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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Trommelbremse, ein Bremssystem und ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik ist es üblich, die Bremskraft einer Trommelbremse über den Fluiddruck in einem Bremszylinder mittels eines Drucksensors zu ermitteln.
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Die Druckschrift
DE 10 2013 224 922 A1 offenbart hingegen eine Trommelbremse mit einem elektromechanischem Aktuator und einem Bremsschuh, wobei im Kraftfluss zwischen Aktuator und Bremsschuh ein Sensor angeordnet ist, mit dem die Bremskraft ermittelbar ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2017 217 413 A1 offenbart eine Trommelbremse mit einer Bremsbacke und einem Abstützlager, wobei mittels eines Kraftsensors am Abstützlager eine Messung einer von der Bremsbacke im Abstützlager erzeugten Abstützkraft ermöglicht wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2021 120 185 A1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Bremssystem, welches Trommelbremsen umfasst.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Trommelbremse bereitzustellen, welche sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Bremskraft oder das Bremsmoment auf eine einfache, kostengünstige und/oder zuverlässige Weise ermittelbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Bremssystem mit einer derartigen Trommelbremse bereitzustellen. Ferner besteht eine weitere Aufgabe darin, ein Fahrzeug mit einer derartigen Trommelbremse oder einem derartigen Bremssystem bereitzustellen.
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Die Aufgabe hinsichtlich der Trommelbremse wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Trommelbremse mit einem Träger, einem Verformungssensor und mindestens einer Bremsbacke, wobei der Träger mit einem Abstützlager für die mindestens eine Bremsbacke verbunden ist, wobei der Verformungssensor dazu ausgebildet ist, eine Verformung des Trägers zu ermitteln.
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Dadurch ist es möglich, einfach, kostengünstig und zuverlässig, die Bremskraft oder das Bremsmoment der Trommelbremse während ihrer Betätigung zu ermitteln, da die beim Bremsvorgang entstehende Abstützkraft, eingeleitet und übertragen durch die mindestens eine Bremsbacke auf das Abstützlager, vom Abstützlager auf den Träger übertragen wird, was eine Verformung des Trägers bewirkt, die proportional zur Bremskraft oder zum Bremsmoment ist. Hierzu kommt es, da sich die mindestens eine Bremsbacke während eines Bremsvorgangs der Trommelbremse an dem Abstützlager abzustützen vermag, wodurch die dadurch auf den Träger übertragende Abstützkraft zu einer Verformung des Trägers führt. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, wenn die mindestens eine Bremsbacke sich an dem Abstützlager abstützend oder abstützbar angeordnet ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Träger aus einem Metall hergestellt ist. Mit anderen Worten besteht in diesem Fall der Träger aus Metall. Alternativ ist es denkbar, dass der Träger zumindest überwiegend aus Metall besteht. Dies trägt zur Langlebigkeit und Zuverlässigkeit des Trägers bei. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Werkstoff oder dem Metall aus dem der Träger hergestellt ist, um einen duktilen Werkstoff, ein duktiles Metall oder einen duktilen Stahl. Mit anderen Worten handelt es sich um einen Werkstoff, ein Metall oder einen Stahl, welcher sich unter Belastung elastisch zu verformen vermag. Besonders bevorzugt ist es, wenn es sich um ein ferritisches Metall oder einen ferritischen Stahl handelt.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn der Träger derart dimensioniert ist, dass der Träger während des Betriebs der Trommelbremse, insbesondere während eines Bremsvorgangs, lediglich eine elastische, insbesondere eine linear-elastische, Verformung erfährt. Mit anderen Worten ist der Träger derart dimensioniert oder ausgebildet, dass der Träger durch die auftretenden Kräfte der Trommelbremse im Betrieb ausschließlich elastisch verformbar ist. Auf diese Weise wird ein Versagen des Trägers oder eine nachhaltige, also permanente, Verformung des Trägers gegenüber der Ursprungsform des Trägers zuverlässig vermieden. Ferner wird dadurch sichergestellt, dass durchgeführte Bremskraftmessungen oder Bremsmomentmessungen eine vergleichbare Genauigkeit aufweisen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die maximal auftretende mechanische Spannung des Trägers, eines Sollverformungsbereichs, der Teil einer der Ausführungsformen sein kann, und/oder eines Verformungssensorträgers, der Teil einer der Ausführungsformen sein kann, während eines Bremsvorgangs der Trommelbremse maximal der Hälfte, einem Drittel, einem Viertel oder einem Fünftel der oberen Streckgrenze des Werkstoffs des Trägers oder des Verformungssensorträgers entspricht. Dies wird durch eine entsprechende Dimensionierung des Trägers, des Sollverformungsbereichs des Trägers und/oder des Verformungssensorträgers erreicht. Dadurch wird eine Hysterese der Form des Trägers oder des Verformungssensorträgers durch die beim Bremsvorgang entstehende Verformung weitestgehend vermieden, was zur Messgenauigkeit beiträgt.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn die maximal auftretende mechanische Spannung des Trägers, eines Sollverformungsbereichs, der Teil einer der Ausführungsformen sein kann, und/oder eines Verformungssensorträgers, der Teil einer der Ausführungsformen sein kann, während eines Bremsvorgangs der Trommelbremse mindestens der dreifachen, fünffachen oder zehnfachen mechanischen Spannung des Abstützlagers entspricht. Dies lässt sich durch eine geeignete Dimensionierung, Abstimmung und/oder Anordnung des Abstützlagers und des Trägers und/oder des Verformungssensors zueinander realisieren. Hierdurch wird ein relativ steifes Abstützlager und eine gewünschte Verformung des Trägers während eines Bremsvorgangs sichergestellt.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn es sich bei dem Verformungssensor um einen kapazitiven, induktiven, piezoelektrischen oder resistiven Sensor handelt. Alternativ ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn es sich bei dem Verformungssensor um einen Sensor mit einem oder mehreren Dehnmessstreifen handelt oder wenn es sich um einen Surface-Acoustic-Wave-Sensor (SAW-Sensor) handelt. Besonders bevorzugt ist der Verformungssensor als Teil einer Vollbrücke ausgebildet. Im Fall, dass die Vollbrücke auf einem Verformungssensorträger angeordnet ist, was äußerst bevorzugt ist, ist der Verformungssensor schräg, insbesondere in einem Winkel von 45°, zur Erstreckungsrichtung des Verformungssensorträgers angeordnet.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Trommelbremse zwei Bremsbacken umfasst, die derart angeordnet sind, dass sich während eines Bremsvorgangs eine oder beide der Bremsbacken an dem Abstützlager abstützen können. Diese Option besteht für alle zuvor und alle im Folgenden genannten Ausführungsformen, soweit die Art der Trommelbremse dies zulässt.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Bremsbacke direkt und/oder indirekt kraftübertragend mit dem Abstützlager gekoppelt oder koppelbar ist. So kann eine Kraft der Bremsbacke, die sogenannte Abstützkraft, auf den Träger und vom Träger auf das Abstützlager übertragen werden.
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Vorzugsweise umfasst jede der Bremsbacken einen Bremsbelag und/oder jeder der Bremsbacken ist schwimmend gelagert.
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Der Träger bildet einen Kraftpfad, vorzugsweise den einzigen Kraftpfad, von der mindestens einen Bremsbacke und/oder dem Abstützlager zu einer Peripherie der Trommelbremse, wobei es sich bei der Peripherie der Trommelbremse um einen Radträger oder einen Achsschenkel handelt, mit dem der Träger verbunden oder befestigt ist. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, wenn die Abstützkraft der mindestens einen Bremsbacke überwiegend oder alleinig, also ausschließlich, mittels des Kraftpfads, der durch den Träger gebildet wird, von dem Abstützlager auf die Peripherie übertragbar ist.
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Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn es sich bei der Trommelbremse um eine Simplex-Bremse, eine Duplex-Bremse, eine Duo-Duplex-Bremse, eine Servo-Bremse oder eine Duo-Servo-Bremse handelt. Hierdurch ist es möglich, entsprechend geeignete Trommelbremstypen für verschiedene Einsatzbereiche oder Fahrzeuge vorzusehen.
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Grundsätzlich handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Trommelbremse um eine Trommelbremse für ein Kraftfahrzeug. Unabhängig hiervon ist es grundsätzlich oder zusätzlich denkbar, dass es sich bei der erfindungsgemäßen Trommelbremse um eine Trommelbremse handelt, die hydraulisch und/oder mechanisch und/oder elektrisch betätigbar ist. Eine mechanische Betätigung kann beispielsweise mittels Seilzügen einer Feststellbremse, einer sogenannten Handbremse, ausgebildet sein. Eine elektrische Betätigung kann beispielsweise mittels eines elektrischen Aktuators erfolgen. Ein derartiger elektrischer Aktuator ist in einem derartigen Fall bevorzugterweise in die erfindungsgemäße Trommelbremse integriert. Der Sensor dient vorzugsweise zum Betrieb, insbesondere zur Regelung und/oder Steuerung, des Aktors und ist damit vorzugsweise in der Lage, das angeforderte oder notwendige Bremsmoment mittels der Trommelbremse bereitzustellen.
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Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, wenn aus der durch den Verformungssensor ermittelten Verformung des Trägers, des Sollverformungsbereichs des Trägers oder des Verformungssensorträgers die Bremskraft und/oder das Bremsmoment der Trommelbremse ermittelbar ist. Hierfür ist es besonders bevorzugt, wenn durch eine Auswerteeinheit das Messsignal des Verformungssensors derart auswertbar ist, dass durch die Auswerteeinheit ein Bremskraftsignal und/oder ein Bremsmomentsignal erzeugbar ist oder erzeugt wird. Eine derartige Auswerteeinheit ist vorzugsweise in ein Steuergerät integriert. Die Auswerteeinheit und/oder das Steuergerät werden bevorzugterweise mit der Trommelbremse bereitgestellt.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Träger kraftübertragend mit einer Peripherie verbindbar ist oder verbunden ist. Auf diese Weise ist die Bremskraft oder das Bremsmoment der Trommelbremse mittels des Abstützlagers auf den Träger und vom Träger in die Peripherie leitbar oder an der Peripherie abstützbar. Die Peripherie ist bevorzugterweise Teil eines Fahrzeugs oder Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein Achsschenkel oder ein Radträger.
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Eines der vorherigen oder ein weiteres Ausführungsbeispiele ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit einem Achsschenkel verbindbar ist oder einteilig mit einem Achsschenkel ausgebildet ist. Alternativ ist es denkbar, dass der Träger mit einem Radträger verbindbar ist oder einteilig mit einem Radträger ausgebildet ist. Mit anderen Worten bildet der Achsschenkel oder der Radträger die Peripherie. Bei der Verbindung des Trägers mit dem Achsschenkel oder dem Radträger handelt es sich insbesondere um eine Befestigung. Auf diese Weise können auftretende Abstützkräfte während eines Bremsvorgangs abgestützt werden. Bei der Verbindung handelt es sich vorzugsweise um eine Schraubenverbindung. Durch eine einteilige Ausbildung entfallen zusätzliche Montageschritte sowie zusätzlicher Fertigungsaufwand.
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Allgemein ist es zweckmäßig, wenn das Abstützlager durch die mindestens eine Bremsbacke während des Bremsvorgangs der Trommelbremse einer Scherkraft ausgesetzt ist. Zweckmäßigerweise befindet sich der Krafteinleitungspunkt zwischen der mindestens einen Bremsbacke und dem Abstützlager an der seitlichen Außenkontur des Abstützlagers.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger und das Abstützlager separat zueinander ausgebildet sind. Hierdurch ist es möglich den Fertigungsprozess des Abstützlagers und den Fertigungsprozess des Trägers getrennt zueinander durchzuführen, was die Herstellung vereinfachen kann. Auch ermöglichen sich hierdurch zahlreiche voneinander unabhängige Möglichkeiten und Freiheitsgrade, wie der Träger unabhängig vom Abstützlager ausgebildet sein kann.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Verbindung zwischen Träger und Abstützlager um eine Befestigung. Auch ist es zu bevorzugen, wenn das Abstützlager form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Träger verbunden oder befestigt ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Abstützlager mit dem Träger mittels einer Schraubenverbindung oder einer Nietverbindung verbunden ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Abstützlager austauschbar mit dem Träger verbunden ist. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass die Verbindung zwischen Träger und Abstützlager, beispielsweise mittels einer Schraubenverbindung, lösbar verbunden oder befestigt ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn Verbindungselemente oder Befestigungselemente, beispielsweise Nieten oder Schrauben, die die Verbindung oder die Befestigung des Trägers mit dem Abstützlager bilden, derart angeordnet sind, dass die Verbindungselemente oder Befestigungselemente bei Betätigung der Trommelbremse auf Zug oder Scherung belastet werden oder belastbar sind. Auf diese Weise können je nach Wahl des Verbindungselements oder Befestigungselementes besonders hohe Kräfte vom Abstützlager auf den Träger übertragen werden.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Abstützlager direkt mit dem Träger verbunden oder befestigt ist. Hierdurch kann auf zusätzliche Bauteile, die bei einer indirekten Verbindung oder Befestigung notwendig wären, verzichtet werden, was die Kosten zusätzlich senkt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Träger und das Abstützlager kraftübertragend miteinander verbunden sind. Hierdurch wird die Abstützkraft, die von der mindestens einen Bremsbacke während eines Bremsvorgang der Trommelbremse auf das Abstützlager wirkt, auf den Träger übertragen.
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Alternativ zur separaten Ausgestaltung von Träger und Abstützlager ist es denkbar, den Träger und das Abstützlager einteilig auszubilden, was unter bestimmten Umständen zweckmäßig sein kann, da hierdurch separate Fertigungsprozesse vermieden werden und Fertigungskosten eingespart werden können.
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Eines der vorherigen Ausführungsbeispiele oder ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger oder ein Sollverformungsbereich des Trägers eine geringere Steifigkeit aufweist als das Abstützlager und/oder dass der Träger einen Sollverformungsbereich aufweist. Indem der Träger oder der Sollverformungsbereich eine geringere Steifigkeit aufweist als das Abstützlager, wird sichergestellt, dass der Träger oder der Sollverformungsbereich, dessen Verformung durch den Verformungssensor ermittelbar ist, bei Betrieb der Trommelbremse eine Verformung aufweist, die durch den Verformungssensor messbar ist. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, wenn die Steifigkeit des Trägers und/oder des Sollverformungsbereichs, die auftretenden Abstützkräfte und die Messempfindlichkeit des Verformungssensors aufeinander abgestimmt sind. Gleichzeitig lässt sich das Abstützlager ausreichend steif für seinen Zweck, und zwar die Übertragung der Abstützkraft von der mindestens einen Bremsbacke auf den Träger, ausbilden. Hierdurch kann das Abstützlager mit besonders geringen Abmessungen dimensioniert werden. Der Unterschied der Steifigkeit des Trägers zur Steifigkeit des Abstützlagers wird bevorzugterweise dadurch hervorgerufen, dass der Träger aus einem anderen Werkstoff ausgebildet ist als das Abstützlager. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es denkbar, dass durch eine gezielte Gestaltung, Dimensionierung und/oder Formgebung des Trägers und/oder des Sollverformungsbereichs und/oder des Abstützlagers die geringere Steifigkeit des Trägers und/oder des Sollverformungsbereichs gegenüber dem Abstützlager realisiert ist. Unter dem Sollverformungsbereich des Trägers ist insbesondere ein Bereich des Trägers zu verstehen, der bei Betrieb der Trommelbremse, also beim Bremsvorgang und der Übertragung der Abstützkraft mittels des Trägers, eine beabsichtigte Verformung erfahren soll. Besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei dem Sollverformungsbereich um einen Bereich des Trägers handelt, dessen Verformung durch den Verformungssensor ermittelbar ist oder ermittelt werden soll. Hierfür ist es besonders bevorzugt, wenn der Sollverformungsbereich gegenüber anderen Bereichen des Trägers, aber mindestens gegenüber einem weiteren oder einem zum Sollverformungsbereich angrenzenden Bereich des Trägers, eine geringere Steifigkeit aufweist. Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Sollverformungsbereich hierfür eine gezielte Materialschwächung und/oder Formgebung aufweist. Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Sollverformungsbereich und/oder der Träger derart ausgebildet oder dimensioniert ist, dass bei Betrieb der Trommelbremse, also beim Bremsvorgang und der Übertragung der Abstützkraft der mindestens einen Bremsbacke, eine möglichst lineare Verformung auftritt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Verformung des Trägers, insbesondere die Verformung des Sollverformungsbereichs, möglichst linear zum Betrag der Abstützkraft ist. Dies trägt zu einer genauen Ermittlung der Bremskraft oder des Bremsmoments aus der Verformung bei, die durch die Abstützkraft hervorgerufen wird. Daher lässt sich ein genaues Bremskraftsignal und/oder Bremsmomentsignal ermitteln oder erzeugen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mindestens eine Materialschwächung aufweist. Durch eine Materialschwächung ist es möglich, eine gezielte Verformung des Trögers, beispielsweise eine linear-elastische Verformung des Trägers, unter Einwirkung einer Abstützkraft, hervorgerufen durch die mindestens eine Bremsbacke der Trommelbremse während eines Bremsvorgangs der Trommelbremse, zu erzielen. Ferner ist die Materialschwächung vorzugsweise derart dimensioniert, dass sich die Verformung des Trägers bei einem Bremsvorgang der Trommelbremse im Messbereich des Verformungssensors befindet. Dadurch können günstige Verformungssensoren genutzt werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Materialschwächung als Ausnehmung ausgebildet ist.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Ausnehmung derart ausgebildet ist, dass sie sich durch den Träger hindurch erstreckt. Alternativ hierzu ist es denkbar, wenn die Ausnehmung derart ausgebildet ist, dass sich eine Reduzierung der Dicke oder der Stärke des Trägers ergibt. Mit anderen Worten erstreckt sich die Ausnehmung in diesem Fall nicht durch den Träger hindurch.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Ausnehmung zumindest teilweise mit einem Werkstoff gefüllt ist, der sich vom Werkstoff des Trägers unterscheidet, sowie eine geringere Steifigkeit aufweist. Hierdurch wird einerseits eine gezielte Verformbarkeit des Trägers erzielt, andererseits wird durch die Füllung ein Schutz des Trägers oder eines in der Ausnehmung angeordneten Verformungssensors realisiert.
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Eines der vorherigen Ausführungsbeispiele oder ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger trapezförmig ausgebildet ist. Insbesondere handelt es sich hierbei um ein gleichschenkliges Trapez. Hierdurch ist es möglich die Bauform des Trägers optimal an die Bauraumgegebenheiten anzupassen und/oder den Kraftfluss zu optimieren. Vorzugsweise ist die Trapezform des Trägers in einer Ebene ausgebildet, in der die mindestens eine Bremsbacke bewegbar ist. Alternativ zur Trapezform ist eine rechteckige, dreieckige, eine Y-förmige, eine U-förmige oder T-förmige Ausgestaltung des Trägers denkbar.
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Eines der vorherigen Ausführungsbeispiele oder ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der trapezförmige Träger eine erste und eine zweite Grundseite aufweist, die parallel zueinander verlaufen, dass die erste Grundseite länger als die zweite Grundseite ist und dass die beiden Grundseiten mittels zweier Schenkelseiten miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist das Abstützlager an der zweiten Grundseite des Trägers angeordnet. Alternativ ist es denkbar, dass die erste Grundseite in einem Winkel zur zweiten Grundseite verläuft. Mit anderen Worten verlaufen beide Grundseiten schräg zueinander, in der Ebene in der die beiden Grundseiten verlaufen. Vorzugsweise, unabhängig von der Form des Trägers, hat das Abstützlager die Form einer Passfeder. Alternativ ist es zweckmäßig, wenn das Abstützlager die Form eines Quaders aufweist oder bogenförmig ausgebildet ist. Darüber hinaus ist es denkbar, dass anstatt einem Abstützlager, zwei Abstützlager vorgesehen sind. Im Fall, dass zwei Abstützlager vorgesehen sind, ist es bevorzugt, wenn jeweils eines der beiden Abstützlagers einer Bremsbacke zugeordnet ist, mit anderen Worten als Abstützlager dient. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn mindestens eines der beiden Abstützlager oder beide Abstützlager als Bolzen oder bolzenförmig ausgebildet sind. Der Querschnitt der Bolzen ist vorzugsweise kreisförmig, oval, mehreckig, oder ein- oder mehrseitig abgeflacht. Die Ausgestaltungen des Abstützlagers oder der Abstützlager ist auf jede Form des Trägers anwendbar. Mit anderen Worten ist die Ausgestaltung der Abstützlager oder des Abstützlagers unabhängig von der Form oder Ausgestaltung des Trägers.
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Eines der vorherigen Ausführungsbeispiele oder ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass sich das Abstützlager quer zu einer Ebene erstreckt, in der sich der Träger erstreckt. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, wenn sich das Abstützlager seitlich zum Träger, entlang der Ebene, in der der Träger angeordnet ist, erstreckt.
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Eines der vorherigen Ausführungsbeispiele oder ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger einen Verformungssensorträger umfasst, wobei der Verformungssensor vom Verformungssensorträger aufgenommen ist, oder dass der Träger eine Aufnahme für den Verformungssensor umfasst, in dem der Verformungssensor aufgenommen ist. Bei der Aufnahme für den Verformungssensor handelt es sich bevorzugterweise um eine vorgesehene Verbindungs- oder Befestigungsstelle des Verformungssensors, an dem der Verformungssensor mit dem Träger, vorzugsweise direkt, alternativ indirekt, verbunden oder befestigt ist. Der Verformungssensorträger ist vorzugsweise separat zum Träger ausgebildet. Auch ist es bevorzugt, wenn der Verformungssensorträger direkt oder indirekt mit dem Träger verbunden oder befestigt ist. Es ist vorteilhaft, wenn der Verformungssensorträger derart mit dem Träger verbunden oder befestigt ist, dass eine Verformung des Trägers zu einer gezielten, vorzugsweise im Verhältnis zur Abstützkraft der Trommelbremse, linearen Verformung des Verformungssensorträgers führt. Insbesondere ist hierbei der Verformungssensor vom Verformungssensorträger derart aufgenommen, mit anderen Worten derart mit dem Verformungssensorträger gekoppelt, dass durch den Verformungssensor die Verformung des Verformungssensorträgers messbar ist, also die Verformung des Trägers indirekt durch den Verformungssensor messbar ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Verformungssensorträger derart angeordnet ist, dass die Verformung des Verformungssensorträgers bei gegebener Abstützkraft höher ist als die Verformung des Trägers. Insbesondere bildet der Verformungssensorträger in dieser Ausführung den Sollverformungsbereich oder einen weiteren Sollverformungsbereich. Eine derartige Anordnung ist zweckmäßigerweise dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungssensor oder der Verformungssensorträger form-, stoff- und/oder kraftschlüssig mit dem Träger verbunden oder befestigt. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn, im Fall, dass ein Verformungssensorträger vorgesehen ist, der Verformungssensor form-, stoff- und/oder kraftschlüssig mit dem Verformungssensorträger verbunden ist.
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Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, wenn der Verformungssensorträger und/oder der Verformungssensor derart mit dem Träger gekoppelt ist, dass eine Verformung, Torsion oder Verwindung des Trägers zu einer Zugbelastung oder einer Scherbelastung des Verformungssensorträgers und/oder des Sollverformungsbereichs führt. Zusätzlich ist es denkbar, dass eine Verformung, eine Torsion oder eine Verwindung des Trägers zu einer Stauchung des Verformungssensorträgers und/oder des Sollverformungsbereichs führt.
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Eines der vorherigen Ausführungsbeispiele oder ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungssensor oder der Verformungssensorträger im oder am Sollverformungsbereich angeordnet ist. Dies trägt zur Messgenauigkeit und Messempfindlichkeit bei. Bevorzugterweise ist der Verformungssensor oder der Verformungssensorträger direkt oder indirekt am Sollverformungsbereich angeordnet.
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Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn der Verformungssensor und/oder Verformungssensorträger und/oder der Sollverformungsbereich auf einer Seite des Trägers angeordnet ist, die dem Abstützlager abgewandt ist.
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Ferner ist es besonders bevorzugt, wenn der Verformungssensorträger und/oder der Verformungssensor eine Ausnehmung, die Ausnehmung oder eine der Ausnehmungen im Träger, insbesondere eine Materialschwächung, die Materialschwächung oder eine der Materialschwächungen des Trägers, überbrückt und/oder in einer solchen angeordnet ist. Bevorzugterweise handelt es sich bei der Ausnehmung um eine gezielte Schwächung des Trägers, die vorzugsweise zu einer gezielten Verformung unter Belastung des Trägers durch die Abstützkraft führt.
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Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn der Verformungssensor und/oder der Verformungssensorträger und/oder der Sollverformungsbereich in einem Bereich des Trägers angeordnet ist, der während des Betriebs der Trommelbremse möglichst kühl bleibt, da die Entfernung zur Wärmequelle möglichst groß ist.
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Eines der vorherigen Ausführungsbeispiele oder ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungssensor beabstandet zum Träger angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Verformungssensor berührungsfrei zum Träger angeordnet. In einem solchen Fall ist es bevorzugt, wenn der Träger und/oder der Sollverformungsbereich magnetisiert ist. Hierfür ist es zweckmäßig, wenn der Träger und/oder der Sollverformungsbereich aus einem ferritischen Metall oder Stahl ausgebildet ist. Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Verformungssensor derart ausgebildet ist, dass er die Ausrichtung des Magnetfelds des Trägers oder des Sollverformungsbereichs erfasst. Hierdurch ist es möglich, mittels des Verformungssensors eine Änderung der Ausrichtung des Magnetfelds des Trägers oder des Sollverformungsbereichs zu erfassen, was durch eine Verformung des Trägers oder des Sollverformungsbereichs hervorgerufen wird. In Abhängigkeit der Ausrichtung oder der Änderung der Ausrichtung des Magnetfelds ist es somit möglich auf die Verformung des Trägers und somit auf die Abstützkraft zu schließen, die proportional zur Bremskraft oder dem Bremsmoment ist. Der Vorteil einer derartigen Messanordnung besteht darin, dass zwischen dem Träger und dem Verformungssensor kein direkter mechanischer Kontakt besteht, durch den Wärme vom Träger auf den Verformungssensor übertragen werden könnte. Der Träger ist nämlich hohen Temperaturen ausgesetzt, die durch die Reibung der mindestens einen Bremsbacke mit der Bremstrommel der Trommelbremse während eines Bremsvorgangs der Trommelbremse hervorgerufen wird. Mit anderen Worten trägt eine derartige Messeanordnung zur Funktionssicherheit und zur Lebensdauer des Verformungssensors bei. Alternativ ist ein SAW-Sensor vorsehbar, der ebenfalls beabstandet zum Träger angeordnet werden kann. In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn der Sollverformungsbereich durch ein Dehnelement, welches vorzugsweise als Metallstreifen ausgebildet ist, ausgebildet. Dieses Dehnelement ist vorzugsweise mit dem Träger derart gekoppelt, dass eine Verformung des Trägers zu einer insbesonderen linearen Verformung des Dehnelements führt.
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Eines der vorherigen Ausführungsbeispiele oder ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger derart angeordnet ist, dass eine Abstützkraft mittels des Abstützlagers von der mindestens einen Bremsbacke auf den Träger übertragbar ist. Mit anderen Worten bildet das Abstützlager vorzugsweise eine Krafteinleitungsstelle für die mindestens eine Bremsbacke oder jeweils eine Krafteinleitungsstelle für jede Bremsbacke. Wenn der Träger mit einem Achsschenkel oder einen Radträger verbunden oder mit einem von beiden befestigt ist, leitet der Träger die Abstützkraft auf den Radträger oder den Achsschenkel weiter. Mit anderen Worten bildet der Träger einen Kraftpfad von der mindestens einen Bremsbacke über das Abstützlager zu dem Radträger oder dem Achsschenkel.
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Die Aufgabe bezüglich des Bremssystems wird dadurch gelöst, dass ein Bremssystem mit mindestens einer erfindungsgemäßen Trommelbremse bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird ein Bremssystem geschaffen, welches sich durch seine besondere Funktionssicherheit und Genauigkeit hinsichtlich der Ermittlung der Bremskraft und/oder des Bremsmoments auszeichnet. Gleichzeitig handelt es sich hierbei um einen äußerst einfachen und kostengünstigen Aufbau eines derartigen Bremssystems. Es ist bevorzugt, wenn das Bremssystem eine, zwei, drei, vier oder mehr als vier derartige Trommelbremsen umfasst.
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Die Aufgabe bezüglich des Fahrzeugs wird dadurch gelöst, dass ein Fahrzeug mit mindestens einer erfindungsgemäßen Trommelbremse oder mit dem erfindungsgemäßen Bremssystem bereitgestellt wird. Bevorzugterweise handelt es sich um ein Kraftfahrzeug, welches insbesondere einen elektrischen Abtrieb umfasst.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass ein Bremskraftsignal oder ein Bremsmomentsignal mittels der erfindungsgemäßen Trommelbremse oder einem erfindungsgemäßen Bremssystem ermittelbar oder erzeugbar ist. Ferner ist es bevorzugt, wenn mindestens eine Achse des Fahrzeugs oder jede Achse des Fahrzeug über zwei derartige Trommelbremsen verfügt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems und/oder eines Fahrerassistenzsystems unter Verwendung des Bremskraftsignals oder des Bremsmomentsignals bereitzustellen. Bei dem Bremssystem handelt es sich bevorzugterweise um das erfindungsgemäße Bremssystem.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Ermittlung der Bremskraft oder des Bremsmoments einer Trommelbremse bereitzustellen, wobei das Verfahren die Messung der Verformung eines Trägers und die Ermittlung der Bremskraft oder des Bremsmoments aus der gemessenen Verformung umfasst. Es ist bevorzugt, wenn es sich bei der Trommelbremse um die erfindungsgemäße Trommelbremse handelt. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Verformung des Trägers mittels eines Verformungssensors durchgeführt wird. Bei dem Verformungssensor handelt es sich bevorzugterweise um einen der Typen der zuvor genannten Verformungssensoren der erfindungsgemäßen Trommelbremse. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn es sich bei dem Träger, um den Träger der erfindungsgemäßen Trommelbremse handelt. Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Messung der Verformung des Trägers an dem Sollverformungsbereich des Trägers vorgenommen wird. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Ermittlung der Bremskraft oder des Bremsmoments durch eine Auswerteeinheit vorgenommen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn aus der ermittelten Bremskraft oder des ermittelten Bremsmoments ein Bremskraftsignal oder ein Bremsmomentsignal generiert wird. Bevorzugterweise handelt es sich hierbei um eines der zuvor genannten erfindungsgemäßen Signale.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug,
- 2 eine erfindungsgemäße Trommelbremse,
- 3 einen Träger der erfindungsgemäßen Trommelbremse, und
- 4 einen Abschnitt des Trägers aus 3.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 30, welches als Kraftfahrzeug mit zwei Achsen und Elektroantrieb ausgebildet ist. Das Fahrzeug 30 umfasst ein erfindungsgemäßes Bremssystem 20, welches vier erfindungsgemäße Trommelbremsen 1 aufweist. Von den vier erfindungsgemäßen Trommelbremsen 1 sind jeweils zwei Trommelbremsen 1 einer Achse des Fahrzeugs 30 zugeordnet. Die Trommelbremsen 1 sind sowohl als Betriebsbremse als auch als Feststellbremse ausgebildet und daher als solche betreibbar. Ferner umfasst das Bremssystem 20 ein Steuergerät 21, durch die die Trommelbremsen 1 betreibbar sind und Bremssignale, wie beispielsweise Bremskraftsignale oder Bremsmomentsignale auswertbar sind. Darüber hinaus ist das Steuergerät 21 derart ausgebildet, dass es das Bremssystem 20 als Fahrerassistenzsystem betreiben kann. Hierzu ist es denkbar, dass weitere Signale von weiteren Sensoren des Fahrzeugs 30 im Steuergerät 21 verarbeitet werden.
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Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Trommelbremse 1 aus 1. Die Trommelbremse 1 umfasst einen Träger 2a, der über eine Trägerverbindung 2b mit einem Achsschenkel 11 verbunden ist. Die beiden Bremsbacken 4 weisen jeweils einen Bremsbelag 5 auf. Die Bremsbacken 4 sind mittels eines Aktuators 7, der als elektrischer Aktuator ausgebildet ist, in Radialrichtung 8a gegen eine in Rotationsrichtung 8b rotierbare Bremstrommel 6 bewegbar, sodass es bei einer Berührung der Bremsbeläge 5 mit der rotierenden Bremstrommel 6 zu einer Abbremsung der Bremstrommel kommt. Der Aktuator 7 kann alternativ als hydraulischer Aktuator ausgebildet sein. Durch die Reibung zwischen den Bremsbelegen 5 und der Bremstrommel 6 entsteht eine Abstützkraft, die mittels der Bremsbacken 4 über ein Abstützlager 3a in den Träger 2a geleitet und auf den Achsschenkel 11 übertragen wird. Der Achsschenkel ist mit einer Peripherie verbindbar, der die auftretende Abstützkraft aufnehmen kann.
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Die 3 zeigt den Träger 2a der Trommelbremse aus 2. Zu erkennen sind die zwei Trägerverbindungen 2b und dass der Träger 2a die Form eines Trapez aufweist. Ferner ist der Träger 2a aus Metall ausgebildet und weist gewichtsreduzierende Ausnehmungen auf. Darüber hinaus ist das separat ausgebildete Abstützlager 3a zu sehen, welches mittels einer Abstützlagerverbindung 3b, die als Schraubenverbindung 3b ausgebildet ist, mit dem Träger 2a kraftübertragend verbindbar ist. Auch das Abstützlager 3a ist aus Metall ausgebildet, weist aber gegenüber dem Träger 2a aufgrund der Werkstoffwahl und seiner Form eine höhere Steifigkeit auf. Der Träger 2a weist ferner Versteifungsrippen 2c zwischen den Trägerverbindungen 2b und der Befestigungsstelle zwischen dem Träger 2a und dem Abstützlager 3a auf.
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Die 4 zeigt einen Abschnitt des Trägers 2a aus 3. Im Vergleich zur 3 ist hier die dem Abstützlager 3a abgewandte Seite des Trägers 2a zu sehen. Zu erkennen ist ein Verformungssensorträger 9, der eine Ausnehmung des Trägers 2a überbrückt und mittels einer Schraubenverbindung mit dem Träger 2a verbunden ist. Auf dem Verformungssensorträger 9 ist ein Verformungssensor 10, der als piezoresistiver Verformungssensor 10 ausgebildet ist, als Teil einer Vollbrücke aufgenommen. Die Vollbrücke mit dem Verformungssensor 10 ist in einem Winkel von 45° zur Erstreckungsrichtung des Verformungssensor Trägers 9 angeordnet. Hierdurch lassen sich Verformungen des Trägers 2a indirekt über die Verformung des Verformungssensorträgers 9 messen. Durch die ermittelte Verformung des Trägers 2a lässt sich die Bremskraft und/oder das Bremsmoment der Trommelbremse ermitteln.
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Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 4 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
