften Erfindungsvariante wird mithilfe der Messvorrichtung eine Dehnung der Pendelstangenhalterung ermittelt. Die auf die Pendelstangenhalterung wirkende Kraft kann unter anderem in Abhängigkeit der ermittelten Dehnung der Pendelstangenhalterung bestimmt werden. Ferner kann die auf die Pendelstangenhalterung wirkende Kraft in Abhängigkeit weiterer Parameter der Pendelstangenhalterung, wie zum Beispiel eines Elastizitätsmoduls, eines Flächenträgheitsmoments, einer Dicke und/oder einer effektiven Hebelarmlänge der Pendelstangenhalterung, bestimmt werden. Mit anderen Worten, bei der Bestimmung der auf die Pendelstangenhalterung wirkenden Kraft kann die Dehnung der Pendelstangenhalterung, ihr Elastizitätsmodul, ein Flächenträgheitsmoment der Pendelstangenhalterung, ihre Dicke und/oder ihre effektiven Hebelarmlänge berücksichtigt werden.
Das zuvor erwähnte Flächenträgheitsmoment ist zweckmäßigerweise ein axiales Flächenträgheitsmoment der Pendelstangenhalterung, welches sich auf eine Querschnittsfläche der Pendelstangenhalterung senkrecht zu deren Längsrichtung bezieht.
Unter der effektiven Hebelarmlänge der Pendelstangenhalterung kann vorliegend ein Abstand von der Messvorrichtung, insbesondere von deren Mittelpunkt, zu derjenigen Stelle der Pendelstangenhalterung verstanden werden, an welcher die Pendelstange gelagert ist.
Vorzugsweise wird die auf die Pendelstangenhalterung wirkende Kraft auf Basis der sogenannten Balkentheorie, auch Theorie der Balkenbiegung genannt, ermittelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt die auf die Pendelstangenhalterung wirkende Kraft, die mittels der Messvorrichtung ermittelt wird, zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Pendelstangenhalterung.
Vorliegend kann der Ausdruck „zumindest im Wesentlichen senkrecht“ dahingehend verstanden werden, dass zwei Elemente, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind, in einem Winkel zwischen 80° und 100°, vorzugsweise zwischen 85° und 95°, zueinander ausgerichtet sind.
Grundsätzlich kann die auf die Pendelstangenhalterung wirkende Kraft alternativ in einem flacheren Winkel, beispielweise in einem Winkel von 45°, auf die Pendelstangenhalterung wirken.
Die Messvorrichtung kann beispielweise an demjenigen Ende der Pendelstangenhalterung positioniert sein, an welchem die Pendelstange gelagert ist. Alternativ kann die Messvorrichtung zum Beispiel an demjenigen Ende der Pendelstangenhalterung positioniert sein, an dem die Pendelstangenhalterung abgestützt ist.
Die Tangentialkraft kann von einem Winkel zwischen der Pendelstange und der Pendelstangenhalterung abhängig sein. Vorteilhafterweise wird die Tangentialkraft in Abhängigkeit dieses Winkels ermittelt.
Besagter Winkel zwischen der Pendelstange und der Pendelstangenhalterung ist zweckmäßigerweise derjenige Winkel, den die Pendelstange bezüglich der Pendelstangenhalterung einnimmt, wenn der Bremskörper und der sich bewegende Körper miteinander in Kontakt sind.
Der Winkel zwischen der Pendelstange und der Pendelstangenhalterung kann beispielsweise mithilfe einer weiteren Messvorrichtung ermittelt werden. Die weitere Messvorrichtung kann zum Beispiel ein Abstandssensor sein oder einen Abstandssensor umfassen. Insbesondere kann die weitere Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, einen Abstand zwischen einem definierten Punkt der Pendelstange und einem definierten Punkt der Pendelstangenhalterung zu ermitteln, zum Beispiel anhand einer Laufzeitmessung.
Eine Ermittlung des Winkels kann auch auf eine andere Weise erfolgen. Der Winkel kann zum Beispiel einmalig bei Vorliegen eines Kontakts zwischen dem Bremskörper und dem sich bewegenden Körper ausgemessen werden. Wenn man davon ausgeht, dass sich der Winkel nur wenig mit Verschleiß des Bremskörpers ändert, kann der einmalig gemessene Wert des Winkels für spätere Ermittlungen der Reibleistung verwendet werden.
Eine besonders hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Reibleistung kann erreicht werden, wenn die Pendelstange senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Pendelstangenhalterung orientiert ist. In solch einem Fall wirkt die Gesamtkraft, die von der Pendelstange auf die Pendelstangenhalterung ausgeübt wird, vorteilhafterweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht auf die Pendelstangenhalterung. Hierbei wird die Pendelstangenhalterung zweckmäßigerweise stärker auf Biegung beansprucht als im Falle eines geringeren Winkels zwischen der Pendelstange und der Pendelstangenhalterung (bei gleichem Betrag der Gesamtkraft). Außerdem weist der Winkel zwischen der Pendelstange und der Pendelstangenhalterung im Falle einer solchen senkrechten oder im Wesentlichen senkrechten Orientierung der Pendelstange bezüglich der Pendelstangenhalterung eine besonders geringere Abhängigkeit vom Verschleißzustand des Bremskörpers auf.
Ferner betrifft die Erfindung ein Bremssystem. Das erfindungsgemäße Bremssystem umfasst eine Bremsvorrichtung mit einem Bremskörper sowie ein Messsystem. Der Bremskörper ist dazu eingerichtet, mit einem sich bewegenden Körper in Kontakt gebracht zu werden. Zudem ist das Messsystem dazu eingerichtet, eine von einer Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers abhängige Größe zu ermitteln, im Falle eines bestehenden Kontakts zwischen dem Bremskörper und dem sich bewegenden Körper eine Tangentialkraft zu bestimmen, die an einer Kontaktfläche des Bremskörpers wirkt, an welcher der Bremskörper mit dem sich bewegenden Körper in Kontakt ist, und eine Reibleistung der Bremsvorrichtung anhand der geschwindigkeitsabhängigen Größe und der Tangentialkraft zu ermitteln.
In bevorzugter Weise ist das Bremssystem zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere zur Ausführung einer der oben beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, eingerichtet. Das Bremssystem kann unter anderem in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Schienenfahrzeug, eingesetzt werden.
Bei der Bremsvorrichtung des Bremssystems kann es sich insbesondere um die zuvor im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnte Bremsvorrichtung handeln.
Zweckmäßigerweise ist das Messsystem mit einer Messvorrichtung, insbesondere der zuvor erwähnten Messvorrichtung, zur Ermittlung der Tangentialkraft ausgestattet. Weiter ist es zweckmäßig, wenn das Messsystem mit einer zusätzlichen Messvorrichtung zur Ermittlung der geschwindigkeitsabhängigen Größe ausgestattet ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Bremssystem eine Auswerteeinheit zur Berechnung der Reibleistung aufweist.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen abhängigen Ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Bremssystem kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale auch als auch Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit zu sehen und umgekehrt.
Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils in 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.
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 der Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs;
2 eine schematische Darstellung eines Bremssystems des Schienenfahrzeugs aus 1 sowie ein Rad des Schienenfahrzeugs;
3 einen Bremskörper, eine Pendelstange und eine Pendelstangenhalterung des Bremssystems aus 2 sowie auf diese Elementen wirkende Kräfte; und
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Bremssystems sowie ein Rad.
1 zeigt ein Schienenfahrzeug 2 in einer schematischen Darstellung.
Das Schienenfahrzeug 2 umfasst mehrere Räder 4 sowie mehrere Bremssysteme 6 (vgl. zum Beispiel 2), wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel für jedes der Räder 4 ein eigenes Bremssystem 6 vorgesehen ist.
Ferner ist das Schienenfahrzeug 2 mit einer Auswerteinheit 8 ausgestattet. Die Auswerteinheit 8 ist mit den Bremssystemen 6 kommunikativ verbunden. Zudem ist die Auswerteinheit 8 dazu eingerichtet, von den Bremssystemen 6 bereitgestellte Daten auszuwerten.
Darüber hinaus weist das Schienenfahrzeug 2 einen Geschwindigkeitssensor 10 auf, welcher kommunikativ mit der Auswerteeinheit 8 verbunden ist. Der Geschwindigkeitssensor 10 misst eine Fahrtgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 2 und übermittelt die gemessene Fahrtgeschwindigkeit an die Auswerteeinheit 8.
2 zeigt exemplarisch eines der Bremssysteme 6 des Schienenfahrzeugs 2 in einer schematischen Darstellung. Außerdem ist ein Rad 4 des Schienenfahrzeugs 2 dargestellt.
Das Bremssystem 6 umfasst eine Bremsvorrichtung 12, welche als Klotzbremsvorrichtung ausgebildet ist und einen Bremskörper 14 aufweist, der als Bremsklotz ausgebildet ist.
Ferner umfasst die Bremsvorrichtung 12 eine Bremsbetätigungseinheit 16. Die Bremsbetätigungseinheit 16 wiederum umfasst einen Arbeitszylinder 18 mit einem Kolben 20. Der Kolben 20 ist mit dem Bremskörper 14 verbunden und dazu eingerichtet, den Bremskörper 14 zu verschieben und insbesondere den Bremskörper 14 gegen das Rad 4 zu drücken.
Zudem weist die Bremsvorrichtung 12 eine Pendelstange 22 und eine Pendelstangenhalterung 24 auf. Die Pendelstange 22 ist einen Ends mit dem Bremskörper 14 verbunden. Anderen Ends ist die Pendelstange 22 schwenkbar an der Pendelstangenhalterung 24 gelagert. Des Weiteren ist die Pendelstangenhalterung 24 als Kragarm ausgebildet. Das heißt, die Pendelstangenhalterung 24 ist nur einseitig abgestützt.
Ferner umfasst das Bremssystem 6 ein Messsystem 26 mit einer ersten Messvorrichtung 28 sowie einer zweiten Messvorrichtung 30. Weiterhin sind die zuvor erwähnte Auswerteinheit 8 und der zuvor erwähnte Geschwindigkeitssensor 10 gemeinsame Elemente des besagten Messsystems 26 sowie der Messsysteme der übrigen Bremssysteme des Schienenfahrzeugs 2.
Die erste Messvorrichtung 28 ist als Dehnungsmessstreifen 32 ausgebildet. Außerdem ist die erste Messvorrichtung 28 an der Unterseite der Pendelstangenhalterung 24 befestigt und an demjenigen Ende der Pendelstangenhalterung 24 platziert, an dem die Pendelstangenhalterung 24 abgestützt ist. Grundsätzlich könnte die erste Messvorrichtung 28 alternativ an der Oberseite der Pendelstangenhalterung 24 befestigt sein.
Die zweite Messvorrichtung 30 umfasst einen Sender 34, der an der Pendelstange 22 befestigt ist und Funksignale aussendet, sowie einen Empfänger 36, der an der Pendelstangenhalterung 24 befestigt ist, die vom Sender 34 ausgesendeten Funksignale empfängt und deren Laufzeit (vom Sender 34 zum Empfänger 36) ermittelt.
Vom Empfänger 36 wird die jeweilige Laufzeit an die Auswerteeinheit 8 übermittelt. Die Auswerteeinheit 8 ermittelt anhand der Laufzeit und der bekannten Entfernungen des Senders 34 und des Empfängers 36 zur Schwenkachse der Pendelstange 22 den Winkel α, in welchem die Pendelstange 22 und die Pendelstangenhalterung 24 zueinander ausgerichtet sind.
Bei einem Bremsvorgang drückt der Kolben 20 den Bremskörper 14 gegen das Rad 4, genauer gesagt gegen dessen Lauffläche 38, um das Rad 4 abzubremsen.
An einer Kontaktfläche 40 des Bremskörpers 14, an welcher der Bremskörper 14 mit der Lauffläche 38 des Rads 4 in Kontakt ist, wirkt eine Tangentialkraft R, durch welche das Rad 4 abgebremst wird (vgl. 3).
Wie zuvor erwähnt, wird mithilfe des Geschwindigkeitssensors 10 die Fahrtgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 2 ermittelt, welche einer Rotationsgeschwindigkeit des Rads 4, genauer gesagt dessen Umfangsgeschwindigkeit an seiner Laufläche 38, entspricht. Die Fahrtgeschwindigkeit entspricht somit einer Relativgeschwindigkeit der Laufläche 38 bezüglich der Kontaktfläche 40.
Beim Bremsvorgang wirkt eine Kraft A_x auf die Pendelstangenhalterung 24 (vgl. 3), welche senkrecht zu einer Längsrichtung 42 der Pendelstangenhalterung 24 orientiert ist und die Pendelstangenhalterung 24 auf Biegung beansprucht.
Die erste Messvorrichtung 28 misst die Dehnung der Pendelstangenhalterung 24, welche durch die auf die Pendelstangenhalterung 24 wirkende Kraft A_x verursacht wird, und übermittelt die gemessene Dehnung an die Auswerteinheit 8.
Die Auswerteinheit 8 berechnet anhand der aus Theorie der Balkenbiegung bekannten Formel A_x = 2·I·E·ε/(d·L) besagte Kraft A_x. Hierbei steht das Symbol E für den Elastizitätsmodul der Pendelstangenhalterung 24, das Symbol d für deren Dicke und das Symbol L für deren effektive Hebelarmlänge. Weiterhin steht das Symbol I für ein Flächenträgheitsträgheitsmoment der Pendelstangenhalterung 24 bezogen auf deren Querschnittsfläche, während das Symbol ε für die gemessene Dehnung steht.
Anhand der berechneten Kraft A_x, die auf die Pendelstangenhalterung 24 wirkt, und dem ermittelten Winkel α zwischen der Pendelstange 22 und der Pendelstangenhalterung 24 berechnet die Auswerteinheit 8 auf Basis von Kräfte- bzw. Drehmomentgleichgewichtsbedingungen die zuvor erwähnte Tangentialkraft R, die an der Kontaktfläche 42 wirkt.
Die übrigen Bremssysteme des Schienenfahrzeugs 2 können so wie das im Zusammenhang mit 2 beschriebene Bremssystem 6 ausgebildet sein. Alternativ können sich einzelne oder alle Bremssysteme des Schienenfahrzeugs 2 von dem Bremssystem 6 aus 2 unterscheiden.
3 zeigt den Bremskörper 14, die Pendelstange 22 und die Pendelstangenhalterung 24 aus 2 räumlich voneinander getrennt.
Ferner sind in 3 mehrere Kraftvektoren abgebildet, welche Kräfte repräsentieren, die auf die dargestellten Elementen wirken.
Beim Bremsvorgang übt der Kolben 20 eine Kraft F_K auf den Bremskörper 14 aus. Diese Kraft F_K wirkt parallel zur Längsrichtung 42 der Pendelstangenhalterung 24. Außerdem übt das Rad 4 eine Normalkraft N auf den Bremskörper 14 aus, welche senkrecht zur zuvor erwähnten Kontaktfläche 40 wirkt.
Ferner übt beim Bremsvorgang die Pendelstange 22 eine Kraft A_y parallel zur Längsrichtung 42 der Pendelstangenhalterung 24 sowie die zuvor erwähnte Kraft A_x senkrecht zu besagter Längsrichtung 42 auf die Pendelstangenhalterung 24 aus. Die Kraft A_x ist somit eine Kraftkomponente einer Gesamtkraft, die von der Pendelstange 22 auf die Pendelstangenhalterung 24 ausgeübt wird. Nach dem Prinzip von Actio und Reactio übt die Pendelstangenhalterung 24 jeweils in Gegenrichtung dieselben Kräfte A_x und A_y auf die Pendelstange 22 aus.
Des Weiteren übt der Bremskörper 14 beim Bremsvorgang eine Kraft B_y parallel zur Längsrichtung 42 der Pendelstangenhalterung 24 sowie eine Kraft B_x senkrecht zu besagter Längsrichtung 42 auf die Pendelstangenhalterung 24 aus. Nach dem Prinzip von Actio und Reactio übt die Pendelstangenhalterung 24 jeweils in Gegenrichtung dieselben Kräfte B_x und B_y auf den Bremskörper 14 aus.
Die Tangentialkraft R, die tangential an der Kontaktfläche 40 wirkt, an welcher der Bremskörper 14 mit dem Rad 4 in Kontakt ist (vgl. 2), wird von der Auswerteeinheit 8 anhand der ermittelten Kraft A_x auf Basis von Kräfte- bzw. Drehmomentgleichgewichtsbedingungen berechnet, in welche die zuvor erwähnten Kräfte eingehen.
Die Beschreibung des nachfolgenden Ausführungsbeispiels beschränkt sich primär auf die Unterschiede zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel, auf das bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleiche bzw. einander entsprechende Elemente sind, soweit zweckdienlich, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht erwähnte Merkmale sind im nachfolgenden Ausführungsbeispiel übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben werden.
4 zeigt ein weiteres Bremssystem 44 sowie ein abzubremsendes Rad 4 in einer schematischen Darstellung.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Messvorrichtung 28 des Messsystems 26 an demjenigen Ende der Pendelstangenhalterung 24 angeordnet, an dem die Pendelstange 22 gelagert ist, wobei die erste Messvorrichtung 28 innerhalb einer Lageröffnung 46 der Pendelstangenhalterung 24 platziert ist.
Ferner ist die erste Messvorrichtung 28 nicht als Dehnungsmessstreifen ausgebildet, sondern als Kraftsensor 48 auf Basis eines Piezo-Elements (Piezo-Kraftaufnehmer). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird mittels der ersten Messvorrichtung 28 die auf die Pendelstangenhalterung 24 wirkende Kraft A_x gemessen.
Anhand der gemessenen Kraft A_x, die auf die Pendelstangenhalterung 24 wirkt, und dem mithilfe der zweiten Messvorrichtung 30 ermittelten Winkel α zwischen der Pendelstange 22 und der Pendelstangenhalterung 24 kann eine Auswerteinheit, beispielsweise die Auswerteeinheit 8 aus 1, auf Basis von Kräfte- und Drehmomentgleichgewichtsbedingungen die Tangentialkraft R, die an der Kontaktfläche 42 wirkt, berechnen.
Das Bremssystem aus 4 kann anstelle des Bremssystems 6 aus 2 oder zusätzlich zu dem Bremssystem 6 aus 2 im Schienenfahrzeug 2 aus 1 eingesetzt werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Reibleistung einer Bremsvorrichtung (12), bei dem – ein Bremskörper (14) der Bremsvorrichtung (12) mit einem sich bewegenden Körper (4) in Kontakt ist, – eine geschwindigkeitsabhängige Größe, welche von einer Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers (4) abhängig ist, ermittelt wird, – eine Tangentialkraft (R) bestimmt wird, die an einer Kontaktfläche (40) des Bremskörpers (14) wirkt, an welcher der Bremskörper (14) mit dem sich bewegenden Körper (4) in Kontakt ist, und – die Reibleistung anhand der geschwindigkeitsabhängigen Größe und der Tangentialkraft (R) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sich bewegende Körper (4) eine Rotationsbewegung ausführt und die geschwindigkeitsabhängige Größe von einer Rotationsgeschwindigkeit des sich bewegenden Körpers (4) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sich bewegende Körper (4) ein Rad eines Fahrzeugs (2), insbesondere eines Schienenfahrzeugs, ist und die geschwindigkeitsabhängige Größe eine Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs (2) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Reibleistung das Produkt aus der Tangentialkraft (R) und der geschwindigkeitsabhängigen Größe berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (12) als Klotzbremsvorrichtung ausgebildet ist, wobei der Bremskörper (14) ein Bremsklotz ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (12) eine Bremsbetätigungseinheit (16) aufweist, mittels welcher der Bremskörper (14) gegen den sich bewegenden Körper (4) gedrückt wird und die Tangentialkraft (R) unter Verwendung einer Messvorrichtung (28) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangentialkraft (R) anhand einer auf ein Bauteil der Bremsbetätigungseinheit (16) wirkenden Kraft (A_x) bestimmt wird, die mithilfe der Messvorrichtung (28) ermittelt wird.
Verfahren nach Ansprung 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (28) ein Kraftsensor (48) ist oder einen Kraftsensor (48) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (28) ein Dehnungssensor (32), insbesondere ein Dehnungsmessstreifen, ist oder einen Dehnungssensor (32) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbetätigungseinheit (16) eine Pendelstange (22) umfasst, an welcher der Bremskörper (14) befestigt ist, und die Bremsbetätigungseinheit (16) eine Pendelstangenhalterung (24) umfasst, an welcher die Pendelstange (22) schwenkbar gelagert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (28) an der Pendelstangenhalterung (24) positioniert ist und mithilfe der Messvorrichtung (28) eine auf die Pendelstangenhalterung (24) wirkende Kraft (A_x) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe der Messvorrichtung (28) eine Dehnung der Pendelstangenhalterung (24) ermittelt wird und die auf die Pendelstangenhalterung (24) wirkende Kraft in Abhängigkeit der ermittelten Dehnung der Pendelstangenhalterung (24) sowie in Abhängigkeit eines Elastizitätsmoduls, eines Flächenträgheitsmoments, einer Dicke (d) und einer effektiven Hebelarmlänge (L) der Pendelstangenhalterung (24) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Pendelstangenhalterung (24) wirkende Kraft (A_x), die mithilfe der Messvorrichtung (28) ermittelt wird, zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung (42) der Pendelstangenhalterung (24) wirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangentialkraft (R) in Abhängigkeit eines Winkels (α) zwischen der Pendelstange (22) und der Pendelstangenhalterung (24) ermittelt wird.
Bremssystem (6, 44), welches eine Bremsvorrichtung (12) mit einem Bremskörper (14) sowie ein Messsystem (26) umfasst, wobei der Bremskörper (14) dazu eingerichtet ist, – mit einem sich bewegenden Körper (4) in Kontakt gebracht zu werden, und das Messsystem (26) dazu eingerichtet ist, – eine von einer Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers (4) abhängige Größe zu ermitteln, – im Falle eines bestehenden Kontakts zwischen dem Bremskörper (14) und dem sich bewegenden Körper (4) eine Tangentialkraft (R) zu bestimmen, die an einer Kontaktfläche (40) des Bremskörpers (14) wirkt, an welcher der Bremskörper (14) mit dem sich bewegenden Körper (4) in Kontakt ist, und – eine Reibleistung der Bremsvorrichtung (12) anhand der geschwindigkeitsabhängigen Größe und der Tangentialkraft (R) zu ermitteln.