DE102018107158A1

DE102018107158A1 - Messsystem und Messverfahren zum Ermitteln eines Verschleißes eines Bremsbelags einer Reibungsbremse

Info

Publication number: DE102018107158A1
Application number: DE102018107158.2A
Authority: DE
Inventors: Marc-Gregory Elstorpff; Sebastian Kuß; Frank Hellmer; Ovidiu Parasca; Hamza Bilal; Maximilian Dietrich
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: DE102018107158B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags (6) einer Reibungsbremse (1), wobei in den Bremsbelag (6) ein Verschleißelement (11) eingearbeitet ist, dessen Verschleiß stellvertretend für den Bremsbelag (6) ermittelt wird oder durch das ein Verschleiß des Bremsbelags (6) erfasst wird. Das Messsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das Verschleißelement (11) ferromagnetisch ausgebildet ist und dass das Messsystem einen Permanentmagneten (13) umfasst und einen Magnetfeldsensor, die so angeordnet sind, dass sich das Verschleißelement (11) in einem Feld des Permanentmagneten (13) befindet und der Magnetfeldsensor eine von dem Verschleiß des Verschleißelements (11) oder des Bremsbelags (6) beeinflusste Magnetfeldstärke erfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags (6) einer Reibungsbremse (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem und ein Messverfahren zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags einer Reibungsbremse, wobei in den Bremsbelag ein Verschleißelement eingearbeitet ist, dessen Verschleiß stellvertretend für den Bremsbelag ermittelt wird.
Messsysteme und Messverfahren zur Verschleißermittlung können das Erreichen einer Verschleißgrenze des Bremsbelags während des Betriebs des Fahrzeugs erfassen und einen Hinweis auf einen notwendigen Austausch des Bremsbelags geben. Auf diese Weise kann die Länge eines Inspektionsintervalls, in dem eine Sichtprüfung der Belagstärke erfolgt, verlängert werden, wodurch Kosten der Inspektion und auch Folgekosten durch erhöhte Stillstandszeiten verringert werden.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 042 777 B3 ist beispielsweise eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Stellspindel einer Zuspanneinrichtung der Bremse über ein Untersetzungsgetriebe mit einem Geber gekoppelt ist. Ein mit dem Geber bevorzugt berührungslos zusammenwirkender Sensor erkennt anhand der Position des Gebers einen Verschleißwert des Bremsbelags. Vorteilhaft wird bei dieser Anordnung ein jeweils aktueller Verschleißwert des Bremsbelags ausgegeben. Ein übermäßiger Verschleiß kann auf diese Weise erkannt werden, bevor eine Verschleißgrenze erreicht ist. Das System ist aufgrund der mechanischen Kopplung von Sensor und Stellspindel der Zuspanneinrichtung jedoch konstruktiv aufwändig.
Aus der Druckschrift US 2006/0273148 A1 ist ein berührungslos arbeitendes Messystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem in dem Bremsbelag ein berührungslos auslesbarer Sensor als Verschleißelement eingearbeitet ist. Die Druckschrift DE 10 2008 011 288 B4 zeigt ein ähnliches System, bei dem der Sensor jedoch abweichend nicht in dem Bremsbelag, sondern an dessen Außenseite angeordnet ist. Gemäß den beiden Druckschriften ist der Sensor beispielsweise als RFID (Radio Frequency Identification) Sensor ausgebildet. Über einen extern vom Bremsbelag angeordneten Transceiver kann regelmäßig eine intakte Funktion des eingebetteten Sensors abgefragt werden. Erreicht der Bremsbelag eine vorgegebene Verschleißgrenze, wird auch der eingebettete Sensor mit verschlissen und zerstört, woraufhin eine Anfrage des Transceivers nicht mehr beantwortet wird. Der Transceiver erkennt so das Erreichen der Verschleißgrenze und übermittelt diese bevorzugt drahtlos an eine Anzeigeeinrichtung. Der Aufbau ist konstruktiv einfach, da keine mechanisch bewegten Komponenten involviert sind.
Gegenüber dem zuvor genannten System ist jedoch keine den aktuellen Verschleiß widerspiegelnde Information verfügbar, sondern es wird nur das Erreichen der Verschleißgrenze detektiert. Das beschriebene System ist konstruktiv einfach umsetzbar, insbesondere wenn der Sensor an der Außenseite des Bremsbelags angeordnet ist. Geeignete Sensoren sind als Massenartikel auch kostengünstig verfügbar. Der Sensor ist bedingt durch seine Anordnung in oder an dem Bremsbelag unter Umständen jedoch hohen Temperaturen ausgesetzt. Dadurch kann seine Lebensdauer vermindert sein.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Verschleißes eines Bremsbelags anzugeben, die berührungslos und ohne zusätzlich mechanisch bewegte Komponenten aufgebaut ist, und die auch bei den hohen Temperaturen, die im Bereich des Bremsbelags auftreten können, zuverlässig arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Messsystem der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass das Verschleißelement ferromagnetisch ausgebildet ist und dass das Messsystem einen Permanentmagneten umfasst und einen Magnetfeldsensor, die so angeordnet sind, dass sich das Verschleißelement in einem Feld des Permanentmagneten befindet und der Magnetfeldsensor eine von dem Verschleiß des Verschleißelements und/oder des Bremsbelags beeinflusste Magnetfeldstärke erfasst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags einer Reibungsbremse ist in den Bremsbelag mindestens ein Verschleißelement eingearbeitet, dessen Verschleiß stellvertretend für den Bremsbelag ermittelt wird oder durch das ein Verschleiß des Bremsbelags erfasst wird. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Das Verschleißelement wird mit einem Magnetfeld eines Permanentmagneten beaufschlagt. Es wird eine Magnetfeldstärke vor einer Grenzfläche des Verschleißelements erfasst und ein Verschleißwert des Verschleißelements und/oder des Bremsbelags anhand der erfassten Magnetfeldstärke bestimmt.
Da das Verschleißelement ferromagnetisch ist und dem Magnetfeld des Permanentmagneten ausgesetzt ist, bündelt es vom Permanentmagneten ausgehende Feldlinien, die an einer Grenzfläche des Verschleißelements austreten und deren Feldstärke von dem Magnetfeldsensor gemessen wird.
Die gemessene Feldstärke ist von der Geometrie des Verschleißelements abhängig, die sich beim Verschleißen verändert. Mit dem Verschleiß der Bremsscheibe, mit dem ein Verschleiß des Verschleißelements einhergeht, ändert sich dementsprechend die gemessene Magnetfeldstärke, wodurch der Verschleißwert bestimmt werden kann. Es wird so eine berührungslose, unmittelbare Messung des aktuellen Verschleißes des Bremsbelags ermöglicht. Das Verschleißelement selbst ist kostengünstig und robust und insbesondere auch hitzebeständig, so dass es zuverlässig auch bei den hohen Temperaturen, die im oder am Bremsbelag erreicht werden können, einsetzbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist das Verschleißelement ein Metallstab, der in eine Bohrung in den Bremsbelag eingesetzt ist. Bevorzugt ist das Verschleißelement im Wesentlichen senkrecht zu der Bremsscheibe in den Bremsbelag eingesetzt und ist an einer der Bremsscheibe gegenüber liegenden Seite mit einer Stirnfläche vor dem Magnetfeldsensor positioniert. Weiter bevorzugt steht das Verschleißelement an der der Bremsscheibe gegenüber liegenden Seite mit einem Abschnitt über den Bremsbelag hervor, wobei in einem Bereich des Abschnitts der Permanentmagnet seitlich neben dem Verschleißelement angeordnet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist der Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor. Bevorzugt sind der Magnetfeldsensor und/oder der Permanentmagnet in einem Sensorkopf angeordnet. Zur Auswertung der Signale des Magnetfeldsensors weist das Messsystem in einer Ausgestaltung eine Elektronikeinheit mit einer Auswerteeinheit auf, die mit dem Magnetfeldsensor verbunden ist. Ein von der Auswerteeinheit bestimmter Verschleißwert kann beispielsweise von einem Funkmodul, das in der Elektronikeinheit angeordnet ist und mit der Auswerteeinheit gekoppelt ist, ausgesendet werden, z.B. zu einer übergeordneten Überwachungs- und/oder Anzeigeeinrichtung. Weiter bevorzugt weist die Elektronikeinheit eine Batterie zur Stromversorgung der Auswerteeinheit, des Magnetfeldsensors und/oder des Funkmoduls auf. Eine derartige autarke Energieversorgung ermöglicht es einfache Nachrüstung des Messsystems, auch wenn an einer nachzurüstenden Bremse eine Bordnetzversorgung nicht vorhanden ist.
Die gemessene Feldstärke ist nicht nur von der Geometrie des Verschleißelements abhängig, sondern verändert sich auch, wenn das Verschleißelement in mechanischen Kontakt mit der Bremsscheibe gelangt. Bei Kontakt des Verschleißelements wird ein Teil des vom Permanentmagneten ausgehenden Flusses durch die Bremsscheibe geleitet, was in einer sprunghaften Änderung des magnetischen Feldes am Magnetfeldsensor resultiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird mithilfe dieses Effekts zusätzlich ein Zuspannen und/oder Entspannen der Reibungsbremse anhand einer Änderung der erfassten Magnetfeldstärke ermittelt. Bevorzugt wird dabei das Zuspannen und/oder Entspannen der Reibungsbremse anhand einer Änderungsgeschwindigkeit der erfassten Magnetfeldstärke von einem Verschleißen des Bremsbelags unterschieden. Es wird so möglich, neben der Verschleißmessung das Messsystem zusätzlich zur Kontrolle der Funktionsfähigkeit der Reibungsbremse eingesetzt werden.
Wenn das Verschleißelement in den Bremsbelag eingebettet ist und erst beim Erreichen der Verschleißgrenze in Kontakt mit der Bremsscheibe gelangt, kann der Effekt des Aufteilens des magnetischen Flusses durch die Bremsscheibe auch zur Detektion des Erreichens der Verschleißgrenze eingesetzt werden.
In einer dazu geeigneten und vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist der Magnetfeldsensor mit dem Permanentmagneten mit einem ferromagnetischen Kern, z.B. einem Eisenkern, in einem geschlossenen Magnetkreis angeordnet. Der Kern kann zweiteilig aus zwei L-förmigen Abschnitten gebildet sein, die sich zu einer u-förmigen Grundform mit einer Basis und zwei Schenkeln ergänzen. Der Magnetfeldsensor ist dabei zwischen den beiden Abschnitten z.B. in der Basis angeordnet, um den durch den Kern fließenden Magnetfluss zu erfassen. Der Permanentmagnet ist zwischen den beiden Schenkeln angeordnet. Stirnflächen der beiden Schenkel sind angrenzend an eine Rückseite des Bremsbelags positioniert, wobei in den Bremsbelag jeweils ein ferromagnetisches Verschleißelement vor jeder der beiden Stirnflächen eingebettet ist. Die Verschleißelemente reichen dabei nicht bis an die Reibfläche des Bremsbelags heran, sondern nur bis zu einer Verschleißgrenze. Erst wenn diese Verschleißgrenze erreicht ist oder bis auf einen sehr kleinen Abstand erreicht ist, setzt beim Bremsen ein magnetischer Schluss über die die Bremsscheibe ein, wodurch sich der magnetische Fluss, der zuvor vor dem Erreichen der Verschleißgrenze nur durch den Kern selbst fließt, aufteilt und teilweise auch durch die Verschleißelemente und die Bremsscheibe fließt. Entsprechend nimmt der vom Magnetfeldsensor gemessene Fluss durch die Basis des Kerns beim Erreichen der Verschleißgrenze sprunghaft ab, was zuverlässig detektierbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 einen Teil einer Reibungsbremse eines Schienenfahrzeuges mit einer Vorrichtung zur Erfassung eines Verschleißes eines Bremsbelags in einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine Ausschnittsvergrößerung aus 1, in der die Vorrichtung zur Überwachung des Verschleißes detaillierter dargestellt ist;
3a ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erfassung eines Verschleißes eines Bremsbelags in einer Darstellung analog zu 2;
3b das zweite Ausführungsbeispiel wie in 3a, jedoch mit einem Bremsbelag, dessen Verschleißgrenze erreicht ist; und
4 ein Sensorkopf einer Vorrichtung zur Messung eines Verschleißes mit angeschlossener Elektronikeinheit in einem schematischen Blockschaltbild.

In 1 ist ein Ausschnitt einer Reibungsbremse 1 eines Schienenfahrzeuges, beispielsweise eines Güterwagens, teilgeschnittenen wiedergegeben.
Die Reibungsbremse 1 ist eine Scheibenbremse, bei der auf einer Narbe 2 des Fahrzeugs eine Bremsscheibe 3, vorliegend eine innenbelüftete Scheibe, befestigt ist. Es ist ein hier nicht näher dargestellter Zuspannmechanismus 4 vorhanden, der auf zwei von jeweils einem Belagträger 5 getragene Bremsbeläge 6 einwirkt. Der Zuspannmechanismus 4 ist vorliegend nicht detaillierter dargestellt. Er kann in bekannter Weise pneumatisch, hydraulisch oder auch elektromotorisch betätigt sein. Beim Betätigen der Reibungsbremse 1 werden die Bremsbeläge 6 über den Zuspannmechanismus 4 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt und so in einen Reibungseingriff mit der Bremsscheibe 3 gebracht.
Durch eine Bremsennutzung verschleißen sowohl die Bremsscheibe 3 als auch die Bremsbeläge 6, indem die Belagstärke (Belagdicke) abnimmt. Zur Vermeidung von direktem Reibkontakt der Bremsbelagträger 5 mit der Bremsscheibe 3 dürfen sich die Bremsbeläge 6 nur bis maximal auf ein vorgegebenes zulässiges Verschleißmaß abnutzen, das in der 1 beispielhaft jeweils durch eine gestrichelte Linie symbolisiert ist.
Zur Beobachtung des zunehmenden Verschleißes der Bremsbeläge 6 und zur Überwachung, ob die Bremsbeläge 6 das maximal zulässige Verschleißmaß erreicht haben, ist bei der Reibungsbremse 1 ein Messsystem 10 zur Überwachung der Belagstärke der Bremsbeläge 6 vorgesehen. Das Messsystem 10 umfasst ein Verschleißelement 11 sowie einen Sensorkopf 12. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Messsystem 10 nur auf einer Seite der Reibungsbremse 1, also bei einem der Bremsbeläge 6 ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung ist es möglich, bei beiden Bremsbeläge 6n ein entsprechendes Messsystem 10 vorzusehen.
Das Bremssystem 10 ist in der 2 in Form einer schematischen Schnittzeichnung detaillierter dargestellt. Das Verschleißelement 11 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein ferromagnetischer Stab, der in den Bremsbelag 6 eingesetzt ist. Das Verschleißelement 11 hat beispielsweise einen runden Querschnitt und ist eine entsprechende Bohrung im Bremsbelag 6 eingepresst. Es ist bevorzugt aus einem mechanisch weichen ferromagnetischen Metall gefertigt und wird beim Verschleißen des Bremsbelags 6 von der Bremsscheibe 3 abgerieben, ohne dass die Bremsscheibe 3 dadurch übermäßig, d.h. mehr als die Bremsbeläge 6, abgenutzt wird.
Das Verschleißelement 11 steht auf der der Bremsscheibe 3 gegenüberliegenden Seite über den Bremsbelag 6 hinaus, wobei der Belagträger 5 in diesem Bereich gekürzt oder ausgespart ist, so dass das Verschleißelement 11 sich nicht im mechanischen Kontakt mit dem Belagträger 5 befindet. Das Verschleißelement 11 endet vor dem Sensorkopf 12. Dieser umfasst im dargestellten Beispiel einen Permanentmagneten 13 sowie einen Hall-Sensor 14, der über ein Anschlusskabel 15 mit einer in der 2 nicht dargestellten Elektronikeinheit gekoppelt ist.
Der Permanentmagnet 13 ist seitlich am Verschleißelement 11 positioniert, so dass sich das Verschleißelement 11 in einem Feldbereich des Permanentmagneten 13 befindet. Da das Verschleißelement 11 ferromagnetisch ist, bündelt es vom Permanentmagneten 13 ausgehende Feldlinien. Diese treten insbesondere an den Stirnflächen des Verschleißelements 11 aus. An der der Bremsscheibe 3 gegenüberliegenden Stirnseite des Verschleißelements 11 ist dieses vor dem Hall-Sensor 14 des Sensorkopfs 12 positioniert. Der Hall-Sensor 14 kann damit die Feldstärke des stirnseitig am Verschleißelement 11 vorliegenden magnetischen Feldes ermitteln.
Die vom Hall-Sensor 14 gemessene Feldstärke ist von der magnetischen Feldstärke des Permanentmagneten 13 abhängig und von der Geometrie des Verschleißelements 11 sowie dessen Positionierung vor dem Hall-Sensor 14. Mit der Annahme, dass sich weder die Positionierung des Verschleißelements 11 vor dem Hall-Sensor 14, noch die Feldstärke des Permanentmagneten 13 ändert, spiegelt die vom Hall-Sensor 14 gemessene Feldstärke die Geometrie des Verschleißelements 11 wider.
Mit fortschreitendem Verschleiß des Verschleißelements 11 wird dessen Länge reduziert und damit die Geometrie des Verschleißelements 11 verändert. Diese Geometrieänderung spiegelt sich in der Größe des vom Hall-Sensor 14 gemessenen Magnetfelds wider. Entsprechend kann mit der dargestellten Anordnung ein fortschreitender Verschleiß des Verschleißelements 11 und damit des Bremsbelags 6 aufgrund der Größe des vom Hall-Sensor 14 gemessenen Magnetfelds ermittelt werden.
In den 3a und 3b ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erfassung eines Verschleißes eines Bremsbelags dargestellt. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen dabei gleiche oder gleichwirkende Elemente wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Ähnlich zu 2 ist nur ein Ausschnitt einer Bremse wiedergegeben. Die Anordnung der 3a und 3b kann beispielsweise in einer Bremse, wie sie in 1 dargestellt ist, eingesetzt werden.
Die 3a zeigt eine Anordnung mit einem Bremsbelag 6 im Auslieferungszustand bzw. mit einer Bremsbelagdicke, die über der Verschleißgrenze liegt. In der 3b ist die gleiche Anordnung gezeigt, wobei der Bremsbelag 6 jedoch seine Verschleißgrenze erreicht hat.
Wie bei der Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels ist auf einer der Reibfläche des Bremsbelags 6 gegenüberliegenden Rückseite des Bremsbelags 6 ein Sensorkopf 12 eines Messsystems 10 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ein Permanentmagnet 13 und ein Magnetfeldsensor, vorteilhaft wiederum ein Hall-Sensor 14, zusammen mit einem Kern 16 innerhalb des Sensorkopfs 12 angeordnet. Der Kern 16 ist ferromagnetisch, beispielsweise ein Eisenkern. Er ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig aus zwei L-förmigen Abschnitten gebildet, die sich zusammen zu einer u-förmigen Grundform mit einer Basis und zwei Schenkeln ergänzen. Der Hall-Sensor 14 ist in der Basis zwischen den beiden Abschnitten positioniert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Abschnitte vollständig durch den Hall-Sensor 14 voneinander getrennt. Entsprechend misst der Hall-Sensor 14 den gesamten durch den Kern 16 verlaufenden magnetischen Fluss.
Der in seiner Gesamtform u-förmige Kern 16 ist innerhalb des Sensorkopfs 12 so angeordnet, dass Stirnflächen seiner Schenkel zum Bremsbelag 6 weisen und bevorzugt an dem Bremsbelag 6 anliegen. Zwischen den Schenkeln ist der Permanentmagnet 13 angeordnet.
In den Bremsbelag 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Verschleißelemente 11 in etwas jeweils mittig vor den Stirnflächen der Schenkel des Kerns 16 eingebettet. Die Verschleißelemente 11 reichen in Richtung der Dicke des Bremsbelags 6 von der Rückseite bis zur Verschleißgrenze. Anders als im ersten Ausführungsbeispiel erstrecken sich im Auslieferungszustand des Bremsbelags 6 die Verschleißelemente 11 also nicht bis zur Reibfläche.
In der in 3a dargestellten Situation verläuft der magnetische Fluss innerhalb des Kerns 16 vollständig durch die Basis des Kerns 16 und den zwischen dem Permanentmagneten 13 und der Basis liegenden Teil der Schenkel des Kerns 16 und damit vollständig durch den Hall-Sensor 14. Der Hall-Sensor 14 misst einen entsprechend hohen magnetischen Fluss.
Erst wenn die in 3b dargestellte Situation erreicht ist, bei der die ebenfalls ferromagnetische Bremsscheibe 3 die Verschleißelemente 11 berührt oder fast berührt, verläuft ein Teil des magnetischen Flusses des Permanentmagneten 13 auch über die Stirnflächen der Schenkel des Kerns 16 und den zwischen den Verschleißelementen 11 liegenden Teil der Bremsscheibe 3. Der magnetische Fluss des Permanentmagneten 13 teilt sich somit in zwei Teilflüsse auf, wodurch der durch den Hall-Sensor 14 führende Anteil des magnetischen Flusses absinkt. Dieses Absenken ist insbesondere während des Bremsprozesses, in dem der Bremsbelag 6 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt wird, zu beobachten. Ein derartiger starker Abfall des magnetischen Flusses durch den Hall-Sensor 14 zeigt somit das Erreichen der Verschleißgrenze sicher an.
In 4 ist eine mögliche Auswertung des Hall-Sensors 14 des Sensorkopfs 12 in einem Blockschaltbild dargestellt. Der Sensorkopf 12 kann beispielsweise der in den 2 oder den 3a, b gezeigte sein, wobei auf die Darstellung weiterer Komponenten des Sensorkopfs 12 verzichtet wurde. Es wird in diesem Zusammenhang angemerkt, dass der Permanentmagnet 13 z.B. beim Beispiel der 2 auch nicht notwendigerweise im oder am Sensorkopf 12 angeordnet sein muss, sondern auch separat davon positioniert sein kann. Relevant ist bei dem genannten ersten Ausführungsbeispiel, dass das Verschleißelement 11 sich in einem Feldbereich des Permanentmagneten 13 befindet, so dass an seiner dem Hall-Sensor 14 gegenüberliegenden Stirnfläche des Verschleißelements 11 ein Magnetfeld messbar ist.
Gemäß 4 ist der Sensorkopf 12 über das Anschlusskabel 15 mit einer Elektronikeinheit 17 verbunden ist. Diese kann beispielsweise im Bereich der Reibungsbremse, beispielsweise befestigt am Zuspannmechanismus 4 angeordnet sein.
Die Elektronikeinheit 17 umfasst eine Auswerteeinheit 18, die den Hall-Sensor 14 mit einem geeigneten Betriebsstrom beaufschlagt und die Signale des Hall-Sensors 14 auswertet. Die Auswerteinheit ist im gezeigten Beispiel mit einem Funkmodul 19 gekoppelt, über das die ausgewerteten Signale des Hall-Sensors 14 an eine hier nicht dargestellte übergeordnete Diagnoseeinheit weitergegeben werden. Vorteilhaft kann auf diese Weise auch eine Nachrüstung erfolgen, ohne dass im Schienenfahrzeug entsprechende Kabel zur Übertragung der Signale verlegt sind.
Dabei kann vorgesehen sein, dass von der Auswerteeinheit 18 ein Verschleißwert ermittelt und vom Funkmodul 19 weitergegeben wird. Auf diese Weise kann die übergeordnete Diagnoseeinheit den kontinuierlichen Verschleiß eines oder beider der Bremsbeläge 6 der Reibungsbremse 1 nachvollziehen. Es ist dann beispielsweise möglich, durch einen Vergleich des Verschleißes an verschiedenen Achsen und/oder verschiedenen Bremsen auf einer Achse einen übermäßigen Verschleiß eines Bremsbelags 6 bereits zu detektieren, bevor dessen Verschleißgrenze erreicht ist.
Zusätzlich kann bereits in der Auswerteeinheit 18 ein Vergleich des ermittelten Verschleißwerts mit einem vorgegebenen maximalen Verschleißwert erfolgen, so dass von dem Funkmodul 19 unmittelbar ein Signal, das das Erreichen der Verschleißgrenze anzeigt, ausgegeben werden kann.
Die Elektronikeinheit 17 umfasst im dargestellten Beispiel weiterhin eine Batterie 20 zur autarken Energieversorgung der Elektronikeinheit 17. Auch dieses ist insbesondere bei Nachrüstlösungen interessant, die so ermöglicht werden, auch wenn kein Kabel zur Energieversorgung aus einem Bordnetz vorhanden ist. Um eine möglichst große Betriebsdauer der Elektronikeinheit 17 mit der Batterie 20 zu erzielen, bevor diese ausgetauscht oder aufgeladen werden muss, kann vorgesehen sein, dass Informationen über das ermittelte Verschleißmaß nur intervallweise, beispielsweise stündlich oder initiiert durch Bremsvorgänge, ausgegeben werden.
Beim ersten Ausführungsbeispiel der 2 kann das Messsystem 10 dazu eingerichtet sein, ein Zuspannen oder Lösen der Reibungsbremse 1 unabhängig von dem Verschleiß des Bremsbelags zu erfassen. Das ist möglich, da bei einem Zuspannen der Reibungsbremse 1 die der Bremsscheibe 3 zugewandte Seite des Verschleißelements 11 in Kontakt mit der Bremsscheibe 3 kommt, wodurch ebenfalls eine Änderung des Magnetfelds an der gegenüberliegenden, vor dem Hall-Sensor 14 positionierten Stirnseite des Verschleißelements 11 resultiert. Eine vom Hall-Sensor 14 detektierte Magnetfeldänderung aufgrund des Zuspannens der Reibungsbremse 1 führt zu einer schnellen, annähernd sprunghaften Änderung der detektierten Feldstärke. Bereits dadurch kann ein solches Zuspannereignis von einer Magnetfeldänderung, die sich aufgrund von Verschleiß des Bremsbelags 6 und des Verschleißelements 11 ergibt, unterschieden werden.
Die Auswerteeinheit 18 kann dazu ausgebildet sein, eine Änderung die sich aufgrund des Zuspannens oder Lösens der Reibungsbremse 1 ergibt, zu erfassen und ein entsprechendes Signal über das Zuspannen oder Lösen der Bremse abzugeben. In diesem Zusammenhang kann weiter vorgesehen sein, dass nach einem erkannten Lösen der Bremse eine Messung über den Verschleiß des Bremsbelags 6 erfolgt, die dann von daher Auswerteeinheit 18 über das Funkmodul 19 abgegeben wird.
Bezugszeichenliste

1: Reibungsbremse
2: Narbe
3: Bremsscheibe
4: Zuspannmechanismus
5: Belagträger
6: Bremsbelag
10: Messsystem
11: Verschleißelement
12: Sensorkopf
13: Permanentmagnet
14: Hall-Sensor
15: Anschlusskabel
16: Kern
17: Elektronikeinheit
18: Auswerteeinheit
19: Funkmodul
20: Batterie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006042777 B3 [0003]
US 2006/0273148 A1 [0004]
DE 102008011288 B4 [0004]

Claims

Messsystem (10) zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags (6) einer Reibungsbremse (1), wobei in den Bremsbelag (6) ein Verschleißelement (11) eingearbeitet ist, dessen Verschleiß stellvertretend für den Bremsbelag (6) ermittelt wird oder durch das ein Verschleiß des Bremsbelags (6) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißelement (11) ferromagnetisch ausgebildet ist und dass das Messsystem einen Permanentmagneten (13) umfasst und einen Magnetfeldsensor, die so angeordnet sind, dass sich das Verschleißelement (11) in einem Feld des Permanentmagneten (13) befindet und der Magnetfeldsensor eine von dem Verschleiß des Verschleißelements (11) oder des Bremsbelags (6) beeinflusste Magnetfeldstärke erfasst.
Messsystem (10) nach Anspruch 1, bei dem das Verschleißelement (11) ein Metallstab ist, der in eine Bohrung in den Bremsbelag (6) eingesetzt ist.
Messsystem (10) nach Anspruch 2, bei dem das Verschleißelement (11) im Wesentlichen senkrecht zu der Bremsscheibe (3) in den Bremsbelag (6) eingesetzt ist und an einer der Bremsscheibe (3) gegenüberliegenden Seite mit einer Stirnfläche vor dem Magnetfeldsensor positioniert ist.
Messsystem (10) nach Anspruch 3, bei dem das Verschleißelement (11) sich im unbenutzten Zustand des Bremsbelags (6) über mindestens dessen gesamte Dicke erstreckt.
Messsystem (10) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Verschleißelement (11) an der der Bremsscheibe (3) gegenüberliegenden Seite mit einem Abschnitt über den Bremsbelag (6) hervorsteht, wobei in einem Bereich des hervorstehenden Abschnitts der Permanentmagnet (13) seitlich neben dem Verschleißelement (11) angeordnet ist.
Messsystem (10) nach Anspruch 1, bei dem der Magnetfeldsensor mit dem Permanentmagneten (13) in einem ferromagnetischen Kern (16) in einem geschlossenen Magnetkreis angeordnet ist.
Messsystem (10) nach Anspruch 6, bei dem der Kern (16) mehrteilig aus mindestens zwei L-förmigen Abschnitten gebildet ist, die sich zu einer u-förmigen Grundform mit einer Basis und zwei Schenkeln ergänzen, wobei der Magnetfeldsensor zwischen den beiden Abschnitten in der Basis angeordnet ist und der Permanentmagnet (13) zwischen den beiden Schenkeln angeordnet ist.
Messsystem (10) nach Anspruch 7, bei dem der Kern (16) mit Stirnflächen der beiden Schenkel angrenzend an eine Rückseite des Bremsbelags (6) positioniert ist, wobei in den Bremsbelag (6) jeweils ein ferromagnetisches Verschleißelement (11) vor jeder der beiden Stirnflächen eingebettet ist.
Messsystem (10) nach Anspruch 8, bei dem die Verschleißelemente (11) dabei nicht bis an eine Reibfläche des Bremsbelags (6) heranreichen, sondern nur bis zu einer Verschleißgrenze.
Messsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor (14) ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Magnetfeldsensor und/oder der Permanentmagnet (13) und/oder der Kern (16) in einem Sensorkopf (12) angeordnet sind.
Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend eine Elektronikeinheit (17) mit einer Auswerteeinheit (18), die mit dem Magnetfeldsensor verbunden ist.
Messsystem nach Anspruch 12, bei dem die Elektronikeinheit (17) ein Funkmodul (19) aufweist, das mit der Auswerteeinheit (18) gekoppelt ist.
Messsystem nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Elektronikeinheit (17) eine Batterie (20) zur Stromversorgung aufweist.
Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags (6) einer Reibungsbremse (1), wobei in den Bremsbelag (6) mindesten ein ferromagnetisches Verschleißelement (11) eingearbeitet ist, aufweisend die folgenden Schritte: - Beaufschlagen des Verschleißelements (11) mit einem Magnetfeld eines Permanentmagneten (13); - Erfassen einer Magnetfeldstärke vor einer Grenzfläche des Verschleißelements (11); - Ermitteln eines Verschleißwerts des Verschleißelements (11) und/oder des Bremsbelags (6) anhand der erfassten Magnetfeldstärke.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Magnetfeldstärke von einem Hall-Sensor (14) erfasst wird, der vor der Grenzfläche des Verschleißelements (11) positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem zusätzlich ein Zuspannen und/oder Entspannen der Reibungsbremse (1) anhand einer Änderung der erfassten Magnetfeldstärke ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Zuspannen und/oder Entspannen der Reibungsbremse (1) anhand einer Änderungsgeschwindigkeit der erfassten Magnetfeldstärke von einem Verschleißen des Bremsbelags (6) unterschieden wird.