DE102017125262A1

DE102017125262A1 - Scheibenbremse mit einer Überwachungsvorrichtung für Verschleiss und Lüftspiel, und Verfahren zum Überwachen eines Verschleisszustands einer solchen Scheibenbremse

Info

Publication number: DE102017125262A1
Application number: DE102017125262.2A
Authority: DE
Inventors: Erwin Pletz; Manuel Knott
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-05-02
Anticipated expiration: 2037-10-28
Also published as: DE102017125262B4

Abstract

Eine Scheibenbremse (1), vorzugsweise druckluftbetätigt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Bremsscheibe (2), welche von einem Bremssattel (4) übergriffen ist und an welcher beiderseits jeweils ein Bremsbelag (3) angeordnet ist, einer Zuspannvorrichtung, insbesondere mit einem Bremshebel (8), mindestens zwei Spindeleinheiten (5, 5') mit jeweils einem Gewinderohr (6, 6'), wobei die Gewinderohre (6, 6') in einer Brücke (7) eingeschraubt sind, wobei die Brücke (7) mit der Zuspannvorrichtung, vorzugsweise mit dem Bremsdrehhebel (9), zusammenwirkt, einer Nachstelleinrichtung (10), die mit der Zuspannvorrichtung, insbesondere mit dem Bremshebel (8), zur Nachstellung eines Verschleißes von Bremsbelägen (3) und Bremsscheibe (2) der Scheibenbremse (1) gekoppelt ist, einer Synchroneinrichtung (11) zur Übertragung der Drehbewegungen der Nachstelleinrichtung (10) auf die Gewinderohre (6, 6') und/oder zur Synchronisation der Drehbewegungen der Gewinderohre (6, 6') und einer Überwachungsvorrichtung (30) mit einem Verschleißsensor (12) zur Erfassung eines Verschleißwertes von Bremsbelägen (3) und Bremsscheibe (2), weist einen Verschleißsensor (12) auf, der einen einzigen Eingang aufweist, welcher mit zwei Eingangsgrößen beaufschlagt ist, die jeweils einen veränderlichen Hub in Längsrichtung einer Längsachse des einen Gewinderohrs (6') der beiden Gewinderohre (6, 6') bilden; und ein Verfahren zum Überwachen eines Lüftspiels einer Scheibenbremse (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Überwachungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Scheibenbremse.
Bei Scheibenbremsen, die in unterschiedlichen Ausführungen bekannt sind, kommen verschiedene Verschleißnachstellvorrichtungen zum Einsatz, wie z.B. mechanische Nachsteller, die bei den in schweren Nutzfahrzeugen heute üblichen, pneumatisch wirkenden Scheibenbremsen für ein in bestimmten Grenzen konstantes Lüftspiel sorgen. Dabei wird bei jeder Bremsbetätigung die Nachstellvorrichtung, z.B. durch ein Zustellelement einer Zuspannvorrichtung der Scheibenbremse, aktiviert. Bei Verschleiß von Bremsbelägen und Bremsscheibe erfolgt ein automatisches Nachstellen der Beläge mittels der Nachstellvorrichtung z.B. durch eine Verstellbewegung von längenveränderlichen Druckstempeln.
Diese Nachstellung wird häufig mittels eines Verschleißsensors, der z.B. ein Potentiometer zur Erfassung eines Drehwinkels einer Nachstellerwelle aufweist, ermittelt. Dem Potentiometer kann ein Getriebe vorgeschaltet sein. Bei Erreichen eines Grenzwertes eines Gesamtverschleißes erfolgt dann eine Anzeige, z.B. optisch mittels einer Leuchte.
Für eine sichere und zuverlässige Funktion der Scheibenbremsen ist es notwendig, dass zwischen ihren Reibpartnern (Bremsbeläge und Bremsscheibe) und unter allen Betriebsbedingungen ein festgelegter Abstand, der als Lüftspiel bezeichnet wird, eingehalten wird.
Eine Überwachung des Lüftspiels erfordert einen zusätzlichen Sensor, der z.B. einen Hub einer Zuspannvorrichtung erfasst. Dies gestaltet sich aufgrund der rein mechanischen Gegebenheiten als nachteilig, da kostenaufwändig hinsichtlich Veränderungen der bestehenden Funktionsteile und zusätzlicher Bauteile.
Übliche Scheibenbremsen mit zwei Druckstempeln, z.B. verstellbare Gewinderohre, weisen ein Potentiometer in Verbindung mit einem der beiden Gewinderohre auf. Das Potentiometer wird über das zugehörige Gewinderohr durch dessen Verdrehung im Falle einer Nachstellung verdreht. Dadurch wird der Verschleiß der Reibpartner Bremsbeläge und Bremsscheibe erfasst. Nachteilig ist dabei, dass keine Überwachung von Lüftspiel oder/und Brückengeschwindigkeit erfolgt.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Scheibenbremse, insbesondere pneumatische Scheibenbremse, herkömmlicher Bauart, die einen üblichen Verschleißsensor aufweist, mit möglichst geringem baulichen und kostenmäßigen Aufwand mit einer verbesserten Überwachungsvorrichtung für Verschleiß und Lüftspiel bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine verbessertes Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Scheibenbremse zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die weitere Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Überwachung des Verschleißzustands sowie des Lüftspiels und der Brückengeschwindigkeit mit nur einem Sensor zu ermöglichen.
Eine erfindungsgemäße Scheibenbremse, vorzugsweise druckluftbetätigt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Bremsscheibe, welche von einem Bremssattel übergriffen ist und an welcher beiderseits jeweils ein Bremsbelag angeordnet ist, einer Zuspannvorrichtung, insbesondere mit einem Bremshebel, mindestens zwei Spindeleinheiten mit jeweils einem Gewinderohr, wobei die Gewinderohre in einer Brücke eingeschraubt sind, wobei die Brücke mit der Zuspannvorrichtung, vorzugsweise mit dem Bremsdrehhebel, zusammenwirkt, einer Nachstelleinrichtung, die mit der Zuspannvorrichtung, insbesondere mit dem Bremshebel, zur Nachstellung eines Verschleißes von Bremsbelägen und Bremsscheibe der Scheibenbremse gekoppelt ist, einer Synchroneinrichtung zur Übertragung der Drehbewegungen der Nachstelleinrichtung auf die Gewinderohre und/oder zur Synchronisation der Drehbewegungen der Gewinderohre und einer Überwachungsvorrichtung mit einem Verschleißsensor zur Erfassung eines Verschleißwertes von Bremsbelägen und Bremsscheibe ist bereitgestellt. Der Verschleißsensor weist einen einzigen Eingang auf, welcher mit zwei Eingangsgrößen beaufschlagt ist, die jeweils einen veränderlichen Hub in Längsrichtung einer Längsachse des einen Gewinderohrs der beiden Gewinderohre bilden.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass mittels eines Verschleißsensors zwei Eingangsgrößen erfasst werden können, ohne dass ein weiterer Sensor für eine weitere Eingangsgrößer erforderlich ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer oben beschriebenen Scheibenbremse umfasst die Verfahrensschritte VS1 Erfassen von Wegpositionen eines mit einer Brücke verbundenen Gewinderohres als erste und zweite Eingangsgrößen eines Verschleißsensors und Zuordnen der so erfassten Wegpositionen zu elektrischen Widerstandswerten; VS2 Auswerten der elektrischen Widerstandswerte der erfassten Wegpositionen und Bestimmen von Positionswerten der Brücke als erste Eingangsgröße, Lüftspielwerten der Scheibenbremse aus der ersten Eingangsgröße, Verschleißwerten von Bremsbelägen und Bremsscheibe der Scheibenbremse als zweite Eingangsgröße und Brückengeschwindigkeitswerten der Brücke aus der ersten Eingangsgröße; und VS3 Überwachen des Verschleißzustands durch Vergleichen der so bestimmten Werte mit vorher festgelegten Grenzwerten.
Damit ist es vorteilhaft möglich, nicht nur einen Sensor für zwei Eingangsgrößen zu verwenden, sondern auch weitere aus den Eingangsgrößen abgeleitete Werte zu bestimmen und zu überwachen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer Ausführung ist die erste Eingangsgröße ein Hub der Brücke, und die zweite Eingangsgröße ist der Verschleiß von Bremsbelägen und Bremsscheibe. Diese Eingangsgrößen können an dem einen einzigen Eingang des Verschleißsensors aufgebracht werden.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass der Verschleißsensor ein Halteelement, ein Sensorelement, ein Stellelement und ein Übertragungselement umfasst, wobei das Stellelement der einzige Eingang des Verschleißsensors ist. Damit kann vorteilhaft ein kostenintensives Getriebe für ein Potentiometer, das Winkelverstellungen aufnimmt, entfallen.
In einer weiteren Ausführung ist der Verschleißsensor mindestens teilweise in dem einen Gewinderohr der beiden Gewinderohre angeordnet. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Platzersparnis.
Es in einer noch weiteren Ausführung vorgesehen, dass das Halteelement an einer im Bremssattel befestigten Mitnehmerscheibe einer Mitnehmerwelle des einen Gewinderohrs fest angebracht ist, wobei die Mitnehmerwelle koaxial zu dem einen Gewinderohr angeordnet ist, wobei ein Ende der Mitnehmerwelle über die Mitnehmerscheibe in dem Bremssattel axial festgelegt und um eine Mitnehmerachse verdrehbar gelagert ist und mit der Synchroneinrichtung gekoppelt ist, wobei ein anderes Ende der Mitnehmerwelle mit einer Sternscheibe drehfest verbunden und in dem einen Gewinderohr angeordnet ist, wobei die Sternscheibe mit einem Innenprofil des Gewinderohrs in Richtung der Längsachse des Gewinderohrs verschiebbar in Eingriff steht. Hierbei besteht ein besonderer Vorteil darin, dass vorhandene Standardbauteile verwendbar sind, wobei nur kleine Änderungen notwendig werden.
Dabei ist es möglich, dass das Halteelement ein Rohrzylinder oder ein Haltewinkel ist. Dies sind einfache und preiswerte Bauteile mit geringem Gewicht.
Es ist in einer noch weiteren Ausführung vorgesehen, dass das eine Sensorelement als ein Schiebepotentiometer mit einem Streifenwiderstand ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine Längsverstellung auf einfache Weise ohne Getriebe erfasst werden.
Hier ist es vorteilhaft, wenn der Streifenwiderstand des Sensorelementes (16) parallel zu einer Längsachse des einen Gewinderohrs verläuft, da so keine Umlenkgetriebe erforderlich sind.
Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass das eine Sensorelement als ein Schiebepotentiometer mit einem Streifenwiderstand, der von einer Membran dicht verschlossen ist, als Membranpotentiometer ausgebildet ist. Dieses Bauteil ist marktüblich kostengünstig in hoher Qualität verfügbar und für den Einsatzzweck vorteilhaft abgedichtet.
In einer anderen Ausführung ist das eine Stellelement als einziger Eingang des Sensorelementes in Form einer Scheibe mit einem umlaufenden Betätigungsabschnitt ausgebildet, wobei der Betätigungsabschnitt ein Profil aufweist, welches zur Betätigung des Sensorelementes geeignet ist und gegen eine Betätigungsseite des Sensorelementes mit einer dazu geeigneten Kraft drückt. Auf diese Weise kann eine Längsverstellung in jeder Winkelstellung des Gewinderohres ermöglicht werden.
Eine alternative Ausführung sieht vor, dass das eine Sensorelement als ein Schiebepotentiometer mit einem Streifenwiderstand und einem integrierten Schieber ausgebildet ist, wobei der Schieber an und/oder in einem Gehäuse des Schiebepotentiometers verschiebbar geführt ist und einen Vorsprung aufweist, welcher von dem Gehäuse zu der Nachstellerwelle hervorsteht. So können auch übliche Schiebepotentiometer Verwendung finden, die in hoher Qualität kostengünstig auf dem Markt verfügbar sind. Diese Bauteile können mit einer Dichtung für den Vorsprung des Schiebers versehen sein.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das eine Stellelement als einziger Eingang des Sensorelementes in Form einer Scheibe mit einem umlaufenden Betätigungsabschnitt ausgebildet ist, wobei der Betätigungsabschnitt (17a) ein Profil aufweist, welches zur Betätigung des Sensorelementes mit dem hervorstehenden Vorsprung des Schiebers des Schiebepotentiometers gekoppelt ist.
Hierzu kann der umlaufende Betätigungsabschnitt des Stellelementes mit einer gabelförmigen Aufnahme des Vorsprungs zusammenwirken. Dazu kann der Vorsprung z.B. eine Gabelform aufweisen, in deren Schlitz, der in der Ebene des Stellelementes verläuft, das Stellelement mit dem Vorsprung des Schiebers in Eingriff steht.
In einer anderen alternativen Ausführung ist das eine Sensorelement als ein Schiebepotentiometer mit einem Streifenwiderstand und einem integrierten Schieber ausgebildet, wobei der Schieber an und/oder in einem geschlossenen Gehäuse des Schiebepotentiometers verschiebbar geführt ist, wobei der Schieber zumindest teilweise aus einem magnetischen oder ferromagnetischen Werkstoff hergestellt ist. Ein solches Schiebepotentiometer ist auf dem Markt kostengünstig und in hoher Qualität verfügbar. Das Gehäuse verschließt das Schiebepotentiometer und dichtet es ab. Der Schieber ist von außen z.B. durch einen Magnet verschiebbar.
Hierzu ist in einer Ausführung das eine Stellelement als einziger Eingang des Sensorelementes in Form einer Scheibe mit einem umlaufenden Betätigungsabschnitt ausgebildet, wobei der Betätigungsabschnitt einen umlaufenden Ringmagnet aufweist, der mit dem Schieber des Schiebepotentiometers in Zusammenwirkung steht.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn das eine Stellelement auf der Mitnehmerwelle in deren Längsrichtung axial verschiebbar angebracht ist, da auf diese Weise die schon vorhandene Mitnehmerwelle als Führung und Halterung dient und dazu keine zusätzlichen Bauteile erforderlich werden.
In einer weiteren Ausführung ist das eine mit dem mindestens einen Stellelement verbundene Übertragungselement als ein Stab ausgebildet, welcher in einem Abstand parallel zu der Längsachse des Gewinderohrs in dem Gewinderohr angeordnet ist, sich dabei durch einen axialen Durchgang der Sternscheibe hindurch erstreckt und durch diesen axialen Durchgang der Sternscheibe axial geführt ist. Dabei ist das Übertragungselement vorteilhaft mit geringem Gewicht platzsparend in dem Gewinderohr angeordnet.
Eine noch weitere Ausführung sieht vor, dass das eine Übertragungselement mit einem Übertragungsende mit dem Stellelement verbunden ist, und mit einem anderen Übertragungsende mit einem Boden des einen Gewinderohrs dergestalt in Eingriff steht, dass das andere Übertragungsende durch ein vorgespanntes Federelement gegen den Boden des einen Gewinderohrs gedrückt ist. Auf diese Weise kann eine vorteilhaft einfache und wirkungsvolle Übertragung einer Längsbewegung bzw. Axialverstellung des Gewinderohrs sowohl durch den Brückenhub als auch durch die Nachstelleinrichtung auf den einzigen Eingang des Sensorelementes des Verschleißsensors erfolgen. Da die Längsbewegung des Gewinderohrs von Brückenhub und Nachstelleinrichtung bewirkt wird, können diese als zwei Eingangsgrößen besonders vorteilhaft auf den einen einzigen Eingang des Verschleißssensors einwirken.
Zudem kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Überwachungsvorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, die mit dem Verschleißsensor in Verbindung steht, wodurch vorteilhaft Überwachungsergebnisse ermittelt, verglichen und ausgegeben werden können.
In dem Verfahren ist es weiterhin vorgesehen, dass in dem Verfahrensschritt VS3 Überwachen unzulässige Abweichungen der überwachten Werte von vorher festgelegten Werten erkannt und akustisch oder/und optisch angezeigt und Warnsignale erzeugt werden. Damit können vorteilhaft früh Wartungsarbeiten vorgenommen werden, um Schäden zu verhindern und eine Standzeit zu verlängern.
Für eine weitere Überwachung und z.B. zur vorteilhaften Dokumentation werden in dem Verfahrensschritt VS3 Überwachen die bestimmten Werte zur Überwachung und nachträglichen Prüfung in einem geeigneten Speichermedium aufgezeichnet. So kann auch eine nachträgliche Prüfung ermöglicht werden.
Die Erfindung wird nun anhand beispielhafter Ausführungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit einer Überwachungsvorrichtung;
2-2a schematische Längsschnittansichten einer Spindeleinheit des Ausführungsbeispiels in verschiedenen Positionen mit einem Verschleißsensor;
3-4 schematische Diagramme eines Sensorwegs des Ausführungsbeispiels nach 1; und
5 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 mit einer Überwachungsvorrichtung 30. 2 und 2a stellen schematische Längsschnittansichten einer Spindeleinheit 5' des Ausführungsbeispiels in verschiedenen Positionen mit einem Verschleißsensor 12 dar.
Koordinaten x, y, z dienen zur besseren Orientierung. Die x-Koordinate verläuft in einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs, dem die Scheibenbremse 1 zugeordnet ist. Die y-Koordinate verläuft in der Richtung einer Bremsscheibenachse 2a, und die z-Koordinate verläuft senkrecht zu einer x-y-Ebene.
Die Begriffe „oben“, „unten“, „links“, „rechts“ beziehen sich immer auf die jeweilige Anordnung in einer Figur.
Die Scheibenbremse 1 weist eine Bremsscheibe 2 mit der Bremsscheibenachse 2a auf. Die Bremsscheibe 2 ist von einem, hier als Schwimmsattel ausgeführten, Bremssattel 4 übergriffen. Beiderseits der Bremsscheibe 2 ist hier jeweils ein Bremsbelag 3 mit einem jeweiligen Bremsbelagträger 3a angeordnet. Der in 1 auf der linken Seite der Bremsscheibe 2 befindliche Bremsbelag 3 wird reaktionsseitiger Bremsbelag 3 und der auf der rechten Seite der Bremsscheibe 2 angeordnete Bremsbelag 3 wird zuspannseitiger Bremsbelag 3 genannt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Scheibenbremse 1 als zweistempelige Bremse mit zwei Spindeleinheiten 5 und 5' ausgebildet. Jede Spindeleinheit 5, 5' weist ein Gewinderohr 6, 6', das auch als Gewindespindel oder Gewindestempel bezeichnet wird, auf. Jedes Gewinderohr 6, 6' ist mit einem Außengewinde 6'c und einem Innenprofil 6'd, welche in 2, 2a an dem Gewinderohr 6' stellvertretend für beide Gewinderohre 6, 6' gezeigt sind, ausgebildet. In dem Gewinderohr 6 der einen Spindeleinheit 5 ist eine Nachstelleinrichtung 10 eingesetzt, auf die unten noch näher eingegangen wird. Eine Achse dieser Spindeleinheit 5 wird daher als Nachstellerachse 5a bezeichnet. Die Nachstelleinrichtung 10 ist mit einer Nachstellerwelle 5b, welche mit dem Gewinderohr 6 über dessen Innenprofil drehfest zusammenwirkt, versehen.
Die andere Spindeleinheit 5', weist eine Achse, die als Mitnehmerachse 5'a bezeichnet ist, und eine Mitnehmerwelle 5'b auf, die in dem Gewinderohr 6' der anderen Spindeleinheit 5' eingesetzt ist und mit dem Innenprofil 6'd dieses Gewinderohrs 6' in einer drehfesten Verbindung steht. Diese drehfeste Verbindung wird unten noch näher beschrieben.
Der zuspannseitige Bremsbelagträger 3a steht mit den Spindeleinheiten 5, 5' über Druckstücke 6a, 6'a, die an Enden der Gewinderohre 6, 6' angeordnet sind, in Verbindung. Der andere, reaktionsseitige Bremsbelagträger 3a ist auf der anderen Seite der Bremsscheibe 2 im Bremssattel 4 festgelegt. Die Gewinderohre 6, 6' sind jeweils in einer Brücke 7, die auch als Traverse bezeichnet wird, mit ihren Außengewinden in Gewindebohrungen der Brücke 7 eingeschraubt und in diesen verdrehbar angeordnet. Die Außengewinde sind hier mit einer Steigung im Bereich der Selbsthemmung ausgeführt. Durch die Drehbewegung der Gewinderohre 6, 6' in der Brücke 7 ändert sich die Axialposition der Gewinderohre 6, 6' relativ zu der Brücke 7. Mit dem Begriff Axialposition ist hier eine Position der Gewinderohre 6, 6' in Axialrichtung der Bremsscheibenachse 2a und der Achsen 5a, 5'a gemeint. Die Achsen 5a, 5'a verlaufen hier parallel zu der Bremsscheibenachse 2a.
Die Brücke 7 und die Gewinderohre 6, 6' sind von einer Zuspannvorrichtung, hier ein Bremshebel 8, betätigbar. Der Bremshebel 8 weist einen Hebelkörper auf, welcher über Lagerabschnitte mit der Brücke 7 in Zusammenwirkung steht.
Die Brücke 7 ist in Richtung der Bremsscheibenachse 2a durch den Bremshebel 8 verstellbar. Eine Bewegung auf die Bremsscheibe 2 zu wird als Zuspannbewegung bezeichnet, und eine Bewegung in Gegenrichtung wird Lösebewegung genannt. Eine nicht weiter erläuterte Rückstellfeder 7a ist in der Mitte der Brücke 7 in einer entsprechenden Ausnehmung auf der belagseitigen Seite der Brücke 7 aufgenommen und stützt sich am Bremssattel 4 ab. Mittels der Rückstellfeder 7a wird die Brücke 7 bei der Lösebewegung in die in 1 gezeigte gelöste Stellung der Scheibenbremse 1 zurück verstellt.
Ein Abstand zwischen den Bremsbelägen 3 und der Bremsscheibe 2 in der gelösten Stellung wird als Lüftspiel bezeichnet. Infolge von Verschleiß der Bremsbeläge 3 und der Bremsscheibe 2 wird dieses Lüftspiel größer. Wenn dies nicht kompensiert wird, kann die Scheibenbremse 1 ihre Spitzenleistung nicht erreichen, da ein Betätigungshub der Betätigungsmechanik, d.h. hier ein Betätigungsweg der Brücke 7, vergrößert ist.
Die Scheibenbremse 1 kann unterschiedliche Kraftantriebe aufweisen. Der Bremshebel 8 wird in diesem Beispiel pneumatisch betätigt, z.B. durch einen Pneumatikzylinder. Zu Aufbau und Funktion einer pneumatischen Scheibenbremse 1 wird auf die entsprechende Beschreibung der DE 197 29 024 C1 verwiesen. Natürlich kann auch ein anderer Kraftantrieb, z.B. ein elektromotorischer oder/und hydraulischer Kraftantrieb vorgesehen sein.
Die Nachstelleinrichtung 10 ist zur Verschleißnachstellung eines vorher festgelegten Lüftspiels, das als Nominallüftspiel bezeichnet wird, ausgebildet. Unter dem Begriff „Nachstellung“ ist eine Lüftspielverkleinerung zu verstehen. Mit anderen Worten, die Nachstelleinrichtung 10 verkleinert ein vorhandenes Lüftspiel, wenn dieses in Bezug auf das vorher festgelegte Lüftspiel zu groß ist.
Die Nachstelleinrichtung 10 ist an der einen Spindeleinheit 5 koaxial zu dieser, zu deren Gewinderohr 6 und der Nachstellerachse 5a angeordnet. Die Bauteile und Funktionsgruppen der Nachstelleinrichtung 10, welche z.B. in dem Dokument DE 10 2004 037 771 A1 ausführlich beschrieben ist, sind um die Nachstellerwelle 5b herum in axialer Richtung und somit in Richtung der Nachstellerachse 5a angeordnet. Die Nachstelleinrichtung 10 ist mit ihrem zuspannseitigen Ende in nicht näher erläuterter Weise im Bremssattel 4 gelagert. Hierzu wird auf das Dokument DE 10 2004 037 771 A1 verwiesen. An dem zuspannseitigen Ende der Nachstellerwelle 5b ist ein Synchronrad 11a einer Synchroneinrichtung 11 drehfest angebracht. Über die Synchroneinrichtung 11, die unten noch beschrieben wird, steht die Nachstellerwelle 5b mit der Mitnehmerwelle 5'b der anderen Spindeleinheit 5' in Wirkverbindung.
Durch mechanisches Justieren der Position der Gewinderohre 6, 6' in der Brücke 7 wird ein vorangegangener Verschleiß der Reibpartner Bremsbeläge 3 und Bremsscheibe 2 ausgeglichen und dadurch das vorher festgelegte Lüftspiel eingehalten.
Ein Antrieb für die Justierbewegung der Nachstelleinrichtung 10 erfolgt durch eine Nebenfunktion des Bremshebels 8 mit einem Abtriebsfinger 8a (oder mehreren). Der Bremshebel 8 wird wie oben schon erwähnt z.B. durch einen Bremszylinder (pneumatisch, hydraulisch, elektrisch) betätigt. So steht die Nachstelleinrichtung 10 über einen Antrieb 9 mit dem Bremshebel 8 in Zusammenwirkung. Der Antrieb 9 umfasst weiterhin einen Schaltgabelfinger 10b eines Antriebselementes 10a der Nachstelleinrichtung 10, welcher mit dem Abtriebsfinger 8a in Eingriff steht.
Beim Antreiben der Nachstelleinrichtung 10 durch den Antrieb 9 mittels des Bremshebels 8 wird z.B. eine Einwegkupplung der Nachstelleinrichtung 10 betätigt, die z.B. über eine Rutschkupplung mit der Nachstellerwelle 5b gekoppelt ist. Eine ausführliche Beschreibung der Funktion der Nachstelleinrichtung 10 ist dem Dokument DE 10 2004 037 771 A1 zu entnehmen.
Die Justierbewegung des einen Gewinderohrs 6, die auch eine Dreh- oder Schwenkbewegung der Nachstellerwelle 5b ist, wird mittels der Synchroneinrichtung 11 auf die Mitnehmerwelle 5'b und somit auf das andere Gewinderohr 6' übertragen. Dazu sind die Nachstellerwelle 5b der Nachstelleinrichtung 10 und die Mitnehmerwelle 5'b der Mitnehmereinrichtung durch die Synchroneinrichtung 11 derart gekoppelt, dass eine Verdrehbewegung des Gewinderohrs 6 um die Nachstellerachse 5a eine entsprechende Verdrehbewegung des anderen Gewinderohrs 6' um die Mitnehmerachse 5'a bewirkt und umgekehrt. Die Synchroneinrichtung 11 ist in dem in 1 dargestellten Beispiel an den zuspannseitigen Enden der Nachstellerwelle 5b und der Mitnehmerwelle 5'b angeordnet.
Die Synchroneinrichtung 11 umfasst das Synchronrad 11a, das mit dem Gewinderohr 6 der einen Spindeleinheit 5 und mit der Nachstellerwelle 5b der Nachstelleinrichtung 10 gekoppelt ist, das andere Synchronrad 11'a, das mit dem Gewinderohr 6' der anderen Spindeleinheit 5' und mit der Mitnehmerwelle 5'b der Mitnehmereinrichtung gekoppelt ist, und ein Synchronmittel 11b, mit welchem die Synchronräder 11a und 11'a gekoppelt sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Synchronmittel 11b ein Zugmittel, im vorliegenden Beispiel eine Kette. So sind die Synchronräder 11a, 11'a als Kettenräder ausgebildet. Damit ist eine synchrone Bewegung der Gewinderohre 6, 6' der Spindeleinheiten 5 und 5' bei Verschleißnachstellvorgängen (angetrieben durch die Nachstellerwelle 5b der Nachstelleinrichtung 10) und Einstellungen bei Wartungsarbeiten, z.B. Belagwechsel, (manueller Antrieb z.B. über ein Betätigungsende der Nachstellerwelle 5b der Nachstelleinrichtung 10, was nicht dargestellt, aber leicht vorstellbar ist) gewährleistet.
Ein Bremssteuergerät 28 der Scheibenbremse 1 ist schematisch angedeutet.
Die Überwachungsvorrichtung 30 umfasst den Verschleißsensor 12 und eine Steuereinrichtung 29. Zudem kann die Überwachungsvorrichtung 30 unterschiedliche Anzeigen und Warneinrichtungen aufweisen, die hier nicht dargestellt aber leicht vorstellbar sind.
2 und 2a stellen schematische Längsschnittansichten der anderen Spindeleinheit 5' des Ausführungsbeispiels mit unterschiedlichen Positionen des Gewinderohrs 6' dar. In 2 ist eine Position des Gewinderohrs 6' im Falle einer bereits fortgeschrittenen Verschleißnachstellung gezeigt. 2a zeigt im Gegensatz dazu eine Ausgangsposition des Gewinderohrs 6', bei welcher noch keine Verschleißnachstellung erfolgt ist. Die Darstellungen in den 2 und 2a sind nicht maßstabsgerecht sondern nur schematisch.
Die Mitnehmerwelle 5'b ist der anderen Spindeleinheit 5' ist koaxial zu deren Gewinderohr 6' und der Mitnehmerachse 5'a angeordnet. Die Mitnehmerwelle 5'b ist im Bereich ihres oberen Endes über eine Mitnehmerscheibe 14, die axial und drehfest in dem ortsfesten Bremssattel 4 festgelegt ist, an dem Bremssattel 4 um die Mitnehmerachse 5'b verdrehbar gelagert. Dieser Aufbau ist ein üblicher Standardaufbau.
Die Mitnehmerwelle 5'b erstreckt sich durch den Verschleißsensor 12 hindurch, der hier in einem rohrförmigen Halteelement 15 angeordnet ist. Das Halteelement 15 ist mit einem Befestigungsende 15a an der Mitnehmerscheibe 14 angebracht. Die Mitnehmerwelle 5'b erstreckt sich auf diese Weise bis in den Innenraum des Gewinderohrs 6' hinein. An ihrem unteren Ende steht die Mitnehmerwelle 5'b aus dem Halteelement 16 hervor und ist drehfest mit einer Sternscheibe 19 verbunden. Die Sternscheibe 19 ist hier mit einem Fünfstern-Außenprofil ausgebildet und steht mit dem Innenprofil 6'd des Gewinderohrs 6' in Eingriff. Das Innenprofil 6'd des Gewinderohrs 6' korrespondiert mit dem Fünfstern-Außenprofil der Sternscheibe 19. Auf diese Weise ist das Gewinderohr 6' auf der Sternscheibe 19 relativ zu dieser und der Mitnehmerwelle 5'b in Längsrichtung der Mitnehmerachse 5'a axial verschiebbar angeordnet.
Die Nachstelleinrichtung 10 steht ebenso über eine Sternscheibe mit dem Innenprofil des zugehörigen Gewinderohrs 6 in Eingriff, und das zugehörige Gewinderohr 6 ist auf dieser Sternscheibe ebenfalls relativ zu dieser und der Nachstellerwelle 5b in Längsrichtung der Nachstellerachse 5a axial verschiebbar angeordnet.
Somit sind die Gewinderohre 6, 6', welche in die Brücke 7 eingeschraubt sind, sowohl bei einem Betätigungshub der Brücke 7 als auch bei einer Verstellung durch die Nachstelleinrichtung 10 jeweils in Relation zu der ortsfesten Nachstellerwelle 5b und der Mitnehmerwelle 5'b axial verschiebbar. Dies ist aus einem Vergleich der 2 und 2a ersichtlich.
Der Verschleißsensor 12 umfasst hier das Halteelement 15, ein Sensorelement 16, ein Stellelement 17 und ein Übertragungselement 21.
Das Sensorelement 16 ist hier als Schiebepotentiometer mit einem Streifenwiderstand ausgebildet. Der Streifenwiderstand ist dabei von einer Membran dicht verschlossen, wobei das Schiebepotentiometer in diesem Beispiel ein so genanntes Membranpotentiometer ist. Eine Betätigung bzw. Einstellung dieses als Membranpotentiometer ausgeführten Sensorelementes erfolgt durch das Stellelement 17.
Das Stellelement 17 ist in Längsrichtung der Längsachse des Gewinderohrs 6', welche in der Mitnehmerachse 5' verläuft, verstellbar. Das Stellelement 17 ist für eine Betätigung des als Membranpotentiometer ausgebildeten Sensorelementes 16 mit einem dazu geeigneten Profil, mit einem gerundeten Kopf, geformt. Das Stellelement 17 steht mit einer Betätigungsseite 16a des Sensorelementes 16 derart in Eingriff, dass das Stellelement 17 auf diese Betätigungsseite 16a einen bestimmten Druck ausübt und zur Einstellung des Sensorelementes 16 in Längsrichtung des Sensorelementes 16 auf der Betätigungsseite 16a verschiebbar ist. Dabei wird ein elektrischer Widerstand des Sensorelementes 16 in Abhängigkeit von der Stellung des Stellelementes eingestellt und ist an (hier drei) elektrisch leitenden Anschlüssen des Sensorelementes 16 elektrisch messbar.
Das Stellelement 17 bildet auf diese Weise einen einzigen Eingang des Verschleißsensors 12. Dieser einzige Eingang des Verschleißsensors 12 ist jedoch mit zwei Eingangsgrößen beaufschlagt, welche jeweils als ein veränderlicher Hub in Längsrichtung der Längsachse des Gewinderohrs 6' und gleichzeitig in der Längsachse des Sensorelementes wirken. Eine erste Eingangsgröße ist ein Hub der Brücke 7.
Eine zweite Eingangsgröße ist der Verschleiß der Reibpartner Bremsbeläge 3 und Bremsscheibe 2. Dies wird unten noch weiter beschrieben.
Das Sensorelement 16 ist über einen Anschluss 13 (1), der an der Außenseite des Bremssattels 4 an einem Deckel angeordnet ist, mit einer Anschlussleitung 13a (elektrisch oder/und optisch leitend) verbunden. Die Anschlussleitung 13a verbindet den Verschleißsensor 12 mit einem Bremssteuergerät 28, welches u.a. die Auswertung des vom Verschleißsensor 12 erfassten Messwertes vornehmen kann, verbunden.
Der Anschluss 13 ist seinerseits über eine Sensorleitung 13b an den elektrisch leitenden Anschlüssen des Sensorelementes 16 angeschlossen. Die Sensorleitung 13b ist dazu von dem oberen Ende des Sensorelementes 16 durch eine nicht gezeigte aber leicht vorstellbare Durchgangsbohrung an der Mitnehmerscheibe 14 geführt und innerhalb des Deckels an Verbindungspins elektrisch leitend angeschlossen. Diese Verbindungspins sind nicht gezeigt, aber leicht vorstellbar, und mit dem Anschluss 13 elektrisch verbunden.
Der Verschleißsensor 12 steht zudem über die Sensorleitung 13b auch mit der Steuereinrichtung 29 der Überwachungsvorrichtung 30 in Verbindung. Dies wird unten noch erläutert.
Das Sensorelement 16 ist mit einer Befestigungsseite 16b an der Innenseite 15b des Halteelementes 15 in dessen Längsrichtung parallel zu der Mitnehmerachse 5'a befestigt. Dabei weist die Betätigungsseite 16a des Sensorelementes 16 zu der Mitnehmerwelle 5'b mit der Mitnehmerachse 5'a.
Das Halteelement 15 kann auch anstelle der gezeigten Rohrausführung als ein in Bezug auf die Mitnehmerachse 5'a gerundeter starrer Haltestreifen ausgebildet sein.
Das Stellelement 17 des Sensorelementes 16 ist hier in Form einer Scheibe ausgebildet. Ein umlaufender Rand dieser Scheibe ist mit einem umlaufenden Betätigungsabschnitt 17a versehen. Der umlaufende Betätigungsabschnitt 17a weist ein Profil auf, welches zur Betätigung des Sensorelementes 16 geeignet ist und gegen die Betätigungsseite 16a des Sensorelementes 16 mit einer dazu geeigneten Kraft drückt.
Durch die Scheibenausführung mit dem umlaufenden Betätigungsabschnitt 17a ist immer ein gleichmäßiger Anpressdruck des umlaufenden Betätigungsabschnitt 17a des Stellelementes 17 an der Betätigungsseite 16a des Sensorelementes 16 trotz der Rotation der Mitnehmerwelle 5'b und der mit ihr drehfest verbundenen Sternscheibe 19 um die Mitnehmerachse 5'a gewährleistet. Diese Rotation findet bei einer Verschleißnachstellung wie oben beschrieben statt.
Das Stellelement 17 ist über ein zentral in ihm angebrachtes Führungselement 18, z.B. eine Kunststoffbuchse, auf der Mitnehmerwelle 5'b in deren Längsrichtung, d.h. in Richtung der Mitnehmerachse 5'a, axial verschiebbar und in diesem Beispiel auch drehfest angebracht.
Weiterhin ist das Stellelement 17 mit einem Übertragungselement 21 verbunden. Das Übertragungselement 21 ist hier als ein Stab ausgebildet, welcher in einem Abstand parallel zu der Mitnehmerachse 5'a in dem Gewinderohr 6' angeordnet ist. Das Übertragungselement 21 erstreckt sich dabei durch einen axialen Durchgang 19a, z.B. eine Durchgangsbohrung, der Sternscheibe 19 und wird durch diesen Durchgang 19a axial verschiebbar geführt. Dabei ist das Übertragungselement 21 oberhalb der Sternscheibe 19 auch von der Mitnehmerwelle 5'b in einem Abstand angeordnet.
Ein oberes Übertragungsende 21a des Übertragungselementes 21 ist mit dem Stellelement 17 fest verbunden, z.B. geklebt oder in einem Durchgangsloch des Stellelementes 17 eingesetzt und beidseitig des Stellelementes 17 mittels Wellensicherungsringen axial in dem Stellelement 17 festgesetzt.
Unterhalb der Sternscheibe 19 erstreckt sich das Übertragungselement 21 parallel zu der Mitnehmerachse 5'a in einem Abstand bis kurz vor einem Boden 6'e des Gewinderohrs 6'. Ein unteres Übertragungsende 21b des Übertragungselementes 21 ist hier über eine radiale Verbindung 21c an dem Übertragungselement 21 angebracht und steht mit seinem unteren Ende mit dem Boden 6'e des Gewinderohrs 6' zentral in der Mitnehmerachse 5'a in Kontakt.
Eine Kopplung des unteren Übertragungsendes 21b des Übertragungselementes 21 mit dem Boden 6'e des Gewinderohrs 6' wird dadurch gebildet, dass das untere Übertragungsende 21b zusammen mit dem Übertragungselement 21 über ein Federelement 22 gegen den Boden 6'e des Gewinderohrs 6' gedrückt wird. Das Federelement 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel mindestens eine Druckfeder, welche hier um das Übertragungselement 21 herum angeordnet ist und sich mit einem oberen Ende über eine Druckscheibe 20 an einer Unterseite 19b der Sternscheibe 19 abstützt, wobei sich das untere Ende des Federelementes 22 auf der radialen Verbindung 21c des Übertragungselementes 21 abstützt. Das Federelement 22 ist so vorgespannt eingebaut, dass das untere Übertragungsende 21b des Übertragungselementes 21 im Verlauf der axialen Verstellung des Gewinderohrs 6' in allen Positionen immer gegen den Boden 6'e des Gewinderohrs 6' gedrückt wird und mit diesem in Kontakt bleibt. Der Boden 6'e des Gewinderohrs 6' kann in seiner Form in dem Kontaktbereich mit dem unteren Übertragungsende 21b korrespondierend mit dem unteren Übertragungsende 21b ausgebildet sein.
Das mindestens eine Federelement 22 kann auch zwischen der Oberseite des Stellelementes 17 und der Unterseite der Mitnehmerscheibe 14 angeordnet sein, beispielsweise um die Mitnehmerwelle 5'b herum angeordnet. Dies ist nicht gezeigt, aber leicht vorstellbar. Dabei wird durch die Vorspannung des Federelementes 22 über das Stellelement 17 das Übertragungselement 21 mit der Vorspannkraft beaufschlagt. Es ist auch denkbar, dass mindestens zwei Federelemente 22 vorgesehen sind, wobei mindestens ein Federelement 22 auf dem Übertragungselement 21 angeordnet ist und sich das mindestens eine andere Federelement 22 zwischen dem Stellelement 17 und der Mitnehmerscheibe 14 befindet.
Das Übertragungselement 21 ist durch die Beaufschlagung mit der Federkraft des Federelementes 22 mit dem Gewinderohr 6' derart gekoppelt, dass das Übertragungselement 21 eine axiale Verstellbewegung des Gewinderohrs 6' in y-Richtung parallel zu der Bremsscheibenachse 2a als eine Längsbewegung in Richtung der Längsachse des Gewinderohrs 6' auf das Stellelement 17 überträgt. Mit anderen Worten, ein Verstellweg des Gewinderohres 6' entspricht einem Verstellweg des Stellelementes 17 und somit einer Änderung des elektrischen Widerstandswertes des Sensorelementes 16. Da die Gewinderohre 6 und 6' durch die Synchroneinrichtung 11 in ihren Drehbewegungen gekoppelt und gemeinsam in der Brücke 7 in Gewinden angeordnet sind, sind auch ihre axialen Verstellwege identisch. D.h., die Änderung des elektrischen Widerstandswertes des Sensorelementes 16 gilt auch für das Gewinderohr 6.
Die Gewinderohre 6, 6' werden zudem nicht nur durch die Nachstelleinrichtung 10 in Abhängigkeit von einem Verschleiß verstellt, sondern auch bei jedem Bremsvorgang (Zustellen und Lösen der Bremse) durch eine Hub der Brücke 7.
Es ergeben sich somit aufgrund dieser zwei Bewegungsabläufe der Gewinderohre 6, 6' die zwei Eingangsgrößen des Verschleißsensors, welche durch die Veränderung des elektrischen Widerstands des Sensorelementes 16 erfasst werden. Dies wird im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert.
3 und 4 zeigen schematische Diagramme eines Sensorwegs S des Ausführungsbeispiels nach 1. In 3 ist der Sensorweg S bei einem Bremsvorgang dargestellt, wobei zuvor kein Verschleiß vorliegt. 4 zeigt den Sensorweg S bei einem Bremsvorgang, nachdem eine Verschleißnachstellung erfolgt ist.
In beiden 3 und 4 ist der Sensorweg S über der Zeit t aufgetragen. Der Sensorweg S entspricht einem elektrischen Widerstand des Sensorelementes 16 und kann z.B. als eine elektrische Spannung oder/und als ein elektrischer Strom erfasst werden. Dazu kann das Sensorelement 16 z.B. als Spannungsteiler mit drei elektrischen Anschlüssen ausgebildet sein.
Im Zeitpunkt t0 sind die Bremsbeläge 3 neu und es ist noch kein Verschleiß aufgetreten. Die Ausgangsposition S1 des Sensorwegs S ist mit einem vorher bestimmten elektrischen Widerstandswert festgelegt.
Ein Bremsvorgang wird hier durch verschiedene Kurvenabschnitte 23-27 schematisch angedeutet. Im Zeitpunkt t0 wird der Bremsvorgang durch eine Betätigung der Zuspannvorrichtung begonnen, der Bremshebel 8 wirkt auf die Brücke 7 ein und verstellt diese mit den Gewinderohren 6, 6' in y-Richtung auf die Bremsscheibe 2 hin, wobei das Lüftspiel durchlaufen wird. Dies wird durch den Kurvenabschnitt 23 symbolisiert. Der Sensorweg S wird von S1 zu der Wegposition S2 durchlaufen.
Im Zeitpunkt t1 wird der „Reibepunkt“ erreicht. Der Begriff „Reibepunkt“ ist der Punkt, in welchem die Bremsbeläge 3 an der Bremsscheibe 2 der Scheibenbremse 1 anliegen. Ein weiteres Zuspannen von t1 bis t2 bewirkt dann durch Anpressen der Bremsbeläge 3 zunächst einen weitere Zunahme des Brückenwegs und somit des Sensorwegs S von S2 nach S3. Diese hier übertrieben dargestellte Zunahme als Kurvenabschnitt 24 kann bedingt sein durch Kompression der Bremsbeläge 3 und Elastizität der Bauteile.
Mit zunehmender Zuspannkraft wird die Bremsung im Kurvenabschnitt 25 von t2 bis t3 ausgeführt, wobei sich der Sensorweg S nicht vergrößert.
Ein Lösen der Zuspannvorrichtung bewirkt eine Umkehrung des oben beschriebenen Vorgangs von t3 über t4 nach t5. In dem gezeigten Beispiel hat die Nachstelleinrichtung 10 noch keine Nachstellung durchgeführt, daher wird die Ausgangsposition S1 des Sensorweg 3 im Zeitpunkt t5 am Ende des Bremsvorgangs wieder eingenommen.
Der Widerstandswert des Sensorelementes 16 hat sich bei diesem Bremsvorgang von dem Ausgangswert, welcher der Ausgangsposition S1 des Sensorwegs S zugeordnet ist, über die Werte der Wegpositionen S2 und S3 verändert, z.B. vergrößert. Am Ende des Bremsvorgangs ist jedoch der Ausgangswert der Ausgangsposition S1 wieder eingenommen worden, da keine Verschleißnachstellung erfolgt ist.
Die Differenz aus den Wegpositionen S3 und S1 entspricht einem Verstellweg bzw. dem Hub der Brücke 7 und bildet die erste Eingangsgröße des Verschleißsensors 12. Aus der Ableitung dieses Hubs der Brücke 7 bzw. der Änderung des elektrischen Widerstands des Sensorelementes 16 nach der Zeit t kann eine Verstellgeschwindigkeit (Zustellgeschwindigkeit und Rückstellgeschwindigkeit) der Brücke 7 erfasst werden. Die Wegpositionen S1, S2, S3 und deren elektrische Widerstandswerte des Sensorelementes 16 entsprechen den Positionen der Brücke 7. Auf diese Weise kann eine permanente Überwachung von Position und Geschwindigkeit der Brücke 7 und auch des Lüftspiels (Sensorweg S2-S1) erreicht werden.
Wenn sich der Verschleiß der Bremsbeläge 3 (aber auch der Bremsscheibe 2) vergrößert, verstellt die Nachstelleinrichtung 10 durch Verdrehung der Gewinderohre 6, 6' in der Brücke 7 deren axiale Position. Das Stellelement 17 wird dadurch weiter in y-Richtung (2a) verstellt und verlässt die Ausgangsposition S1, der elektrische Widerstand des Sensorelementes 16 wird entsprechend verändert, z.B. vergrößert in Bezug auf die Ausgangsposition S1.
Dies ist in 4 dargestellt. Die ursprüngliche Ausgangsposition S1 ohne Verschleiß ist in eine davon unterschiedliche Verschleiß-Ausgangsposition S'1 hier nach oben zu einem größeren Wert von Sensorweg S und entsprechend vergrößertem Widerstandswert des Sensorelementes 16 verschoben.
Die Differenz der Ausgangspositionen S'1-S1 bzw. der zugehörigen elektrischen Widerstandswerte entspricht einem Verschleiß der Reibpartner Bremsbeläge 3 und Bremsscheibe 2 und bildet die zweite Eingangsgröße des Verschleißsensors 12.
Bei weiter vergrößertem Verschleiß verschiebt sich die jeweilige Ausgangsposition S'1 weiter nach oben zu größeren Werten.
Die Erfassung von Brückenweg, Brückenposition, Brückengeschwindigkeit und Lüftspiel in Abhängigkeit des Sensorwegs S (Positionen S'2, S'3) können wie oben beschrieben aus der Differenz der zugehörigen Sensorwege S'1, S'2, S'3 und aus den zeitlichen Ableitungen erfasst und bestimmt werden.
Bei vollständiger Verschleißnachstellung sind die Gewinderohre 6, 6' in y-Richtung in Richtung auf die Bremsscheibe 2 hin längs des Wegs S in eine Endposition SV verstellt. Die Endposition SV ist durch einen anderen elektrischen Widerstandswert des Sensorelementes 16 als die Ausgangsposition S1 und die dazwischen liegenden Positionen bestimmt und entspricht einem maximalen Verschleißwert.
Auf diese Weise sind einerseits sowohl Position und Geschwindigkeit der Brücke 7 und auch des Lüftspiels (Sensorweg S2-S1) und andererseits Verschleiß mit dem Verschleißsensor 12 erfassbar.
Mit anderen Worten, der Verschleißsensor 12 weist einen Eingang auf, der sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Eingangsgröße beaufschlagt wird.
In einer Variante, die nicht dargestellt aber leicht vorstellbar ist, ist das Sensorelement 16 als ein übliches Schiebepotentiometer mit einem integrierten Schieber ausgestaltet. Der Schieber ist an einem Gehäuse des Schiebepotentiometers verschiebbar geführt und mit einem Vorsprung versehen, welcher z.B. durch einen Schlitz des Gehäuses zu der Nachstellerwelle 5a hervorsteht. Dabei kann der Vorsprung an dem Gehäuse, z.B. in dem Schlitz, sich durch eine geeignete Dichtung, z.B. längliche Dichtlippen, erstrecken und zu der Nachstellerwelle 5a von dem Gehäuse hervorstehen. Die Funktion des Schiebers in Zusammenwirkung mit dem Streifenwiderstand des Schiebepotentiometers ist bekannt und soll nicht weiter behandelt werden.
Dieser Schieber ist mit seinem Vorsprung mit dem Stellelement 17 gekoppelt. Eine solche Kopplung kann z.B. dadurch realisiert sein, dass der umlaufende Betätigungsabschnitt 17a des Stellelementes 17 mit einer gabelförmigen Aufnahme des Vorsprungs des Schiebers in Eingriff steht. Dabei liegt ein Schlitz der gabelförmigen Aufnahme in der x-z-Ebene des Stellelementes 17. Auf diese Weise ist der Schieber durch die axiale Bewegung des Stellelementes 17 in Richtung der Mitnehmerachse 5'b, d.h. in y-Richtung verschiebbar. Gleichzeitig ist die oben beschriebene Drehung des Stellelementes 17 um die Mitnehmerachse 5'b aufgrund der Gabelform des Vorsprungs des Schiebers ermöglicht.
In einer weiteren Variante des Schiebepotentiometers mit einem Schieber ist der Schieber auch an dem Gehäuse des Schiebepotentiometers verschiebbar geführt, wobei er keinen nach außen vorstehenden Vorsprung aufweist, sondern in dem geschlossenen Gehäuse angeordnet ist. In dieser weiteren Variante ist der Schieber zumindest teilweise aus einem magnetischen oder ferromagnetischen Werkstoff hergestellt und mittels eines außerhalb des Gehäuses angeordneten externen Magneten gekoppelt. Dieser externe Magnet ist in dieser weiteren Variante eine Art Ringmagnet, der den umlaufenden Betätigungsabschnitt 17a des Stellelementes 17 bildet. Dabei ist der externe Magnet auf dem Gehäuse oder dicht über diesem in einem gemäß Spezifikation des Schiebepotentiometers vorgeschriebenen Abstand angeordnet. In dieser weiteren Variante ist das Gehäuse des Schiebepotentiometers aus einem geeigneten Kunststoff, z.B. Polyester, Fiberglas und Folie gebildet. Das Halteelement 15 ist hier aus keinem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt, sondern ist ein geeignetes Kunststoffmaterial.
Bei axialer Bewegung des Stellelementes 17 in y-Richtung wird diese axiale Bewegung über den Betätigungsabschnitt 17a, der den externen Magneten aufweist oder bildet, auf den magnetischen oder ferromagnetischen Schieber des Schiebepotentiometers übertragen. Die oben beschriebene Drehung des Stellelementes 17 verursacht keine Verstellung des Schiebers des Schiebepotentiometers, da der Schieber nur in axialer Richtung, d.h. in y-Richtung, bewegbar ist.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen eines Verschleißzustands der Scheibenbremse 1.
In einem ersten Verfahrensschritt VS1 werden von dem einen Verschleißsensor 12 Wegpositionen S1, S2, S3, S'1, S'2, S'3 bis SV erfasst und von dem Sensorelement 16 elektrischen Widerstandswerten zugeordnet.
Die so erhaltenen elektrischen Widerstandswerte des Sensorelementes 16 des Verschleißsensors 12 werden der Steuereinrichtung 29 über die Anschlussleitung 13a zugeleitet. Die Steuereinrichtung 29 wertet dann in einem zweiten Verfahrensschritt VS2 die elektrischen Widerstandswerte der erfassten Wegpositionen S1, S2, S3, S'1, S'2, S'3 bis SV derart aus, dass einerseits aus den Positionen der Brücke 7 ein Hub der Brücke 7 als erste Eingangsgröße und das Lüftspiel bestimmt werden. Andererseits wird der Verschleiß der Bremsbeläge 3 (und der Bremsscheibe 2) aus den Wegpositionen S1, S'1 bis SV als zweite Eingangsgröße ermittelt. Weiterhin wird die Brückengeschwindigkeit beim Zuspannen und Lösen der Bremse bestimmt.
In einem dritten Verfahrensschritt VS3 vergleicht die Steuervorrichtung 29 die so bestimmten Werte mit vorher festgelegten Grenzwerten. Bei Erreichen eines vorgegebenen Verschleißwertes bzw. Grenzwertes (entsprechend dem ausgefahrenen bzw. nachgestellten Zustand der Gewinderohre 6, 6') werden unzulässige Abweichungen der überwachten Werte von vorher festgelegten Werten erkannt und angezeigt und, z.B. ein akustisches oder/und optisches Warnsignal, erzeugt.
Zudem zeichnet die Steuervorrichtung 29 die so bestimmten Werte zur Überwachung und auch nachträglichen Prüfung in einem geeigneten Speichermedium auf.
Der Verschleißsensor 12 ist in jede Radbremse eines zugehörigen Fahrzeugs integriert. Die gemessenen Werte werden in einer Auswerteeinheit radspezifisch überwacht.
Es ist denkbar, dass an einem Fahrzeug für jede Radbremse eine Überwachungsvorrichtung 20 vorgesehen oder an einem zentralen Ort am Fahrzeug angeordnet ist, z.B. bei oder in dem gemeinsamen Bremssteuergerät 19. Die Überwachungsvorrichtung(en) 20 können(könnten) dabei auch Bestandteil einer Software des Bremssteuergerätes 19 sein.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar.
So können z.B. zwei oder mehr Sensorelemente 16 vorgesehen sein, die z.B. nebeneinander, gegenüberliegend oder auf einem Kreisumfang verteilt angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Scheibenbremse
2: Bremsscheibe
2a: Bremsscheibenachse
3: Bremsbelag
3a: Bremsbelagträger
4: Bremssattel
5, 5': Spindeleinheit
5a: Nachstellerachse
5'a: Mitnehmerachse
5b: Nachstellerwelle
5'b: Mitnehmerwelle
6, 6': Gewinderohr
6a, 6'a: Druckstück
6'b: Druckende
6'c: Außengewinde
6'd: Innenprofil
6'e: Boden
7: Brücke
7a: Rückstellfeder
8: Bremshebel
8a: Abtriebsfinger
9: Antrieb
10: Nachstelleinrichtung
10a: Antriebselement
10b: Schaltgabelfinger
11: Synchroneinrichtung
11a, 11'a: Synchronrad
11b: Synchronmittel
12: Verschleißsensor
13: Anschluss
13a: Anschlussleitung
13b: Sensorleitung
14: Mitnehmerscheibe
15: Halteelement
15a: Befestigungsende
15b: Innenseite
16: Sensorelement
16a: Betätigungsseite
16b: Befestigungsseite
17: Stellelement
17a: Betätigungsabschnitt
18: Führungselement
19: Sternscheibe
19a: Durchgang
19b: Unterseite
20: Druckscheibe
21: Übertragungselement
21a, 21b: Übertragungsende
21c: Verbindung
22: Federelement
23, 24, 25, 26, 27: Kurvenabschnitt
28: Bremssteuergerät
29: Steuereinrichtung
30: Überwachungsvorrichtung
S: Weg
S1-S3, S'1 -S'3, SV: Wegposition
t: Zeit
VS1-VS3: Verfahrensschritt
x, y, z: Koordinaten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19729024 C1 [0048]
DE 102004037771 A1 [0050, 0053]

Claims

Scheibenbremse (1), vorzugsweise druckluftbetätigt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Bremsscheibe (2), welche von einem Bremssattel (4) übergriffen ist und an welcher beiderseits jeweils ein Bremsbelag (3) angeordnet ist, einer Zuspannvorrichtung, insbesondere mit einem Bremshebel (8), mindestens zwei Spindeleinheiten (5, 5') mit jeweils einem Gewinderohr (6, 6'), wobei die Gewinderohre (6, 6') in einer Brücke (7) eingeschraubt sind, wobei die Brücke (7) mit der Zuspannvorrichtung, vorzugsweise mit dem Bremsdrehhebel (9), zusammenwirkt, einer Nachstelleinrichtung (10), die mit der Zuspannvorrichtung, insbesondere mit dem Bremshebel (8), zur Nachstellung eines Verschleißes von Bremsbelägen (3) und Bremsscheibe (2) der Scheibenbremse (1) gekoppelt ist, einer Synchroneinrichtung (11) zur Übertragung der Drehbewegungen der Nachstelleinrichtung (10) auf die Gewinderohre (6, 6') und/oder zur Synchronisation der Drehbewegungen der Gewinderohre (6, 6') und einer Überwachungsvorrichtung (30) mit einem Verschleißsensor (12) zur Erfassung eines Verschleißwertes von Bremsbelägen (3) und Bremsscheibe (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißsensor (12) einen einzigen Eingang aufweist, welcher mit zwei Eingangsgrößen beaufschlagt ist, die jeweils einen veränderlichen Hub in Längsrichtung einer Längsachse des einen Gewinderohrs (6') der beiden Gewinderohre (6, 6') bilden.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangsgröße ist ein Hub der Brücke (7) ist, und dass die zweite Eingangsgröße ist der Verschleiß von Bremsbelägen (3) und Bremsscheibe (2) ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißsensor (12) ein Halteelement (15), ein Sensorelement (16), ein Stellelement (17) und ein Übertragungselement (21) umfasst, wobei das Stellelement (17) der einzige Eingang des Verschleißsensors (12) ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißsensor (12) mindestens teilweise in dem einen Gewinderohr (6') der beiden Gewinderohre (6, 6') angeordnet ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (15) an einer im Bremssattel (4) befestigten Mitnehmerscheibe (14) einer Mitnehmerwelle (5'b) des einen Gewinderohrs (6') fest angebracht ist, wobei die Mitnehmerwelle (5'b) koaxial zu dem einen Gewinderohr (6') angeordnet ist, wobei ein Ende der Mitnehmerwelle (5'b) über die Mitnehmerscheibe (14) in dem Bremssattel (4) axial festgelegt und um eine Mitnehmerachse (5'a) verdrehbar gelagert ist und mit der Synchroneinrichtung (11) gekoppelt ist, wobei ein anderes Ende der Mitnehmerwelle (5'b) mit einer Sternscheibe (19) drehfest verbunden und in dem einen Gewinderohr (6') angeordnet ist, wobei die Sternscheibe (19) mit einem Innenprofil (6'd) des Gewinderohrs (6') in Richtung der Längsachse des Gewinderohrs (6') verschiebbar in Eingriff steht.
Scheibenbremse (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (15) ein Rohrzylinder oder ein Haltewinkel ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Sensorelement (16) als ein Schiebepotentiometer mit einem Streifenwiderstand ausgebildet ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifenwiderstand des Sensorelementes (16) parallel zu einer Längsachse des einen Gewinderohrs (6') verläuft.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Sensorelement (16) als ein Schiebepotentiometer mit einem Streifenwiderstand, der von einer Membran dicht verschlossen ist, als Membranpotentiometer ausgebildet ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Stellelement (17) als einziger Eingang des Sensorelementes (16) in Form einer Scheibe mit einem umlaufenden Betätigungsabschnitt (17a) ausgebildet ist, wobei der Betätigungsabschnitt (17a) ein Profil aufweist, welches zur Betätigung des Sensorelementes (16) geeignet ist und gegen eine Betätigungsseite (16a) des Sensorelementes (16) mit einer dazu geeigneten Kraft drückt.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Sensorelement (16) als ein Schiebepotentiometer mit einem Streifenwiderstand und einem integrierten Schieber ausgebildet ist, wobei der Schieber an und/oder in einem Gehäuse des Schiebepotentiometers verschiebbar geführt ist und einen Vorsprung aufweist, welcher von dem Gehäuse zu der Nachstellerwelle (5a) hervorsteht.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Stellelement (17) als einziger Eingang des Sensorelementes (16) in Form einer Scheibe mit einem umlaufenden Betätigungsabschnitt (17a) ausgebildet ist, wobei der Betätigungsabschnitt (17a) ein Profil aufweist, welches zur Betätigung des Sensorelementes (16) mit dem hervorstehenden Vorsprung des Schiebers des Schiebepotentiometers gekoppelt ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Betätigungsabschnitt (17a) des Stellelementes (17) mit einer gabelförmigen Aufnahme des Vorsprungs des Schiebers in Eingriff steht.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Sensorelement (16) als ein Schiebepotentiometer mit einem Streifenwiderstand und einem integrierten Schieber ausgebildet ist, wobei der Schieber an und/oder in einem geschlossenen Gehäuse des Schiebepotentiometers verschiebbar geführt ist, wobei der Schieber zumindest teilweise aus einem magnetischen oder ferromagnetischen Werkstoff hergestellt ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Stellelement (17) als einziger Eingang des Sensorelementes (16) in Form einer Scheibe mit einem umlaufenden Betätigungsabschnitt (17a) ausgebildet ist, wobei der Betätigungsabschnitt (17a) einen umlaufenden Ringmagnet aufweist, der mit dem Schieber des Schiebepotentiometers in Zusammenwirkung steht.
Scheibenbremse (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass das eine Stellelement (17) ist auf der Mitnehmerwelle (5'b) in deren Längsrichtung axial verschiebbar angebracht ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das eine mit dem mindestens einen Stellelement (17) verbundene Übertragungselement (21) als ein Stab ausgebildet ist, welcher in einem Abstand parallel zu der Längsachse des Gewinderohrs (6') in dem Gewinderohr (6') angeordnet ist, sich dabei durch einen axialen Durchgang (19a) der Sternscheibe (19) hindurch erstreckt und durch diesen axialen Durchgang (19a) der Sternscheibe (19) axial geführt ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Übertragungselement (21) mit einem Übertragungsende (21a) mit dem Stellelement (17) verbunden ist, und mit einem anderen Übertragungsende (21b) mit einem Boden (6'e) des einen Gewinderohrs (6') dergestalt in Eingriff steht, dass das andere Übertragungsende (21b) durch ein vorgespanntes Federelement (22) gegen den Boden (6'e) des einen Gewinderohrs (6') gedrückt ist.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (30) eine Steuereinrichtung (29) aufweist, die mit dem Verschleißsensor (12) in Verbindung steht.
Verfahren zum Überwachen eines Verschleißzustands einer Scheibenbremse (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte (VS1) Erfassen von Wegpositionen (S1, S2, S3, S'1, S'2, S'3, SV) eines mit einer Brücke (7) verbundenen Gewinderohres (6') als erste und zweite Eingangsgrößen eines Verschleißsensors (12) und Zuordnen der so erfassten Wegpositionen (S1, S2, S3, S'1, S'2, S'3, SV) zu elektrischen Widerstandswerten; (VS2) Auswerten der elektrischen Widerstandswerte der erfassten Wegpositionen (S1, S2, S3, S'1, S'2, S'3, SV) und Bestimmen von Positionswerten der Brücke (7) als erste Eingangsgröße, Lüftspielwerten der Scheibenbremse (1) aus der ersten Eingangsgröße, Verschleißwerten von Bremsbelägen (3) und Bremsscheibe (2) der Scheibenbremse (1) als zweite Eingangsgröße und Brückengeschwindigkeitswerten der Brücke (7) aus der ersten Eingangsgröße; und (VS3) Überwachen des Verschleißzustands durch Vergleichen der so bestimmten Werte mit vorher festgelegten Grenzwerten.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Überwachen unzulässige Abweichungen der überwachten Werte von vorher festgelegten Werten erkannt und akustisch oder/und optisch angezeigt und Warnsignale erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt (VS3) Überwachen die bestimmten Werte zur Überwachung und nachträglichen Prüfung in einem geeigneten Speichermedium aufgezeichnet werden.