DE10259629A1 - Brems-oder Kupplungsbelag mit integrierter Kraftmessung - Google Patents
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Abstract
Der erfindungsgemäße Bremsbelag 1 weist eine Trägerplatte 2 auf, die auf Holmen 3 verschiebbar gelagert ist. Auf der Oberseite der Trägerplatte 2 ist ein Reibbelag 4 angeordnet. Die Trägerplatte 2 ist durch einen Kolben 6 an eine Bremsscheibe 5 andrückbar. Zur Messung der wirkenden Kräfte sind eine oder mehrere funktionale Schichten 7, 8, 9, 10 vorgesehen, deren elektrischer Widerstand sich bei Druckbeaufschlagung ändert. Aus dem elektrischen Widerstand werden dann die Kräfte abgeleitet. Kräfte in Bewegungsrichtung der Trägerplatte 2 können beispielsweise über die funktionalen Schichten 7, 8 oder 9 gemessen werden, während Kräfte in Umfangsrichtung über die funktionalen Schichten 10 gemessen werden. Die Erfindung gestattet eine besonders einfache Erfassung von Kräften.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von auf einen Reibbelag einer Bremse oder Kupplung aufgebrachten Kräften. Die Erfindung betrifft ferner einen Brems- oder Kupplungsbelag, der eine Trägerplatte und einen gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Underlayerschicht auf der Trägerplatte angeordneten Reibbelag aufweist.
- Es ist bekannt, Bremssysteme elektronisch zu überwachen. Dabei wird üblicherweise der Druck im Hydrauliksystem bzw. im pneumatischen System der Bremsanlage erfaßt. Die gewonnenen Daten lassen jedoch nur Rückschlüsse auf den hydraulischen bzw. pneumatischen Druck in dem jeweiligen Bremskreis zu. Dieser Druck entspricht nicht immer dem wahren Anpreßdruck des Reibbelags.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der auf konstruktiv einfache Weise der wahre Anpreßdruck des Reibbelags in situ ermittelt werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Messen von auf einen Reibbelag einer Bremse oder Kupplung aufgebrachten Kräften, wobei ein erster elektrischer Widerstand einer dem Reibbelag zugeordneten ersten funktionalen Schicht gemessen wird und wobei aus dem elektrischen Widerstand die Kräfte abgeleitet werden.
- Die funktionale Schicht kann beispielsweise eine piezoresistive Hartstoffschicht sein, die bei Verformung bzw. Druckbeaufschlagung ihren elektrischen Widerstand ändert. Die Erfindung gestattet es, daß aus dem ersten elektrischen Widerstand die unmittelbar auf jeden einzelnen Reibbelag einwirkenden Druckkräfte abgeleitet werden. Auf Basis der gewonnenen Daten ist die Optimierung eines Bremsverlaufes oder beispielsweise die Überwachung von Grenzwerten möglich.
- Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die für die Widerstandsmessung notwendige funktionale Schicht kostengünstig ist und einfach in eine Bremse oder Kupplung eingebaut werden kann. Im übrigen ist auch der benötigte Platz denkbar gering, da eine derartige Schicht nur eine Dicke im Bereich von Bruchteilen von Millimetern bis zu einigen wenigen Millimetern aufweist.
- Vorzugsweise werden zusätzlich oder alternativ zu den Druckkräften Kräfte in Umfangsrichtung des Reibbelags erfaßt.
- Bei einem Brems- oder Kupplungsvorgang treten in aller Regel neben reinen Druckkräften auch Kräfte in Umfangsrichtung des Reibbelags auf. Es kann gewünscht sein, die Anteile der entsprechenden Kraftkomponenten an der Gesamtkraft genauer zu bestimmen. In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß ein zweiter elektrischer Widerstand einer im wesentlichen in Umfangsrichtung des Reibbelags belasteten zweiten funktionalen Schicht gemessen wird, wobei aus dem zweiten elektrischen Widerstand der Kraftanteil in Umfangsrichtung abgeleitet wird und wobei die aus dem ersten elektrischen Widerstand abgeleitete Kraft ggf. um den Kraftanteil in Umfangsrichtung korrigiert wird. Man erhält also eine genaue Aussage über die tatsächlich auf den Reibbelag wirkende Andruckkraft. Selbstverständlich läßt sich mit dem gleichen Prinzip auch eine Aussage über die tatsächliche Kraft in Umfangsrichtung des Reibbelags ableiten.
- Während eine Bremsscheibe bei einen Bremsvorgang ohne weiteres mehrere 100° C heiß werden kann, liegt die maximale Temperaturschwankung an der der Bremsscheibe abgewandten Belagträgerrückenplatte in einer Größenordnung von lediglich ca. 100° C bis 150 ° C. In diesem Temperaturbereich arbeiten die Schichten hinreichend genau.
- Für eine bessere Temperaturkompensation wird vorgeschlagen, daß ein dritter elektrischer Widerstand einer unbelasteten dritten funktionalen Schicht gemessen wird, wobei aus dem dritten Widerstand ein Temperaturanteil abgeleitet wird und wobei die aus dem ersten elektrischen Widerstand abgeleitete Kraft um den Temperaturanteil korrigiert wird. Es wird also eine mit Temperaturerhöhung einhergehende Änderung des Widerstandes der dritten funktionalen Schicht erfaßt und mit dem durch die erste funktionale Schicht gewonnenen Meßergebnis verrechnet. Gleichmaßen denkbar, wenn auch teurer, ist die Temperaturerfassung über gesonderte herkömmliche Temperatursensoren. Alternativ können ebenfalls aus Systemdaten wie Raddrehzahl, Wärmeleitfähigkeit und hydraulischem Bremsdruck Korrekturwerte gewonnen werden.
- Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Brems- oder Kupplungsbelag, mit einer Trägerplatte, einem gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Underlayerschicht auf der Trägerplatte angeordneten Reibbelag und mindestens einer der Trägerplatte zugeordneten funktionalen Schicht zum Messen von auf den Reibbelag aufgebrachten Kräften, wobei die funktionale Schicht einen elektrischen Widerstand aufweist, der sich zumindest in einem Bereich mit der wirkenden Kraft ändert.
- Ein derartiger Brems- oder Kupplungsbelag ist einfach aufgebaut. Die funktionale Schicht nimmt – wie eingangs erwähnt – nur ein geringstes Maß an Platz in Anspruch. Sie kann beispielweise zwischen dem Reibbelag bzw. der Underlayermasse und der Trägerplatte und/oder zwischen einer den Bremsbelag tragenden Halterung und der Trägerplatte angeordnet sein. Die funktionale Schicht ist also ein integraler Bestandteil des Brems- oder Kupplungsbelags. Gesonderte Sensoren, wie sie bisher notwendig waren, können entfallen.
- Vorzugsweise erstreckt sich die funktionale Schicht im wesentlichen über die gesamte Längserstreckung des Reibbelags. Dies macht eine Kontaktierung der funktionalen Schicht besonders einfach. Sie kann an den Seiten des Reibbelags vorgesehen werden. Im übrigen ist eine großflächige Anordnung der funktionalen Schicht insgesamt günstiger, da der Einfluß von örtlichen Abweichungen abgeschwächt wird.
- Alternativ können mehrere Felder von funktionalen Schichten angeordnet sein, die eine örtliche, sich über einen belasteten Reibbelag ändernde Kraft erfassen. Die Felder können beispielsweise streifenförmig ausgebildet sein. Ganz allgemein braucht die funktionale Schicht maximal so groß zu sein wie der tatsächlich belastete Bereich. Auf der dem Reibbelag abgewandten Seite der Trägerplatte wird eine kolbenbelastete Schicht also im wesentlichen die Größe der Kolbenquerschnittsfläche aufweisen.
- Die funktionale Schicht kann ein- oder beidseitig mit einer Isolierung versehen sein. Eine derartige Isolierung ist abgestimmt sowohl auf die funktionale Schicht als auch auf gegebenenfalls angrenzende Schichten, wie z.B. die Underlayerschicht. Durchaus denkbar ist jedoch auch, daß keine Isolierung vorgesehen ist, sondern daß die funktionale Schicht unmittelbar auf der Trägerplatte angeordnet ist. Die Trägerplatte stellt dann einen im wesentlichen konstanten parallelen Widerstand dar, der bei der Datengewinnung berücksichtigt wird. Auch bei einer leitenden Umgebung der funktionalen Schicht ist also die Widerstandsänderung der funktionalen Schicht hinreichend genau meßbar.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
-
1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bremsanordnung. - Der Bremsbelag
1 weist eine Trägerplatte2 auf, die rechts und links in der Figur durch eine Führungseinrichtung gehalten ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Führungseinrichtung Holme3 auf. Die Trägerplatte2 ist auf den Holmen3 verschiebbar gelagert. - Die Trägerplatte
2 weist eine Vorderseite2A und eine Rückseite2B auf. Auf der Vorderseite2A ist ein Reibbelag4 aufgebracht, der gegen eine Bremsscheibe5 preßbar ist. Zwischen der Trägerplatte2 und dem Reibbelag4 kann eine (nicht gezeigte) Underlayerschicht vorgesehen sein. - Auf der Rückseite
2B der Trägerplatte2 befindet sich ein Bremskolben6 , der mit einer Kolben-Druckfläche6A auf die Trägerplatte2 einwirken kann. Auf diese Weise wird der Bremsbelag1 durch den Kolbendruck auf den Holmen3 bewegt und mit dem Reibbelag4 gegen die Bremsscheibe5 gepreßt. Die Preßkraft des Reibbelages4 gegen die Bremsscheibe5 kann durch eine Mehrzahl von dem Bremsbelag1 zugeordneten funktionalen Schichten7 ,8 ,9 erfaßt werden, wobei nur aus Darstellungsgründen die funktionalen Schichten gemeinsam gezeigt sind. In der Praxis wird man in aller Regel nur jeweils eine der funktionalen Schichten wählen. - Die funktionale Schicht
7 befindet sich auf der Kolben-Andruckfläche6A des Bremskolbens6 und ist über zwei elektrisch leitende Drähte7A kontaktiert. Die Drähte7A sind im Innenbereich des Kolbens geführt und damit vor der Umgebung geschützt. Die bei einer Bremsung zwischen der Rückseite2B der Trägerplatte2 und der Kolben-Andruckfläche6A wirkende Kraft ruft in der dazwischen liegenden funktionalen Schicht7 eine Widerstandsänderung hervor, die über die Drähte7A erfaßt wird. Aus der Widerstandsänderung läßt sich die Größe der Kraft bestimmen und damit der Bremsvorgang optimieren. - Die funktionale Schicht
7 verbleibt auch bei einem Austausch des Bremsbelages am Kolben6 und erspart eine Verkabelung des Bremsbelages, die bei einem Austausch sonst gelöst und neu verbunden werden müßte. - Die funktionale Schicht
8 ist ebenfalls zwischen der Rückseite2B der Trägerplatte2 und der Kolben-Andruckfläche6A angebracht, und zwar unmittelbar auf der Rückseite2B der Trägerplatte2 . Die funktionale Schicht8 ist über zwei Drähte8A kontaktiert. Die Widerstandsänderung dieser funktionalen Schicht8 ist ebenfalls abhängig vom Kolben-Anpreßdruck. - Die funktionale Schicht
9 ist zwischen der Oberseite2A der Trägerplatte2 und dem Reibbelag4 angeordnet. Die Schicht9 wird beidseitig durch den Reibbelag und die Trä gerplatte2 geschützt. Nicht gezeigte elektrische Ableitungen werden an der Oberseite2A der Trägerplatte2 entlang auf deren Rückseite2B geführt. - Im Bereich der Halterungen
3 sind zusätzliche oder alternative funktionale Schichten10 angeordnet. Vorzugsweise sind diese Schichten in einem Bereich angeordnet, in dem die Trägerplatte2 mit den Halterungen3 in Anlage kommt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies die Innenseite der die Holme3 aufnehmenden Öffnungen in der Trägerplatte. Denkbar ist auch eine Anbringung an den Holmen3 selbst. Durch die Widerstandsänderung der Schichten10 werden während eines Bremsvorgangs in Umfangsrichtung der Bremsscheibe5 und damit in Umfangsrichtung des Reibbelages4 wirkende Kräfte erfaßt. Die mit einem Pfeil11 gekennzeichnete in der Zeichnungsebene nach links wirkende Umfangskraft preßt die Halterung3 gegen die linke funktionale Schicht10 . Die Widerstandsänderung dieser Schicht wird über zwei kontaktierte Drähte10A erfaßt. - In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine weitere Schicht, nämliche eine freiliegende funktionale Schicht
12 in der Nähe der funktionalen Schicht8 auf der Rückseite2B der Trägerplatte2 angeordnet. Die Schicht12 ist dem Anpreßdruck des Kolbens nicht ausgesetzt. Die Widerstandsänderung dieser unbelasteten Schicht kann verwendet werden, um entweder eine Systemtemperatur zu bestimmen, oder darüber hinaus den Temperaturanteil an der Widerstandsänderung einer belasteten Schicht zu korrigieren. Hierfür wird die bei einer Bremsung auftretende Widerstandsänderung der Schicht erfaßt. Die ermittelten werte sind auf die Temperaturänderung zurückzuführen. Für die benachbarte druckbeaufschlagte Schicht8 wird also eine Kompensationsgröße ermittelt, die es gestattet, den ermittelten Widerstandswert der Schicht8 um einen eventuellen Temperaturanteil zu korrigieren. Selbstverständlich ist es ebenfalls denkbar, eine derartige freiliegende Schicht auf der Oberseite2A der Trägerplatte2 anzuordnen, die der Schicht9 zugeordnet ist. Vorzugsweise haben die jeweils belastete und die unbelastete Schicht gleiche Eigenschaften und Abmessungen. Dies erleichtert die Abstimmung. - Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So ist im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel eine Scheibenbremse gezeigt. Gleichermaßen ist jedoch die Erfindung anwendbar auf beispielsweise eine Trommelbremse oder eine Kupplung. Auch sind mehrere Kolben
6 denkbar, die jeweils eine funktionale Schicht7 tragen können. - Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß lediglich zur besseren Darstellung eine Mehrzahl von funktionalen Schichten in
1 gezeigt sind. Tatsächlich ist die Erfindung bereits mit einer einzigen Schicht anwendbar. Als besonders vorteilhaft wird es jedoch angesehen, eine funktionale Schicht in Richtung der Druckbeaufschlagung des Reibbelags vorzusehen und eine weitere Schicht in Umfangsrichtung, wobei unter Umfangsrichtung im wesentlichen die Richtung quer zur Richtung der Druckbeaufschlagung verstanden wird. Im übrigen kann auch die Halterung der Trägerplatte variieren. Nur beispielsweise sei eine klauenartige Aufhängung der Trägerplatte genannt.
Claims (10)
- Verfahren zum Messen von auf einen Reibbelag einer Bremse oder Kupplung aufgebrachten Kräften, wobei ein erster elektrischer Widerstand mindestens einer dem Reibbelag zugeordneten funktionalen Schicht gemessen wird und wobei aus dem ersten elektrischen Widerstand die Kräfte ermittelt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Druckkräfte aus dem elektrischen Widerstand ermittelt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kräfte in Umfangsrichtung des Belags ermittelt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter elektrischer widerstand einer im wesentlichen in Umfangsrichtung des Reibbelags belasteten zweiten funktionalen Schicht gemessen wird, wobei aus dem zweiten elektrischen Widerstand der Kraftanteil in' Umfangsrichtung ermittelt wird und wobei die aus dem ersten elektrischen Widerstand ermittelte Kraft um den Kraftanteil in Umfangsrichtung korrigiert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter elektrischer Widerstand einer unbelasteten dritten funktionalen Schicht gemessen wird, wobei aus dem dritten elektrischen Widerstand ein Temperaturanteil ermittelt wird und wobei die aus dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Widerstand ermittelte Kraft um den Temperaturanteil korrigiert wird.
- Brems- oder Kupplungsbelag, mit einer Trägerplatte, einem gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Underlayerschicht auf der Trägerplatte angeordneten Reibbelag und mindestens einer der Trägerplatte zugeordneten funktionalen Schicht zum Messen von auf den Reibbelag aufgebrachten Kräften, wobei die funktionale Schicht einen elektrischen Widerstand aufweist, der sich zumindest in einem Bereich mit der Kraft ändert.
- Brems- oder Kupplungsbelag nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionale Schicht zwischen dem Reibbelag und der Trägerplatte, zwischen der Underlayermasse und dem Reibbelag oder zwischen der Underlayermasse und der Trägerplatte und/oder zwischen einer den Bremsbelag tragenden Halterung und der Trägerplatte angeordnet ist.
- Brems- oder Kupplungsbelag nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die funktionale Schicht im wesentlichen über die gesamte Längserstreckung des Reibbelags erstreckt.
- Brems- oder Kupplungsbelag nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionale Schicht unmittelbar auf der Trägerplatte angeordnet ist.
- Brems- oder Kupplungsbelag nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionale Schicht über eine Verdrahtung kontaktiert ist, wobei die Verdrahtung über vorzugsweise eine Steckverbindung lösbar ist.
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