DE102017106552A1

DE102017106552A1 - Scheibenbremsvorrichtung eines Fahrzeugs mit Temperaturerfassung der Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102017106552A1
Application number: DE102017106552.0A
Authority: DE
Inventors: Marc-Gregory Elstorpff
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-09-27
Also published as: CN110462249B; CN110462249A; WO2018177834A1; WO2018177834A9; EP3601835A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremsvorrichtung (100) eines Fahrzeugs mit einer Bremsscheibe (1) und wenigstens einem mit der Bremsscheibe (1) in einer Bremszuspannstellung in Reibkontakt stehenden Bremsbelag (15), und mit einer Temperaturmesseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur der Bremsscheibe (1), welche wenigstens ein Thermoelement (26) und eine Messelektronik (24) beinhaltet, wobei das wenigstens eine Thermoelement (26) in oder an der Bremsscheibe (1) angeordnet ist und von dem wenigstens einen Thermoelement (26) erzeugte Thermoelementsignale in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe (1) stehen, und wobei die Messelektronik (24) mit der Bremsscheibe (1) mitdrehend angeordnet ist und auf der Basis der Thermoelementsignale in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe (1) stehende, durch eine Datenverarbeitungseinrichtung (64) weiterverarbeitbare Ausgangssignale erzeugt, und wobei die Temperaturmesseinrichtung eine Energieversorgungseinrichtung (40) beinhaltet, welche wenigstens das wenigstens eine Thermoelement (26) und/oder die Messelektronik (24) mit elektrischer Energie versorgt.
Die Erfindung sieht vor, dass die Energieversorgungseinrichtung (40) wenigstens ein in Bezug zu dem wenigstens einen Thermoelement (26) separates thermoelektrisches Element (42) aufweist, welches in oder an der Bremsscheibe (1) oder an einem mit der Bremsscheibe (1) mitdrehenden Bauteil angeordnet ist und welches wenigstens in der Bremszuspannstellung mit der durch den Reibkontakt zwischen den Bremsbelägen (15) und der Bremsscheibe (1) entstehenden thermischen Energie beaufschlagt ist, wobei das wenigstens eine thermoelektrische Element (42) auf der Basis der thermischen Energie eine elektrische Spannung der Energieversorgungseinrichtung (40) erzeugt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Scheibenbremsvorrichtung eines Fahrzeugs mit einer Bremsscheibe und wenigstens einem mit der Bremsscheibe in einer Bremszuspannstellung in Reibkontakt stehenden Bremsbelag, und mit einer Temperaturmesseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur der Bremsscheibe, welche wenigstens ein Thermoelement und eine Messelektronik beinhaltet, wobei das wenigstens eine Thermoelement in oder an der Bremsscheibe angeordnet ist und von dem wenigstens einen Thermoelement erzeugte Thermoelementsignale in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe stehen, und wobei die Messelektronik mit der Bremsscheibe mitdrehend angeordnet ist und auf der Basis der Thermoelementsignale in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe stehende, durch eine Datenverarbeitungseinrichtung weiterverarbeitbare Ausgangssignale erzeugt, und wobei die Temperaturmesseinrichtung eine Energieversorgungseinrichtung beinhaltet, welche wenigstens das wenigstens eine Thermoelement und/oder die Messelektronik mit elektrischer Energie versorgt, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Außerdem betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug mit mehreren solcher Scheibenbremsvorrichtungen gemäß Anspruch 10.
Die Bremsleistung einer Scheibenbremse hängt stark von der Temperatur der Bremsscheibe ab, welche im Bremsbetrieb rotiert. Daher ist es wichtig, an einer rotierenden Bremsscheibe verlässliche Temperaturen zu messen. Eine Überwachung der Bremsscheibentemperatur eignet sich insbesondere für Fahrzeuge wie Schienenfahrzeuge, welche eine Vielzahl von Scheibenbremsvorrichtungen aufweisen.
Eine gattungsgemäße Scheibenbremsvorrichtung ist beispielsweise aus EP 1148266 B1 bekannt, wobei in dieser Druckschrift die Möglichkeit einer passiven Energieversorgung eines Senders erwähnt wird, welcher das Ausgangssignal eines Temperatursensors an einen Empfänger sendet. Diese passive Energieversorgung sieht vor, dass der Temperatursensor selbst als Energiequelle dient, beispielsweise durch Ausnutzen der von einem Thermoelement als Temperatursensor kommenden Spannung, die über dem Thermoelement bei Raumtemperatur abfällt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scheibenbremsvorrichtung eines Fahrzeugs mit einer Temperaturmesseinrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, dass sie eine verbesserte Temperaturmessung und Energieversorgung der Temperaturmesseinrichtung zur Verfügung stellt. Ebenso soll ein Fahrzeug mit mehreren solchen Scheibenbremsvorrichtungen zur Verfügung gestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 und von Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Scheibenbremsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs mit einer Bremsscheibe und wenigstens einem mit der Bremsscheibe in einer Bremszuspannstellung in Reibkontakt stehenden Bremsbelag, und mit einer Temperaturmesseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur der Bremsscheibe, welche wenigstens ein Thermoelement und eine Messelektronik beinhaltet, wobei das wenigstens eine Thermoelement in oder an der Bremsscheibe angeordnet ist und von dem wenigstens einen Thermoelement erzeugte Thermoelementsignale in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe stehen, und wobei die Messelektronik mit der Bremsscheibe mitdrehend angeordnet ist und auf der Basis der Thermoelementsignale in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe stehende, durch eine Datenverarbeitungseinrichtung weiterverarbeitbare Ausgangssignale erzeugt, und wobei die Temperaturmesseinrichtung einer Energieversorgungseinrichtung beinhaltet, welche wenigstens das wenigstens eine Thermoelement und/oder die Messelektronik mit elektrischer Energie versorgt.
Erfindungsgemäß weist die Energieversorgungseinrichtung wenigstens ein in Bezug zu dem wenigstens einen Thermoelement separates und getrenntes thermoelektrisches Element auf, welches in oder an der Bremsscheibe oder an oder in einem mit der Bremsscheibe mitdrehenden Bauteil angeordnet ist und welches wenigstens in der Bremszuspannstellung mit der durch den Reibkontakt zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe entstehenden thermischen Energie beaufschlagt ist, wobei das wenigstens eine thermoelektrische Element auf der Basis der thermischen Energie eine elektrische Spannung der Energieversorgungseinrichtung erzeugt.
In Bezug zu dem wenigstens einen Thermoelement separates und getrenntes thermoelektrisches Element bedeutet, dass das wenigstens eine Thermoelement und das das wenigstens eine thermoelektrische Element räumlich getrennt voneinander angeordnet sind.
Mit der Bremsscheibe mitdrehend angeordnet bedeutet, dass das Bauteil oder die Messelektronik an oder in der Bremsscheibe oder vorzugsweise an oder in einem Bauteil angeordnet ist, welches mit der Bremsscheibe mitdreht wie beispielsweise ein Bauteil einer Halteeinrichtung, durch welche die Bremsscheibe mit einer Nabe verbunden ist, oder auch an der Nabe selbst.
Durch das wenigstens eine thermoelektrische Element, das an einer mit bei dem Bremsvorgang entstehender Wärme beaufschlagten Fläche oder Bauteil der Scheibenbremsvorrichtung angeordnet ist, kann die auf das wenigstens eine thermoelektrische Element wirkende thermische Energie beispielsweise unter Nutzung des bekannten Seebeck-Effekts eine Spannung erzeugen, die in elektrische Energie umgewandelt wird. Die zur Erzeugung dieser elektrischen Spannung durch das thermoelektrische Element erforderliche Temperaturdifferenz ist im Bereich der Bremsbeläge und der Bremsscheibe in der Bremszuspannstellung in der Regel vorhanden, weil dort die Temperatur beim Bremsen steigt.
Daher wird wenigstens ein thermoelektrisches Element, welches auch als Thermogenerator bezeichnet werden kann, an einer Position an oder in der Bremsscheibe angebracht. Das thermoelektrische Element weist beispielsweise einen mit der Bremsscheibe in Kontakt stehenden ersten Halbleiterabschnitt und einen von der Bremsscheibe beabstandeten zweiten Halbleiterabschnitt auf. Zwischen dem ersten Halbleiterabschnitt und dem zweiten Halbleiterabschnitt befindet sich eine bei thermoelektrischen Elementen übliche Sperr- bzw. Trennschicht, welche die beiden Halbleiterabschnitte und voneinander trennt. Der erste Halbleiterabschnitt befindet sich bevorzugt an einer von dem bei einem Bremsvorgang mittels der Scheibenbremsvorrichtung mit thermischer Energie bzw. Wärme beaufschlagten Position der Bremsscheibe, wohingegen der zweite Halbleiterabschnitt an einer Position der Bremsscheibe angeordnet ist, an welcher eine niedrigere Temperatur herrscht. Zwischen den beiden Halbleiterabschnitten liegt demnach beim Bremsen bzw. in der Bremszuspannstellung eine Temperaturdifferenz vor. Dadurch entsteht zwischen den beiden Halbleiterabschnitten gemäß dem allgemein bekannten und hier daher nicht näher erläuterten Seebeck-Effekt eine elektrische Spannung, welche zur elektrischen Energieversorgung des wenigstens einen Thermoelements und/oder der Messelektronik genutzt werden kann.
Der Vorteil dieser Maßnahmen liegt darin, dass das wenigstens eine Thermoelement und das hiervon separate thermoelektrische Element der Energieversorgungseinrichtung an oder in unterschiedlichen Position oder Zonen in oder an der Bremsscheibe bzw. in oder an dem mit der Bremsscheibe mitdrehenden Bauteil angeordnet werden können, welche für die Funktion des jeweiligen Sensors eine geeignete Position darstellt.
Das wenigstens eine Thermoelement betreffend sind beispielsweise Zonen oder Positionen an oder in der Bremsscheibe besonders geeignet, welche bei einem Bremsvorgang mit besonders hohen Temperaturen belastet sind und deshalb repräsentativ für die Temperaturbelastung der Bremsscheibe sind.
Da thermoelektrische Elemente für die elektrische Energieversorgung in der Regel auf der Basis einer Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der beim Bremsen demgegenüber höheren Bremsscheibentemperatur elektrische Spannungen erzeugen, ist für das wenigstens eine thermoelektrische Elemente eine Position an oder in der Bremsscheibe bzw. an oder in einem mit der Bremsscheibe mitdrehenden Bauteil geeignet, an welcher diese Temperaturdifferenz möglichst groß ist.
Insgesamt führt daher die Erfindung zu einer verbesserten Messung und Energieversorgung der Temperaturmesseinrichtung.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
Besonders bevorzugt kann das wenigstens eine thermoelektrische Element an einer radial inneren Umfangsfläche der Bremsscheibe in einem Bereich angeordnet sein, welcher direkt oder ungehindert mit der Umgebungsluft in Verbindung steht. Da, wie oben erläutert, das wenigstens eine thermoelektrische Element für die elektrische Energieversorgung bevorzugt auf der Basis einer Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der beim Bremsen demgegenüber höheren Bremsscheibentemperatur eine elektrische Spannung erzeugt, ist für das wenigstens eine thermoelektrische Elemente eine solche Position an der einer radial inneren Umfangsfläche der Bremsscheibe oder in der Bremsscheibe besonders geeignet, weil dort diese Temperaturdifferenz möglichst groß ist. Denn der Bereich der radial inneren Umfangsfläche der Bremsscheibe, an welchem das wenigstens eine thermoelektrische Element angeordnet ist, steht dann einerseits ungehindert mit der Umgebungsluft einer eher niedrigen Temperatur und andererseits mit der Bremsscheibe selbst in Verbindung, in welcher eine demgegenüber höhere Temperatur beim Bremsvorgang bzw. in der Bremszuspannstellung vorliegt.
Demgegenüber ist das wenigstens eine Thermoelement in einem Bereich an oder in der Bremsscheibe angeordnet, welcher in der Bremszuspannstellung von den Bremsbelägen kontaktiert wird, also in radialer Richtung gesehen eher in einem mittleren Durchmesser der Bremsscheibe, in welchem die Bremsscheibentemperatur beim Bremsvorgang bzw. in der Bremszuspannstellung am höchsten ist.
Weiterhin bevorzugt kann die Messelektronik an einer Halteeinrichtung der Bremsscheibe angeordnet sein, welche die Bremsscheibe an eine Nabe ankoppelt. Eine solche Halteeinrichtung ist in der Regel radial innen in Bezug auf die radial innere Umfangsfläche der Bremsscheibe angeordnet und daher eher außerhalb des Bereichs, in welchen die höchsten Temperaturen der Bremsscheibe beim Bremsen vorliegen. Diese Anordnung der Messelektronik führt in vorteilhafter Weise zu einer geringeren Wärmebelastung der Messelektronik, wodurch deren Funktionssicherheit erhöht wird.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Messelektronik mit dem wenigstens einen Thermoelement über wenigstens ein Kabel und/oder die Messelektronik mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Element über wenigstens ein Kabel verbunden ist.
Gemäß einer weiterbildenden Maßnahme umfasst die Messelektronik ein Funkmodul zur drahtlosen Übertragung der Ausgangssignale der Messelektronik an die Datenverarbeitungseinrichtung.
Das Funkmodul kann einen aktiven Transponder oder einen passiven Transponder umfassen. Unter einem Transponder wird ein Empfangs-Sendegerät verstanden, das nach dem Abfrage-Antwort-System arbeitet. Ein vom Transponder erhaltenes Signal wird geeignet kodiert und wird dann kodiert und selektiv mit möglicherweise gewünschten weiteren Informationen abgesendet, wobei das Signal von einem weiteren Transponder oder einer diesem nachgeschalteten Vorrichtung oder einem Empfänger insbesondere automatisch entschlüsselt und ausgewertet wird.
Bei passiven Transpondern stammt die zur Kommunikation und zur Abarbeitung interner Prozesse benötigte Energie ausschließlich aus dem Feld einer Sende-/Empfangseinheit. Passive Transponder wie Radio Frequency Identification Transponder (RFID) benötigen daher keine eigene Stromversorgung. In einem solchen Fall versorgt das wenigstens eine thermoelektrische Element daher lediglich die Messelektronik und das wenigstens eine Thermoelement mit elektrischer Energie, nicht jedoch den passiven Transponder. Aktive Transponder verfügen hingegen über eine eigene Energieversorgung, wie sie hier durch das wenigstens eine thermoelektrische Element zur Verfügung gestellt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann das Funkmodul zum drahtlosen Senden des Ausgangssignals der Messelektronik auch einen Bluetooth-Low-Energie-Sender aufweisen.
Bevorzugt beinhaltet das wenigstens eine Thermoelement ein Paar metallischer Leiter von unterschiedlichem Material, die an einem Ende verbunden sind und aufgrund des thermoelektrischen Effekts die Temperatur der Bremsscheibe messen.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit wenigstens einer oben beschriebenen Scheibenbremsvorrichtung. Dabei werden unter Fahrzeugen spurgebundene Schienenfahrzeuge und nicht spurgebundene Straßenfahrzeuge verstanden. Die Erfindung ist aber besonders für spurgebundene Schienenfahrzeug geeignet, weil diese in der Regel eine Vielzahl von Scheibenbremsvorrichtungen aufweisen.
Insbesondere kann die Datenverarbeitungseinrichtung an Bord des Fahrzeugs angeordnet und ausgebildet sein, dass sie auf der Basis der Ausgangssignale der Temperaturmesseinrichtungen von mehreren Scheibenbremsvorrichtungen das Bremsverhalten und/oder das Fahrverhalten des Fahrzeugs steuert oder regelt. Da die Bremsscheibentemperatur wie eingangs beschrieben, die Bremsleistung von Scheibenbremsen stark beeinflusst, kann innerhalb der Datenverabeitungseinrichtung ein Gesamt-Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs aus den Ausgangssignalen der Messelektroniken durch Addition der Einzel-Bremsvermögen der einzelnen Scheibenbremsvorrichtungen ermittelt werden. Abhängig von dem Gesamt-Bremsvermögen kann dann beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst oder beeinflusst werden.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine Draufsicht auf eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs mit einer Bremszange gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht der Bremszange von 1;
3 ein nicht maßstäblicher Ausschnitt der Bremszange von 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 und 2 zeigen eine Scheibenbremsvorrichtung 100 eines Radsatzes eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs, mit einer exzentrisch angetriebenen Bremszange 7, deren beide Zangenhebel 6, 8 an ihren einen Enden mit Bremsbelagträgern 4 und an diesen befestigten Bremsbelägen 15 und in ihren mittleren Bereichen mit einem Bremskraftmotor 14 gekoppelt sind. Die Bremsscheibe 1 ist als Achsscheibe nur teilweise dargestellt. Bevorzugt ist jeder Radsatz des Schienenfahrzeugs mit einer solchen Scheibenbremsvorrichtung 100 ausgestattet.
An einem Bremsengehäuse 2 sind in einer als raumfest gehalten anzusehenden Koppelstelle 10 vermittels Bolzen 9 die beiden Wangen eines doppelwangigen Zangenhebels 6 einer Bremszange 7 um eine Drehachse drehbar angekoppelt. Der andersseitige Zangenhebel 8 ist in einer Koppelstelle 10 mittels eines Bolzens 9 am Bremsengehäuse 2 drehbar angekoppelt, der Bolzen 9 ist dabei um eine zur Drehachse parallele Drehachse drehbar am Bremsengehäuse 2 gelagert und trägt exzentrisch achsparallele Bolzenfortsätze 11, auf welchen der Zangenhebel 8 gelagert ist.
Vom Bolzen 9 kragt ein Dreharm 12 aus, an dessen Ende die Kolbenstange eines Bremszylinders als Kraftabgabeorgan 13 eines Bremskraftmotors 14 angelenkt ist. Die beiden Zangenhebel 6 und 8 sind an ihren einen Enden mit an die Bremsscheibe 1 anpressbaren Bremsbacken 15 und an ihren anderen Enden mit einem sie verbindenden Verschleißnachsteller 16, im Ausführungsbeispiel ein Druckstangensteller drehbar in Koppelstellen 17, 18, 19 und 20 gekoppelt. Der Druckstangensteller 16 bzw. sein Stellergehäuse ist zu seiner Ankopplung mit sich jeweils zwischen den beiden Wangen 4 und 5 der Zangenhebel 6 und 8 erstreckenden Lagerteilen 21 und 22 versehen. Diese Lagerteile werden im Folgenden auch als erstes bzw. zweites Verschleißnachsteller-Gehäuse 21, 22 bezeichnet.
Der Bremskraftmotor 14 umfasst hier beispielsweise einen pneumatischen Zylinder, welcher hier beispielsweise vermittels einer Elektromagnetventileinrichtung zum Bremszuspannen belüftet und zum Bremslösen entlüftet wird. Hierzu wird die Elektromagnetventileinrichtung von einer elektronischen Steuereinrichtung elektrisch gesteuert, so dass die Scheibenbremsvorrichtung 100 hier vorzugsweise eine elektropneumatische Scheibenbremsvorrichtung ist. Alternativ könnte die Scheibenbremsvorrichtung 100 auch eine elektro-hydraulische, elektro-mechanische, rein pneumatische oder rein hydraulische Scheibenbremsvorrichtung sein.
Beim Druckmittelbeaufschlagen des beispielsweise pneumatischen Bremskraftmotors 14 dreht dessen Kraftabgabeorgan 13 den Drehhebel 12, wodurch infolge der exzentrischen Anordnung der Bolzenfortsätze 11 der Zangenhebel 8 um seine Koppelstelle 20 zum Druckstangensteller 16 in Andrückrichtung seiner Bremsbeläge 15 an die Bremsscheibe 1 gedreht wird. Der Aufbau und die Funktionsweise der Exzenter-Zuspannung der Bremszange 7 entspricht damit derjenigen nach der bereits erwähnten EP 0 732 247 A2 . Nach Anlegen des dem Zangenhebel 8 zugeordneten Bremsbelags 15 an die Bremsscheibe 1 dreht sich der Zangenhebel 8 um seine Koppelstelle 18 zu diesem Bremsblag 15, wobei über die Koppelstelle 20, die Stange 16 und die Koppelstelle 19 der Zangenhebel 6 um die Koppelstelle 10 zum Anlegen seines Bremsbelags 15 an die Bremsscheibe 1 gedreht wird.
Der Druckstangensteller 16 vergrößert entsprechend dem Verschleiß der Bremsbeläge 15 seine Länge. Hierzu weist er einen Stellhebel auf, der am dem Zangenhebel 6 zugeordneten ersten Verschleißnachsteller-Gehäuse 21 um eine Längsachse 25 des Druckstangenstellers 16 drehbar gelagert ist. Zwischen den beiden Wangen 4 und 5 des Zangenhebels 6 verläuft eine Steuerstange 32, deren gerundetes, rückwärtiges Ende in einer Lagerpfanne am freien Ende eines Stellhebels anliegt. Die Steuerstange 32 ist somit über eine Koppelstelle 33 mit dem hier nicht gezeigten Stellhebel gekoppelt. In ihrem mittleren Bereich ist die Steuerstange 32 zum Vermeiden von Kollisionen mit anderen Bauteilen, insbesondere dem Bremskraftmotor 14, zur Bremszangenaußenseite hin ausgekröpft. Das vordere, ebenfalls gerundete Ende der Steuerstange 32 liegt in einer hier nicht sichtbaren Lagerpfanne eines Drehhebels 35 auf, wie es aus der 2 ersichtlich ist. Der zweiarmige Drehhebel 35 ist in seinem mittleren Bereich in einer Anlenkstelle 36 drehbar gelagert und weist ein freies Ende 35a auf. Die Funktionsweise des Drehhebels 35 im Zusammenhang mit angrenzenden Bauelementen ist in EP 0 732 247 A2 _ausführlich erläutert.
Das freie Ende 35a des Drehhebels 35 steht zur Bildung einer Tothubeinrichtung 44, wie aus 2 ersichtlich, bremsscheibenseitig mit einem Abstand s einem Hebelteil 45 gegenüber. Das Hebelteil 45 ist als eine Verlängerung des Dreharmes 12 ausgebildet. Der Abstand s entspricht dem Weg, den, ausgehend von mit korrektem Lösehub gelöster Scheibenbremse, das Ende des Hebelteiles 45 beim noch zuspannungskraftfreien Anlegen der beiden Bremsbacken 15 an die Bremsscheibe 1 zurücklegt. Beim Bremsenanlegen schlägt das Hebelteil 45 gerade an das Ende 35a des Drehhebels 35 an.
Bei einem Bremsen-Anlegevorgang, ausgehend von einem z.B. durch Bremsbakkenverschleiß zu großen Lösehub der Scheibenbremse, nimmt ab Beginn eines Überwindens des Löse-Überhubes das Hebelteil 45 bei seiner weiteren Bewegung bis zum Erreichen des Anlegens der Bremse das Ende 35a unter Drehen des Drehhebels 35 mit, wobei die Steuerstange 32 in Richtung zum Stellhebel 24 verschoben wird und hierbei den Druckstangennachsteller 16 betätigt. Das bremsscheibenseitige, vordere Ende der Steuerstange 32 ist somit über eine den Drehhebel 35 mitumfassende Koppelstelle 46 an das Kraftabgabeorgan 13 des Bremskraftmotors 14 ankoppelbar.
In Abänderung zum beschriebenen Ausführungsbeispiel können an der Bremszange die Zangenhebel mittig an einem Zugstangensteller 16 angelenkt sein, welcher durch einen Stellhebel 24 in Verkürzungsrichtung des Zugstangenstellers betätigbar ist. Der Verschleißnachsteller 16 kann beliebiger Bauart sein, er muss lediglich - wie bereits erwähnt - einen Stellhebel aufweisen. Die Halterung der Bremszange an einem raumfesten Teil, letztlich einem Fahrzeug- oder Drehgestellrahmen, kann an anderer Koppelstelle als der Koppelstelle 10 erfolgen, die Bauform einer Bremszangeneinheit kann evtl. mit dem Bremsengehäuse entfallen. Auch das Zuspannen der Bremszange 7 kann andersartig, in einer der vielen, bekannten Arten, erfolgen, beispielsweise vermittels eines direkt oder über ein Hebelgetriebe mit den Zangenhebeln 6, 8 gekoppelten Bremszylinders.
Die Scheibenbremsvorrichtung 100 weist eine in 3 gezeigte Temperaturmesseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur der Bremsscheibe 1 auf, welche hier beispielsweise ein einziges Thermoelement 26 und eine Messelektronik 24 beinhaltet. Das Thermoelement 26 ist hier beispielsweise innerhalb der Bremsscheibe 1 angeordnet, beispielsweise dadurch, dass es in einer radialen Sacklochbohrung der Bremsscheibe aufgenommen ist.
Bevorzugt beinhaltet das Thermoelement 26 ein Paar metallischer Leiter von unterschiedlichem Material, die an einem Ende verbunden sind und aufgrund des thermoelektrischen Effekts die Temperatur der Bremsscheibe 1 an der Position des Thermoelements 26 an oder in der Bremsscheibe 1 messen.
Besonders bevorzugt ist das Thermoelement 26 in radialer Richtung gesehen in einem Bereich der Bremsscheibe 1 angeordnet, welcher von den Bremsbelägen bei einem Bremsvorgang kontaktiert wird, weil dort die höchste Temperaturbelastung der Bremsscheibe 1 erwartet wird. Die von dem Thermoelement 26 erzeugten Thermoelementsignale stehen dann in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe 1, welche insbesondere in der Bremszuspannstellung am Höchsten ist. Anstatt nur eines Thermoelements 26 können an, in oder innerhalb der Bremsscheibe auch mehrere Thermoelemente 26 angeordnet sein.
Die Messelektronik 24 ist mit der Bremsscheibe 1 mitdrehend angeordnet, welche bevorzugt ringscheibenförmig ausgebildet ist und in radialer Richtung gesehen eine radial innere Umfangsfläche 50 und eine radial äußere Umfangsfläche 52 aufweist, wobei zwischen der radial inneren Umfangsfläche 50 und der radial äußeren Umfangsfläche 52 seitliche Reibflächen 54 angeordnet sind, welche in der Bremszuspannstellung wenigstens teilweise in Reibkontakt mit den Bremsbelägen 15 treten. Die Bremsscheibe 1 ist im Bereich ihrer radial inneren Umfangsfläche 50 über eine Halteeinrichtung 56, die hier beispielsweise mehrere radial verlaufende Finger 58 beinhaltet, an einer mit wenigstens einem Fahrzeugrad mitdrehenden Nabe 60 verbunden, wobei jeweils ein Ende eines Fingers 58 an der Nabe 60 und das andere Ende eines Fingers 58 mit der Bremsscheibe 1 verbunden ist. In Umfangsrichtung gesehen existieren dann Lücken 62 zwischen den Fingern 58, in deren Bereich die radial innere Umfangsfläche 50 der Bremsscheibe 1 in direktem und ungehindertem Kontakt mit der Umgebungsluft steht.
Bevorzugt ist die Messelektronik 24 dann beispielsweise an einem Finger 58 der Halteeinrichtung 56 angeordnet, insbesondere an dem Ende eines Fingers 58, welches an der Nabe 60 befestigt ist, um einerseits mit der Bremsscheibe 1 mitzudrehen, aber andererseits einen möglichst großen Abstand zu der Bremsscheibe 1 einzuhalten ,welche bei einem Bremsvorgang hoch wärmebelastet ist. Alternativ könnte die Messelektronik 24 auch direkt an oder in der Nabe 60 oder an oder in der Bremsscheibe 1 angeordnet sein.
Die Messelektronik 24 ist bevorzugt über ein erstes Kabel 28 mit dem Thermoelement 26 verbunden, damit sie auf der Basis der vom Thermoelement 26 ausgesteuerten Thermoelementsignale in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe 1 stehende, durch eine Datenverarbeitungseinrichtung 64 weiterverarbeitbare Ausgangssignale erzeugt.
Die Temperaturmesseinrichtung beinhaltet weiterhin eine Energieversorgungseinrichtung 40, welche hier das Thermoelement 26 und die Messelektronik 24 mit elektrischer Energie versorgt. Dabei weist die Energieversorgungseinrichtung 40 wenigstens ein in Bezug zu dem Thermoelement 26 separates und getrenntes thermoelektrisches Element 42 auf, welches bevorzugt in oder an der radial inneren Umfangsfläche der Bremsscheibe 1 angeordnet ist und welches wenigstens in der Bremszuspannstellung mit der durch den Reibkontakt zwischen den Bremsbelägen 15 und der Bremsscheibe 1 entstehenden thermischen Energie beaufschlagt ist. Das thermoelektrische Element 42 erzeugt dann auf der Basis der thermischen Energie eine elektrische Spannung der Energieversorgungseinrichtung 40. Das thermoelektrische Element 42 ist dann beispielsweise über ein zweites Kabel 30 mit der Messelektronik verbunden, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen.
Bevorzugt findet eine Energieversorgung der Messelektronik und des Thermoelements 26 lediglich während eines Bremsvorgangs statt, d.h. in der Bremszupannstellung, wenn die Bremsbeläge 15 die Bremsscheibe 1 kontaktieren und infolgedessen das thermoelektrisches Element 42 mit einer entsprechend hohen Temperatur beaufschlagt wird, um eine elektrische Spannung für die Messelektronik 24 zu erzeugen und dadurch diese in die Lage zu versetzen, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches die Temperatur der Bremsscheibe 1 repräsentiert.
Die auf das thermoelektrische Element 42 wirkende thermische Energie beispielsweise unter Nutzung des bekannten Seebeck-Effekts erzeugt dann eine Spannung, die in elektrische Energie umgewandelt wird. Die zur Erzeugung dieser elektrischen Spannung durch das thermoelektrische Element 42 erforderliche Temperaturdifferenz ist im Bereich der Bremsbeläge 15 und der Bremsscheibe 1 in der Bremszuspannstellung in der Regel vorhanden, weil dort die Temperatur beim Bremsen steigt.
Das thermoelektrische Element 42 weist beispielsweise einen ersten Halbleiterabschnitt und einen zweiten Halbleiterabschnitt auf, wobei sich zwischen den beiden Halbleiterabschnitten sich eine Sperr- bzw. Trennschicht befindet, welche die beiden Halbleiterabschnitte voneinander trennt. Für ein Erzeugen einer möglichst hohen Spannung durch das thermoelektrische Element 42 ist es günstig, wenn Temperaturdifferenz zwischen den beiden Halbleiterabschnitten möglichst hoch ist.
Deshalb wird das thermoelektrische Element 42 hier bevorzugt so angeordnet, dass der erste Halbleiterabschnitt mit der Bremsscheibe 1 in Kontakt steht und der zweite Halbleiterabschnitt von der Bremsscheibe 1 beabstandet ist oder von der Bremsscheibe 1 weg weist. Dies ist hier beispielsweise dadurch realisiert, dass das thermoelektrische Element 42 an oder in der radial inneren Umfangsfläche 50 der Bremsscheibe 1 so angeordnet wird, dass der erste Halbleiterabschnitt mit der Bremsscheibe 1 in Kontakt steht, deren beim Bremsen hohe Temperatur annehmen zu können und der zweite Halbleiterabschnitt von der Bremsscheibe 1 weg weist. Insbesondere ist das thermoelektrische Element 42 in einer Lücke 62 zwischen Fingern 58 der Halteeinrichtung 56 angeordnet, damit der zweite Halbleiterleiterabschnitt mit der demgegenüber kälteren Umgebungsluft ungehindert in Verbindung stehen kann und folglich die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Halbleiterabschnitten möglichst groß ist, wie auch aus 3 hervorgeht. Der erste Halbleiterabschnitt befindet sich dann an einer von dem bei einem Bremsvorgang mit hoher thermischer Energie bzw. Wärme beaufschlagten Position der Bremsscheibe 1, wohingegen der zweite Halbleiterabschnitt an einer Position der Bremsscheibe 1 angeordnet ist, an welcher eine niedrigere Temperatur herrscht. Zwischen den beiden Halbleiterabschnitten liegt demnach beim Bremsen bzw. in der Bremszuspannstellung eine Temperaturdifferenz vor, die nach dem bekannten Seebeck-Effekt eine elektrische Spannung erzeugt, welche hier zur elektrischen Energieversorgung des Thermoelements 26 und der Messelektronik 24 genutzt wird.
Die Messelektronik 24 umfasst bevorzugt ein Funkmodul 66 zur drahtlosen Übertragung der Ausgangssignale der Messelektronik 24 an die Datenverarbeitungseinrichtung 64.
Das Funkmodul 66 kann einen aktiven Transponder oder einen passiven Transponder umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Funkmodul 66 zum drahtlosen Senden des Ausgangssignals der Messelektronik 24 an die Datenverarbeitungseinrichtung 64 auch einen Bluetooth-Low-Energie-Sender aufweisen. Daher ist die Datenverarbeitungseinrichtung 64 mit einer entsprechenden Sende-/Empfangseinrichtung 68 ausgestattet.
Das Schienenfahrzeug weist bevorzugt mehrere oben beschriebene Scheibenbremsvorrichtungen 100 mit jeweils einer Temperaturmesseinrichtung auf. Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinrichtung 64 an Bord des Schienenfahrzeugs angeordnet und ausgebildet, dass sie auf der Basis der Ausgangssignale der Temperaturmesseinrichtungen von mehreren Scheibenbremsvorrichtungen 100 das Bremsverhalten und/oder das Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs steuert oder regelt. Da die Bremsscheibentemperatur wie eingangs beschrieben die Bremsleistung von Scheibenbremsen stark beeinflusst, kann innerhalb der Datenverarbeitungseinrichtung 64 ein Gesamt-Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs aus den Ausgangssignalen der Messelektroniken durch Addition der Einzel-Bremsvermögen der einzelnen Scheibenbremsvorrichtungen 100 ermittelt werden. Abhängig von dem Gesamt-Bremsvermögen kann dann beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch die Datenverarbeitungseinrichtung 64 angepasst oder beeinflusst werden.
Bezugszeichenliste

1: Bremsscheibe
2: Bremsengehäuse
4: Bremsbelagträger
6: Zangenhebel
7: Bremszange
8: Zangenhebel
9: Bolzen
10: Koppelstelle
11: Bolzenfortsatz
12: Dreharm
13: Kraftabgabeorgan
14: Bremskraftmotor
15: Bremsbeläge
16: Druckstangensteller
17: Koppelstelle
18: Koppelstelle
19: Koppelstelle
20: Koppelstelle
21: erstes Verschleißnachsteller-Gehäuse
22: zweites Verschleißnachsteller-Gehäuse
24: Messelektronik
25: Längsachse
26: Thermoelement
28: erstes Kabel
30: zweites Kabel
32: Steuerstange
33: Koppelstelle
35: Drehhebel
35a: Ende
36: Anlenkstelle
38: Seitenfläche
40: Energieversorgungseinrichtung
42: thermoelektrisches Element
45: Hebelteil
46: Koppelstelle
48: elektrisches Kabel
50: radial innere Umfangsfläche
52: radial äußere Umfangsfläche
54: Reibfläche
56: Halteinrichtung
58: Finger
60: Nabe
62: Lücke
64: Datenverarbeitungseinrichtung
66: Funkmodul
68: Sende-/Empfangseinrichtung
100: Scheibenbremsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1148266 B1 [0004]
EP 0732247 A2 [0034, 0035]

Claims

Scheibenbremsvorrichtung (100) eines Fahrzeugs mit a) einer Bremsscheibe (1) und wenigstens einem mit der Bremsscheibe (1) in einer Bremszuspannstellung in Reibkontakt stehenden Bremsbelag (15), und mit b) einer Temperaturmesseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur der Bremsscheibe (1), welche wenigstens ein Thermoelement (26) und eine Messelektronik (24) beinhaltet, wobei c) das wenigstens eine Thermoelement (26) in oder an der Bremsscheibe (1) angeordnet ist und von dem wenigstens einen Thermoelement (26) erzeugte Thermoelementsignale in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe (1) stehen, und wobei e) die Messelektronik (24) mit der Bremsscheibe (1) mitdrehend angeordnet ist und auf der Basis der Thermoelementsignale in Bezug zur Temperatur der Bremsscheibe (1) stehende, durch eine Datenverarbeitungseinrichtung (64) weiterverarbeitbare Ausgangssignale erzeugt, und wobei f) die Temperaturmesseinrichtung eine Energieversorgungseinrichtung (40) beinhaltet, welche wenigstens das wenigstens eine Thermoelement (26) und/oder die Messelektronik (24) mit elektrischer Energie versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass g) die Energieversorgungseinrichtung (40) wenigstens ein in Bezug zu dem wenigstens einen Thermoelement (26) separates thermoelektrisches Element (42) aufweist, welches in oder an der Bremsscheibe (1) oder in oder an einem mit der Bremsscheibe (1) mitdrehenden Bauteil angeordnet ist und welches wenigstens in der Bremszuspannstellung mit der durch den Reibkontakt zwischen den Bremsbelägen (15) und der Bremsscheibe (1) entstehenden thermischen Energie beaufschlagt ist, wobei das wenigstens eine thermoelektrische Element (42) auf der Basis der thermischen Energie eine elektrische Spannung der Energieversorgungseinrichtung (40) erzeugt.
Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Element (42) an einer radial inneren Umfangsfläche (50) der Bremsscheibe (1) in einem Bereich angeordnet ist, welcher direkt oder ungehindert mit der Umgebungsluft in Verbindung steht.
Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement (26) in einem Bereich an oder in der Bremsscheibe (1) angeordnet ist, welcher in der Bremszuspannstellung von den Bremsbelägen (15) kontaktiert wird.
Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik (24) an einer Halteeinrichtung (56) der Bremsscheibe (1) angeordnet ist, welche die Bremsscheibe (1) an eine Nabe (60) ankoppelt.
Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik (24) mit dem wenigstens einen Thermoelement (26) über wenigstens ein erstes Kabel (28) verbunden ist.
Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik (24) mit dem wenigstens einen thermoelektrischen Element (42) über wenigstens ein zweites Kabel (30) verbunden ist.
Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik (24) ein Funkmodul (66) zur drahtlosen Übertragung der Ausgangssignale der Messelektronik (24) an die Datenverarbeitungseinrichtung (64) umfasst.
Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Funkmodul (66) einen aktiven Transponder oder einen passiven Transponder umfasst.
Scheibenbremsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Funkmodul (66) einen Bluetooth-Low-Energie-Sender umfasst.
Scheibenbremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement (26) ein Paar metallischer Leiter von unterschiedlichem Material beinhaltet, die an einem Ende verbunden sind und aufgrund des thermoelektrischen Effekts die Temperatur der Bremsscheibe (1) messen.
Fahrzeug mit mehreren Scheibenbremsvorrichtungen (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (64) an Bord des Fahrzeugs angeordnet und ausgebildet ist, dass sie auf der Basis der Ausgangssignale der Temperaturmesseinrichtungen von mehreren Scheibenbremsvorrichtungen (100) das Bremsverhalten und/oder das Fahrverhalten des Fahrzeugs steuert oder regelt.