DE112022003483T5

DE112022003483T5 - Nockenwellen-drehsensor-montageanordnung

Info

Publication number: DE112022003483T5
Application number: DE112022003483.1T
Authority: DE
Inventors: Jay D. White; Matthew G. Chapman; Jeffrey R. Wittlinger; Francisco J. Arevalo; Kurtis R. Bowen; Nathan A. Nicholas; Jeff R. Zawacki; Dhawal P. Dharaiya
Original assignee: Hendrickson USA LLC
Current assignee: Hendrickson USA LLC
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2024-05-16
Also published as: US20230010201A1; WO2023283324A1; MX2023014336A; AU2022307876A1; CA3231014A1; CN117616212A

Abstract

Eine Sensormontageanordnung für ein Trommelbremsensystem eines Schwerlastfahrzeugs weist eine Sensoranordnung auf, die an einem Nockenrohr der Trommelbremsenanordnung montiert ist. Das Nockenrohr ist mit einer Öffnung ausgebildet. Die Sensoranordnung weist einen Detektor, der zumindest teilweise in der Öffnung des Nockenrohrs oder angrenzend an diese angeordnet ist, und ein Target auf, das um eine Außenfläche einer Nockenwelle der Trommelbremsenanordnung angeordnet ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 63/220,133 , eingereicht am 9. Juli 2021.
HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf den Bereich der Bremssysteme für Schwerlastfahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Bremssysteme für Schwerlastfahrzeuge, die Trommelbremsen einsetzen. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Sensormontageanordnung zur Messung einer Nockenwellendrehung während des Bremsens und einer gesamten Nockenwellendrehung unter Verwendung eines Sensors, der zumindest teilweise in einem Nockenrohr des Trommelbremssystems montiert ist, wodurch eine Sensormontageanordnung bereitgestellt wird, die robust und genau ist und die Montage und Wartung des Bremsensystems nur minimal beeinträchtigt.
STAND DER TECHNIK
Der Einsatz von Bremssystemen bei Schwerlastfahrzeugen ist wohlbekannt. Der Klarheit und Einfachheit halber wird auf ein Schwerlastfahrzeuge Bezug genommen, mit dem Verständnis, dass ein derartiger Bezug Lastwagen, Sattelzüge oder Sattelanhänger, Anhänger und dergleichen einschließt. Gängige Arten von Bremssystemen für Schwerlastfahrzeuge umfassen in der Regel Scheibenbremsensysteme und Trommelbremsensysteme.
Trommelbremsensysteme sind im Allgemeinen in ein Achs-/Aufhängungssystem integriert und umfassen in der Regel eine Bremstrommel, die an einer Radnabe einer drehbar an einem außenliegenden Ende der Achse montierten Radendanordnung montiert ist. Die Bremstrommel weist in der Regel ein Paar von Bremsbacken auf, die in der Bremstrommel untergebracht sind. Jede Bremsbacke hat einen Opfer-Bremsbelag mit hohem Reibungskoeffizienten, der an einer metallischen Stützplatte oder einem Backentisch montiert ist und in einer radial beabstandeten Beziehung zur inneren Bremsfläche der Bremstrommel gehalten wird. Ein S-Nocken, der am außenliegenden Ende einer Nockenwelle einer Nockenwellenanordnung des Trommelbremsensystems befestigt ist, greift in ein Paar von Rollen ein, wobei jede Rolle mit einem Ende einer entsprechenden Bremsbacke verbunden ist. Trommelbremsensysteme können auch einen Gestängesteller aufweisen, der am innenliegenden verzahnten Ende der Nockenwelle befestigt ist.
Wenn ein Fahrer des Schwerlastfahrzeugs die Bremsen des Fahrzeugs betätigt, wird bekanntermaßen Druckluft von einer Luftzufuhrquelle, z. B. einem Kompressor und/oder einem Lufttank, durch Luftrohre oder -leitungen zu einer Bremskammer geleitet. Die Bremskammer wandelt die Druckluft in mechanische Kraft um und bewegt eine Stößelstange. Die Stößelstange wiederum bewegt den Gestängesteller, wodurch eine Drehung der Nockenwelle und des S-Nockens bewirkt wird und die Bremsbeläge gegen die innere Bremsfläche der Bremstrommel gedrückt werden, wodurch Reibung entsteht und das Schwerlastfahrzeug verlangsamt oder angehalten wird. Sobald der Fahrer des Schwerlastfahrzeugs die Bremsen löst, drehen sich die Nockenwelle und damit der S-Nocken zurück, so dass die radial beabstandete Beziehung zwischen dem Bremsbelag und der inneren Bremsfläche der Bremstrommeln wiederhergestellt werden kann. Der Gestängesteller hält den voreingestellten Abstand oder das Spiel zwischen dem Bremsbelag und der inneren Bremsfläche der Bremstrommel aufrecht, wenn der Bremsbelag verschleißt.
Um potenziell unsichere Zustände zu vermeiden und eine rechtzeitige Wartung der Komponenten des Trommelbremsensystems an den einzelnen Radenden zu gewährleisten, wurden bisher Sensormontagesysteme nach dem Stand der Technik eingesetzt. Genauer gesagt, da die Drehung der Nockenwelle proportional zum von der Bremsluftkammer erzeugten Hub der Stößelstange ist, werden zur Messung der Drehung der Nockenwelle bei Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik im Allgemeinen externe Komponenten verwendet, die am verzahnten Ende oder am S-Nocken der Nockenwelle angebracht, am Gestängesteller befestigt oder innerhalb des Gestängestellers angeordnet werden.
Die Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik haben jedoch Nachteile, Schwächen und Einschränkungen. Insbesondere haben zahlreiche Hersteller Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik konzipiert, bei denen eigene Sensiervorrichtungen eingesetzt werden, die in ihre Gestängesteller integriert sind. Zwar sind Sensoren von Drittanbietern erhältlich, jedoch passen sie in der Regel nur zu bestimmten handelsüblichen Arten von Gestängestellern oder können nur so angepasst werden, dass sie direkt an dem S-Nocken, einem modifizierten innenliegenden Ende der Nockenwelle oder der Achse oder anderen Komponenten des Aufhängungssystems befestigt werden können. Genauer gesagt sind diese Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik im Allgemeinen in Bereichen positioniert, die potenziellen Aufprallschäden ausgesetzt sind, in Bereichen, die die Montage, die Demontage und/oder die Wartung des Trommelbremsensystems und des Schwerlastfahrzeugs beeinträchtigen oder komplizierter machen, und/oder in Bereichen, die die Sensiervorrichtungen potenziell Umgebungsbedingungen, wie z. B. extremen Temperaturen, aussetzen, die sich potenziell negativ auf die Genauigkeit und Lebensdauer der Sensiervorrichtung auswirken. Darüber hinaus ist die Funktionalität einiger Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik begrenzt. Insbesondere sind einige Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik in der Lage, die Länge des von der Bremsluftkammer erzeugten Hubs der Stößelstange anzugeben, aber nicht in der Lage, die Verschleißgrenzen der Bremsbeläge oder die verfügbare Hebung des S-Nockens vorherzusagen.
Daher besteht Bedarf an einer Sensormontageanordnung, welche von einem handelsüblichen Gestängesteller getrennt ist und mit diesem verwendet werden kann, welche die Nockenwellendrehung während des Bremsens sowie die gesamte Nockenwellendrehung während der Nockenwellenverstellung genau überwacht, um den Verschleiß des Bremsbelags zu kompensieren, welche so positioniert ist, dass sie nicht potenziellen Aufprallschäden und Umweltbelastung ausgesetzt wird, und welche die Wartung und Montage des Trommelbremsensystems nicht beeinträchtigt oder komplizierter macht.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Zu den Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehört das Bereitstellen einer Sensormontageanordnung, die von jedem handelsüblichen Gestängesteller getrennt und mit diesem verwendbar ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Sensormontageanordnung, die die Nockenwellendrehung während des Bremsens und die gesamte Nockenwellendrehung während der Verstellung und des Bremsbelagverbrauchs genau überwacht.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Sensormontageanordnung, die so positioniert ist, dass sie nicht potenziellen Aufprallschäden und Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Sensormontageanordnung, die die Wartung und Montage des Trommelbremsensystems nicht beeinträchtigt oder komplizierter macht.
Diese Aufgaben und Vorteile werden mittels der Sensormontageanordnung für ein Trommelbremsensystem eines Schwerlastfahrzeugs gelöst und erreicht, die eine Sensoranordnung aufweist, die an einem Nockenrohr der Trommelbremsenanordnung montiert ist. Das Nockenrohr ist mit einer Öffnung ausgebildet. Die Sensoranordnung weist einen Detektor, der zumindest teilweise in der Öffnung des Nockenrohrs oder angrenzend an diese angeordnet ist, und ein Target auf, das um eine Außenfläche einer Nockenwelle der Trommelbremsenanordnung angeordnet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche die beste Ausführungsform darstellt, in der die Anmelder die Anwendung der Grundsätze in Betracht gezogen haben, ist in der folgenden Beschreibung dargelegt und in den Zeichnungen dargestellt und wird in den beigefügten Ansprüchen besonders und deutlich hervorgehoben und dargelegt.

1 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, einer Trommelbremsenanordnung, die in ein Achs-/Aufhängungssystem integriert ist;
2 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, der in 1 gezeigten Trommelbremsenanordnung, wobei die Bremstrommel entfernt ist und die Nockenwelle in dem Nockenrohr angeordnet gezeigt ist;
3A zeigt eine diagrammatische Schnittansicht der in den 1-2 gezeigten Trommelbremsenanordnung mit Darstellung der Bremstrommelinnenfläche als einen gestrichelten Kreis und mit Veranschaulichung der Drehposition des S-Nockens, wenn sich neue Bremsbacken mit erweiterten Betriebsbremsbelägen in einer zusammengeklappten Position befinden;
3B zeigt eine diagrammatische Schnittansicht der in den 1-2 gezeigten Trommelbremsenanordnung mit Darstellung der Bremstrommelinnenfläche als einen gestrichelten Kreis und mit Veranschaulichung der Drehposition des S-Nockens, wenn sich neue Bremsbacken mit Standardbetriebsbremsbelägen in einer zusammengeklappten Position befinden;
3C zeigt eine diagrammatische Schnittansicht der in 3A gezeigten Trommelbremsenanordnung mit Veranschaulichung der Drehposition des S-Nockens, wenn neue Bremsbacken mit erweiterten Betriebsbremsbelägen mit Spiel eingestellt wurden;
3D zeigt eine diagrammatische Schnittansicht der in 3B gezeigten Trommelbremsenanordnung mit Veranschaulichung der Drehposition des S-Nockens, wenn neue Bremsbacken mit Standardbetriebsbremsbelägen mit Spiel eingestellt wurden;
3E zeigt eine diagrammatische Schnittansicht der in den 3A und 3C gezeigten Trommelbremsenanordnung mit Veranschaulichung der Drehposition des S-Nockens, wenn sich neue Bremsbacken mit erweiterten Betriebsbremsbelägen in einem abgenutzten Zustand befinden;
3F zeigt eine diagrammatische Schnittansicht der in den 3B und 3D gezeigten Trommelbremsenanordnung mit Veranschaulichung der Drehposition des S-Nockens, wenn sich neue Bremsbacken mit Standardbetriebsbremsbelägen in einem abgenutzten Zustand befinden;
3G zeigt eine diagrammatische Schnittansicht der in den 3A, 3C und 3E gezeigten Trommelbremsenanordnung mit Veranschaulichung der Drehposition des S-Nockens, wenn neue Bremsbacken mit erweiterten Betriebsbremsbelägen kurz vor dem Umkippen oder Umschlagen des S-Nockens stehen;
3H zeigt eine diagrammatische Schnittansicht der in den 3B, 3D und 3F gezeigten Trommelbremsenanordnung mit Veranschaulichung der Drehposition des S-Nockens, wenn neue Bremsbacken mit Standardbetriebsbremsbelägen kurz vor dem Umkippen oder Umschlagen des S-Nockens stehen;
4 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, einer Trommelbremsenanordnung, die in ein Achs-/Aufhängungssystem integriert ist und ein Ausführungsbeispiel einer Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, der in 4 gezeigten Trommelbremsenanordnung, wobei die Bremstrommel entfernt und die Nockenwelle im Schnitt gezeigt wird;
6 zeigt eine aufrissartige Schnittansicht des Ausführungsbeispiels der in den 4-5 gezeigten und am Nockenrohr montierten Sensor-Montageanordnung;
7 zeigt eine perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, des Ausführungsbeispiels der in den 4-6 gezeigten Sensor-Montageanordnung mit Darstellung einer Variation der Sensoranordnung, die einen Hall-Effekt-Sensor einsetzt;
8 zeigt eine aufrissartige Ansicht, teilweise geschnitten, des Ausführungsbeispiels der in den 4-6 gezeigten Sensor-Montageanordnung mit Darstellung einer Variation der Sensoranordnung, die einen Induktionssensor einsetzt.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, des Ausführungsbeispiels der in den 4-6 gezeigten Sensor-Montageanordnung mit Darstellung einer Variation der Sensoranordnung, die einen Wirbelstromsensor einsetzt;
10 zeigt eine aufrissartige Ansicht, teilweise geschnitten, des Ausführungsbeispiels der in 9 gezeigten Sensor-Montageanordnung mit Darstellung der Sensoranordnung, die ein alternatives Target und Gehäuse einsetzt;
11 zeigt eine aufrissartige Ansicht, teilweise geschnitten, des Ausführungsbeispiels der in 10 gezeigten Sensor-Montageanordnung mit Darstellung des alternativen Targets, das um eine alternative Nockenwelle angeordnet ist;
12 zeigt eine aufrissartige Ansicht, teilweise geschnitten, des Ausführungsbeispiels der in 9 gezeigten Sensor-Montageanordnung mit Darstellung des Detektors in einer alternativen Position relativ zum Nockenrohr; und
13 zeigt eine aufrissartige Ansicht, teilweise geschnitten, des Ausführungsbeispiels der in 9 gezeigten Sensor-Montageanordnung mit Darstellung des Detektors in einer anderen alternativen Position relativ zum Nockenrohr.

Ähnliche Zeichen beziehen sich durchweg auf ähnliche Teile.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Zum besseren Verständnis der Sensormontageanordnung der vorliegenden Erfindung und ihrer Einsatzumgebung wird eine Trommelbremsenanordnung 10 (1-2) gezeigt, die an einer Achse 12 (teilweise dargestellt) eines Achs-/Aufhängungssystems (nicht dargestellt) eines Schwerlastfahrzeugs (nicht dargestellt) montiert ist.
Die Achse 12 weist eine Mittelrohr 14 mit einem Paar von axial entgegengesetzten Enden mit entsprechenden Spindeln 18 (nur eine dargestellt) auf, die durch ein beliebiges geeignetes Verfahren, wie z. B. Schweißen, starr mit den jeweiligen Enden des Mittelrohrs verbunden sind. Ein Paar von Radendanordnungen 16 (nur eine dargestellt) mit entsprechenden Radnaben 26 (nur eine dargestellt) ist drehbar auf der entsprechenden Spindel 18 montiert.
Die Trommelbremsenanordnung 10 weist eine Bremsstützstruktur oder Bremsspinne 34 und eine Bremstrommel 30 auf. Die Bremsspinne 34 ist bekanntermaßen starr am Mittelrohr 14 der Achse 12 angrenzend an die Radnabe 26 der Radendanordnung 16 montiert. Die Bremstrommel 30 wird in der Regel aus Grauguss in einem Stück gegossen und weist eine innere Bremsfläche 31 auf. Bekanntermaßen erstreckt sich ein Montageflansch 29 vom außenliegenden Ende der Bremstrommel 30 radial nach innen und weist eine Vielzahl von Öffnungen 28 auf zur Aufnahme entsprechender Presspassungsbolzen 24 der Radnabe 26 zur Montage der Bremstrommel.
Die Trommelbremsenanordnung 10 weist ferner ein Paar von Bremsbacken 32 auf. Bekanntermaßen weisen die Bremsbacken 32 jeweils einen Bremsbelag 33 auf, der im Allgemeinen aus einem Reibmaterial besteht und eine konvexe Außenfläche aufweist, welche die Innenfläche 31 der Bremstrommel 30 angreift. Bekanntermaßen wird ein Ende jeder Bremsbacke 32 gegen eine entsprechende Rolle 40 gehalten, die in Kontakt mit einem Aktuator oder S-Nocken 38 steht, der einstückig mit einem außenliegenden Ende einer Nockenwelle 36 (2) der Trommelbremsenanordnung 10 ausgebildet oder daran befestigt ist.
Die Nockenwelle 36 ist durch ein Paar von Nockenwellenbuchsen 45, die an axial entgegengesetzten Enden des Nockenrohrs angeordnet sind, drehbar in einem Nockenrohr 42 angeordnet. Das Nockenrohr 42 wird axial und umfangsmäßig durch reibschlüssige Nockenrohrhalterungen 44 (1) (nur eine dargestellt) in Position gehalten, die ihrerseits das Nockenrohr mit der Achse 12 oder anderen Komponenten des Achs-/Aufhängungssystems verbinden. Ein Gestängesteller 50 ist an einem innenliegenden verzahnten Ende 35 (2) der Nockenwelle 36 positioniert und greift mechanisch in dieses ein. Der Gestängesteller 50 ist ferner durch eine Stößelstange 56 mit einer Bremsluftkammer 54 verbunden. Der Gestängesteller 50 hält den Abstand zwischen der Innenfläche 31 der Bremstrommel 30 und den Bremsbelägen 33 der Bremsbacken 32 so aufrecht, dass die Bremsbeläge die Innenfläche der Trommel nicht berühren oder daran schleifen, wenn die Trommelbremsenanordnung 10 nicht betätigt wird. Der Gestängesteller 50 hält ferner den Abstand zwischen der Innenfläche 31 der Bremstrommel 30 und den Bremsbelägen 33 so aufrecht, dass der Abstand nicht so groß ist, dass ein übermäßiger Hub der Stößelstange 56 möglich ist, der dazu führen könnte, dass sich der Bremsbelag während der Betätigung der Trommelbremsenanordnung 10 aus der Bremstrommel hebt.
Während des Betriebs, wenn die Trommelbremsenanordnung 10 betätigt wird, beaufschlagt Luft die Luftkammer 54 mit Druck und erzeugt eine proportionale Kraft, die von der Stößelstange 56 übertragen wird und auf den Gestängesteller 50 wirkt, um ein Drehmoment um den Gestängesteller zu erzeugen und eine Drehung des Gestängestellers und damit der Nockenwelle 36 zu bewirken. Der S-Nocken 38 dreht sich mit der Nockenwelle 36 und greift in die Rollen 40 ein, wodurch die Rollen und die Bremsbacken 32 radial nach außen gedrückt werden, so dass die Bremsbeläge 33 die Innenfläche 31 der Bremstrommel 30 berühren und dadurch die Reibung zum Verlangsamen oder Anhalten des Schwerlastfahrzeugs verursachen. Die Drehbewegung des Gestängestellers 50 und der Nockenwelle 36 wird fortgesetzt, bis sich die durch die Drehkräfte verursachten Auslenkungen ausgleichen. Wenn die Trommelbremsenanordnung 10 nicht mehr betätigt wird, dreht sich die Nockenwelle 36 bekanntermaßen zurück, so dass sich die Bremsbacken 32 von der Innenfläche 31 radial nach innen bewegen können.
Bekanntermaßen bewirkt die Drehbewegung des Gestängestellers 50 eine Drehung der Nockenwelle 36 in der Weise, dass die Drehung der Nockenwelle im Allgemeinen proportional zum von der Luftkammer 54 erzeugten Hub der Stößelstange 56 ist. So kann die Bestimmung und Vorhersage der Drehung der Nockenwelle 36 verwendet werden, um den tatsächlichen Hub der Stößelstange 56 während der Betätigung der Bremsenanordnung 10 sowie den Umfang des verfügbaren Hubs der Stößelstange zu bestimmen und/oder vorherzusagen. Dies ist wichtig, da der Hub der Stößelstange 56 und damit die Drehung der Nockenwelle 36 von einer Reihe von Faktoren beeinflusst wird, darunter die Höhe des Luftdrucks in der Luftkammer 54, die Steifigkeit der Komponenten in der Trommelbremsenanordnung 10, die Wärmeausdehnung der Bremstrommel 30 und das anfängliche Bewegungsspiel zwischen den Bremsbelägen 33 der Bremsbacken 32 und der Innenfläche 31 der Bremstrommel, wenn die Bremsenanordnung nicht betätigt wird. Bei der Trommelbremsenanordnung 10 hat die Luftkammer 54 in der Regel eine maximale Hubfähigkeit für die Stößelstange 56 von etwa 3 Zoll. Sobald der Hub der Stößelstange 56 innerhalb von etwa 0,5 Zoll des maximalen Hubs liegt, verliert die von der Luftkammer 54 erzeugte Kraft an Effizienz, so dass bei maximalem Hub die gesamte Effizienz verloren geht. Daher ist die Bestimmung und Vorhersage des tatsächlichen Hubs der Stößelstange 56 während der Betätigung der Trommelbremsenanordnung 10 sowie die Bestimmung, ob sich die Bremsenanordnung der Grenze des verfügbaren Hubs nähert, von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Luftkammer 54 in der Lage ist, genügend Luftdruck zu erzeugen, um eine ausreichende Bremswirkung zu erzielen. Darüber hinaus kann der relative Hub zwischen mehreren Bremsenanordnungen 10, die sich einen Luftsystem-Regelkreis (nicht dargestellt) teilen, verglichen werden, um unerwünschte Schwankungen des Hubs bei gleichem Luftdruck in den jeweiligen Luftkammern 54 zu erkennen, die möglicherweise auf einen Ausfall der Bremstrommel 30 hindeuten könnten.
Die Bestimmung und Vorhersage der Drehung der Nockenwelle 36 ermöglicht auch die Bestimmung und/oder Vorhersage der Position der Rollen 40 entlang des S-Nockens 38. Insbesondere wenn die Bremsbeläge 33 der Bremsbacken 32 und/oder die Innenfläche 31 der Bremstrommel 30 verschleißen, werden durch die manuelle und/oder automatische Einstellung des Gestängestellers 50 die Nockenwelle 36 und damit der S-Nocken 38 allmählich gedreht, was bekanntermaßen zu einer progressiven Bewegung und Positionierung der Rollen 40 entlang der Oberfläche des S-Nockens führt. Die Position der Rollen 40 variiert auch in Abhängigkeit von der Dicke der Bremsbeläge 33. Beispielsweise sind in der Regel zwei verschiedene Dicken von Bremsbelägen 33 verfügbar, die mit der Bremsspinne 34 und dem S-Nocken 38 verwendet werden können: eine Standardbetriebsversion und eine dickere erweiterte Betriebsversion. Sobald die Gestängesteller 50 das Bewegungsspiel zwischen neuen, kalten Bremsbelägen 33 und der Innenfläche 31 der Bremstrommel 30 hergestellt haben, können folglich die Rollen 40 an verschiedenen Stellen entlang des S-Nockens 38 positioniert werden, je nachdem, ob eine Standardbetriebsversion oder eine erweiterte Betriebsversion des Bremsbelags verwendet wird. Genauer gesagt bewirken die Standardbetriebsversionen des Bremsbelags 33, dass die Rollen 40 weiter entlang des S-Nockens 38 und damit näher an den Spitzen des S-Nockens positioniert sind als bei den erweiterten Betriebsversionen.
Dementsprechend und unter besonderer Bezugnahme auf die 3A-H können neue, kalte, Standardbetriebs- und erweiterte Betriebsbremsbeläge 33 zu einem unterschiedlichen ungefähren Drehwinkel α der Nockenwelle 36 relativ zum Nullstartpunkt des S-Nockens 38 führen, wie am besten in den 3B bzw. 3A gezeigt. Genauer gesagt kann die Nockenwelle 36 einen Winkel α von etwa 29 Grad (3D) bzw. 17 Grad (3C) bei neuen, kalten, Standardbetriebs- und erweiterten Betriebsbremsbelägen 33 in eine eingestellte Bewegungsspielposition drehen, die je nach Herstellung der Komponenten der Trommelbremsenanordnung 10 etwas variieren kann. Die Erwärmung und Ausdehnung der Bremstrommel 30 kann möglicherweise zu einer Verformung anderer Komponenten der Trommelbremsenanordnung 10 führen, wodurch sich das Ausmaß der Drehung der Nockenwelle 36 während des Betriebs erhöht. Am Ende der Lebensdauer können kalte Standardbetriebs- und erweiterte Betriebsbremsbeläge 33 zu einem ungefähren Drehwinkel α der Nockenwelle 36 relativ zum Nullstartpunkt des S-Nockens 38 von etwa 143 Grad (3F) bzw. 153 Grad (3E) führen, bis es zum Kontakt zwischen den Bremsbelägen und der Innenfläche 31 der Bremstrommel 30 kommt. Die Rollen 40 erreichen die Spitzen des S-Nockens 38 sowohl bei den Standardbetriebs- als auch bei den erweiterten Betriebsbremsbelägen 33 in der Regel mit einem ungefähren Drehwinkel α der Nockenwelle 36 relativ zum Nullstartpunkt des S-Nockens von etwa 168 Grad, wie in den 3G-H am besten dargestellt ist. Folglich können sich die Rollen 40 am Ende der Lebensdauer sowohl der Standard- als auch der erweiterten Betriebsbremsbeläge 33 in unterschiedlichen Winkeln befinden, sind aber immer noch relativ nahe an den Spitzen des S-Nockens 38. Die Positionierung der Rollen 40 in der Nähe der Spitzen des S-Nockens 38 kann auch durch eine erhebliche Wärmeausdehnung der Bremstrommel 30 beeinträchtigt werden, die durch übermäßige Hitze und/oder normalen oder übermäßigen Verschleiß der Bremsbeläge 33 und/oder der Innenfläche 31 der Bremstrommel verursacht wird, und ist im Allgemeinen ein Anzeichen dafür, dass die Bremsbeläge und/oder die Bremstrommel ausgetauscht werden müssen. Um zu verhindern, dass die Rollen 40 möglicherweise über die Spitzen des S-Nockens 38 hinweggehen und in die Tasche auf der Rückseite des S-Nockens fallen, was gemeinhin als S-Nockenumklappen bezeichnet wird, und möglicherweise einen Funktionsverlust der Trommelbremsenanordnung 10 verursachen, ist es vorteilhaft, eine Meldung oder Warnung auszugeben, wenn sich die Rollen den Spitzen des S-Nockens nähern, vorzugsweise bei einem Drehwinkel α der Nockenwelle 36, der weniger als 168 Grad beträgt. Um Zeit für die Planung der routinemäßigen Wartung der Trommelbremsenanordnung 10 zu haben, ist es außerdem vorteilhaft, eine Meldung über das nahende Ende der Lebensdauer der Bremsbacken 32, der Bremsbeläge 33 und/oder der Bremstrommel 30 bei einem Drehwinkel α der Nockenwelle 36 auszugeben, der weniger als 143 Grad bzw. 153 Grad bei der Standardbetriebsversion bzw. der erweiterten Betriebsversion der Bremsbeläge beträgt. Um den Wartungs- und Instandhaltungsbedarf der Trommelbremsenanordnung 10 zu ermitteln und Meldungen auszugeben, ist es daher wünschenswert, das Ausmaß der Drehung der Nockenwelle 36 während der Betätigung der Trommelbremsenanordnung 10, die relative Drehung der Nockenwelle zwischen den Bremsenanordnungen, und die Gesamtdrehung der Nockenwelle, die durch den Gestängesteller 50 während der Einstellung angezeigt wird, zu bestimmen und/oder vorhersagen zu können.
Darüber hinaus kann die Bestimmung und/oder Vorhersage der Drehung der Nockenwelle 36 mit der gleichzeitigen Erfassung von Druckdaten der Luftkammer 54 unter Verwendung eines Mikroprozessors, eines zentralen elektronischen Moduls oder einer elektronischen Steuereinheit (ECU) (nicht dargestellt) gekoppelt werden, was eine allgemein genauere Vorhersage des Endes der Lebensdauer der Bremsbacken 32, der Bremsbeläge 33 und/oder der Bremstrommel 30 ermöglicht und dadurch die Verwendung eines weniger konservativen Benachrichtigungszeitpunkts erlaubt und eine vorzeitige Wartung der Trommelbremsenanordnung 10 verhindert. Insbesondere erhöht ein niedriger Betätigungsdruck in der Luftkammer 54 in Verbindung mit dem Drehwinkel α der Nockenwelle 36 im Allgemeinen die Genauigkeit der Vorhersagen. Genauer gesagt können der niedrige Betätigungsdruck in der Luftkammer 54 und der Drehwinkel o der Nockenwelle 36 mit der Zeit zwischen den Betätigungsereignissen der Trommelbremsenanordnung 10 kombiniert werden, um die Temperatur der Bremstrommel 30 bestimmen zu können, was eine zusätzliche Verfeinerung und Genauigkeit der Vorhersage des Endes der Lebensdauer unter Verwendung einer einfachen kinematischen Modellierung der Bremsbacken 32, der Bremsbeläge 33 und der Bremstrommel ermöglicht.
Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik (nicht dargestellt) wurden eingesetzt, um eine Drehung der Nockenwelle 36 und somit den Hub der Stößelstange 56 zu bestimmen und/oder vorherzusagen. Die Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik haben jedoch Nachteile, Schwächen und Einschränkungen. Insbesondere haben zahlreiche Hersteller Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik konzipiert, bei denen eigene Sensiervorrichtungen eingesetzt werden, die in bestimmten Arten von Gestängestellern 50 integriert sind. Es sind zwar Sensiervorrichtungen von Drittanbietern erhältlich, jedoch funktionieren solche Sensiervorrichtungen von Drittanbietern in der Regel nur mit bestimmten handelsüblichen Arten von Gestängestellern 50 oder können nur so angepasst werden, dass sie direkt an dem Nocken 38 oder dem verzahnten Ende 35 der Nockenwelle 36 mit Modifikation, der Achse 12 oder anderen Komponenten des Achs-/Aufhängungssystems befestigt werden können. Genauer gesagt sind die Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik im Allgemeinen in Bereichen positioniert, die potenziellen Aufprallschäden ausgesetzt sind, in Bereichen, die in der Regel die Montage, die Demontage und die Wartung der Trommelbremsenanordnung 10 beeinträchtigen oder komplizierter machen, und/oder in Bereichen, die die Sensiervorrichtungen potenziell Umgebungsbedingungen, wie z. B. extremen Temperaturen, aussetzen, die sich potenziell negativ auf die Genauigkeit und Lebensdauer der Sensiervorrichtung auswirken. Darüber hinaus ist die Funktionalität einiger Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik so begrenzt, dass die Sensiervorrichtungen möglicherweise nur in der Lage sind, die Länge des von der Luftkammer 54 erzeugten Hubs der Stößelstange 56 anzugeben, aber nicht in der Lage sind, die Verschleißgrenzen der Bremsbeläge 33 oder die verfügbare Hebung des S-Nockens 38 vorherzusagen. Die Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung überwindet die Nachteile, Schwächen und Einschränkungen von Sensormontageanordnung nach dem Stand der Technik.
Ein Ausführungsbeispiel der Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 (4-11) gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit jeder geeigneten Bremsenanordnung verwendet werden, wie z. B. der oben beschriebenen Trommelbremsenanordnung 10.
Insbesondere und gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensormontageanordnung 70 eine Außenhülle oder ein Schutzgehäuse 73 und eine Sensoranordnung 72 auf (6). Das Gehäuse 73 kann jede geeignete Form haben, z. B. quaderförmig, zylindrisch oder dergleichen und kann aus jedem geeigneten Material, z. B. Metall oder Verbundwerkstoff, mit einem geeigneten Verfahren, z. B. Stanzen, hergestellt werden. Das Gehäuse 73 kann außerhalb des Nockenrohrs 42 angeordnet und zumindest teilweise durch geeignete Mittel wie Schweißteile, Gewindefittings, Befestigungselemente und dergleichen daran montiert sein. Insbesondere kann das Gehäuse 73 eine Öffnung 75 (6) aufweisen, die mit einer Öffnung 43 ausgerichtet ist, die in der Außenfläche des Nockenrohrs 42 ausgebildet ist und sich durch die Innenfläche des Nockenrohrs erstreckt. Die Öffnung 43 kann sich an jeder geeigneten axialen Stelle entlang des Nockenrohrs 42 befinden, befindet sich jedoch vorzugsweise an einem Punkt des Nockenrohrs, der in der Mitte zwischen dem S-Nocken 38 und dem verzahnten Ende 35 der Nockenwelle 36 liegt. Die Öffnung 75 des Gehäuses 73 kann mit der Öffnung 43 des Nockenrohrs 42 eingreifen, z. B. durch eine Gewindeverbindung, um eine Schnittstelle zwischen dem Gehäuse und dem Nockenrohr zu bilden. Es ist denkbar, dass eine Dichtung (nicht dargestellt) um die Schnittstelle gebildet wird, um das Eindringen von Wasser, Chemikalien und/oder Schmutz in das Nockenrohr 42 und/oder das Gehäuse 73 zu verhindern. Das Gehäuse 73 kann an dem Nockenrohr 42 und angrenzend an das Achs-/Aufhängungssystem 5 so angeordnet sein, dass das Nockenrohr und das Achs-/Aufhängungssystem Schutz vor potenziellen Aufprallschäden und Schmutz bieten. Das Gehäuse 73 kann über zumindest einem Teil der Sensoranordnung 72 und/oder anderen elektronischen und/oder mechanischen Komponenten, wie z. B. einem drahtlosen Sender (nicht dargestellt), einer ECU (nicht dargestellt), einer Batterie (nicht dargestellt), einer Energiegewinnungsvorrichtung (nicht dargestellt) oder dergleichen, angeordnet sein oder diese zumindest teilweise einschließen, um die Sensoranordnung und/oder andere Komponenten vor Wasser, Chemikalien, Schmutz, Umweltbedingungen und Stößen zu schützen. Außerdem werden durch die Montage des Gehäuses 73 an dem Nockenrohr 42 die Sensoranordnung 72 und andere elektronische und/oder mechanische Komponenten an einer Stelle platziert, die von den wärmeerzeugenden Bereichen der Trommelbremsenanordnung 10, wie der Bremstrommel 30 und den Bremsbacken 32, entfernt und vor diesen geschützt ist.
Die Sensoranordnung 72 kann ferner einen Positionsgeber 74 aufweisen, der sich von dem Gehäuse 73 axial entlang des Nockenrohrs 42 parallel zum Mittelrohr 14 der Achse 12 erstreckt und in eine Öffnung in der Nockenrohrhalterung 44 eingreift. Der Eingriff zwischen dem Positionsgeber 74 und der Nockenrohrhalterung 44 ermöglicht die Bestimmung der Drehposition des Nockenrohrs 42 relativ zur Mittellinie der Trommelbremsenanordnung 10 zwischen der Mitte der Nockenwelle 36 und der Mitte der Bremstrommel 30. Es ist auch denkbar, dass das Nockenrohr 42 mit einem Montageflansch (nicht dargestellt) zur Befestigung an der Bremsspinne 34 verschweißt wird. In einer solchen Ausgestaltung weist der Montageflansch nur eine einzige Ausrichtung in Bezug auf die Bremsspinne 34 auf, so dass die Drehposition des Nockenrohrs 42 während des Schweißvorgangs leicht festgestellt werden kann, so dass die Verwendung des Positionsgebers 74 nicht erforderlich ist.
Gemäß einem anderen wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensoranordnung 72 einen Detektor 76 (6) auf, der angrenzend an die Öffnung 75 des Gehäuses 73 angeordnet ist oder zumindest teilweise in dem Nockenrohr 42 angeordnet ist und auf einen Nullstartpunkt des S-Nockens 38 ausgerichtet ist. Der Nullstartpunkt des S-Nockens 38 ist bekanntermaßen die Position der Nockenwelle 36, in der sich die Rollen 40 an der engsten Stelle zwischen den beiden Hälften des sigmoidalen Kopfes des S-Nockens befinden würden. Der Detektor 76 kann jede geeignete Art von Sensor oder Sensiervorrichtung verwenden, wie z. B. einen Hall-Effekt-Sensor (7), einen Induktionssensor (8), einen Wirbelstromsensor (9-13), einen anisotropen magnetoresistiven Sensor (nicht dargestellt) oder dergleichen, und kann so positioniert sein, dass der Detektor in einer Linie mit der Mittellinie zwischen der Nockenwelle 36 und der Bremstrommel 30 liegt, oder er kann senkrecht zur Mittellinie zwischen der Nockenwelle und der Bremstrommel positioniert sein. Der Detektor 76 kann so ausgebildet sein, dass er über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation elektronisch mit einer ECU (nicht dargestellt) kommuniziert, die dazu ausgebildet ist, elektronische Signale zu empfangen. Insbesondere kann der Detektor 76 eine drahtgebundene Verbindung (nicht dargestellt) aufweisen, die eine Zwei- oder Dreidrahtverbindung einsetzt. Genauer gesagt kann der Detektor 76 eine Zweidrahtverbindung mit einem ersten Draht für die Stromversorgung und einem zweiten Draht für die Erdung einsetzen, wobei die elektronischen Signale drahtlos übertragen werden. Alternativ kann der Detektor 76 eine Dreidrahtverbindung mit einem ersten Draht für die Stromversorgung, einem zweiten Draht für die Erdung und einem dritten Draht für die Übertragung elektronischer Signale einsetzen. In einer solchen Ausgestaltung kann der dritte Draht für die Übertragung elektronischer Signale direkt oder indirekt mit der ECU verbunden sein, so dass der dritte Draht mit einer Antenne oder einem Sender zur drahtlosen Übertragung an die ECU oder an einen Empfänger in elektronischer Kommunikation mit der ECU verbunden sein kann, um eine Unterbrechung der elektronischen Kommunikation aufgrund von Signalstörungen durch Komponenten des Schwerlastfahrzeugs zu verhindern, die möglicherweise die Übertragung aus Bereichen in der Nähe der Trommelbremsenanordnung 10 blockieren oder einschränken können.
Es ist denkbar, dass die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Sensoranordnung 72, wie z. B. der Detektor 76, eine Batterie (nicht dargestellt) als eine Stromquelle verwenden können. Da jedoch Signale von der Betätigung der Trommelbremsenanordnung 10 im Allgemeinen während kurzer Betätigungsperioden übertragen werden, deren Zeitpunkt nicht bekannt ist, würde die drahtlose Übertragung im Allgemeinen eine ständige Überwachung und damit eine konstante Stromaufnahme erfordern. Infolgedessen kann die Nutzung der drahtlosen Übertragung möglicherweise dazu führen, dass der Detektor 76 und/oder andere Komponenten der Sensoranordnung 72 den Strom aus der Batterie verbrauchen. So kann die Sensormontageanordnung 70 auch eine Energiegewinnungsvorrichtung (nicht dargestellt) aufweisen, die elektronisch mit der Sensoranordnung 72 verbunden und zumindest teilweise in dem Gehäuse 73 eingeschlossen ist. Die Energiegewinnungsvorrichtung kann die Sensoranordnung 72 mit einer akzeptablen Spannung versorgen und diese aufrechterhalten sowie Strom an die Batterie liefern und deren Ladung aufrechterhalten. Es ist auch denkbar, dass ein externes Ladekabel (nicht dargestellt) an die Sensoranordnung 72 angeschlossen wird, um die Ladung einer Batterie aufrechtzuerhalten, oder Komponenten der Sensoranordnung, wie z. B. den Detektor 76, anderweitig mit Strom zu versorgen.
Gemäß noch einem anderen wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Sensoranordnung 72 ferner mindestens ein Target 78 (teilweise dargestellt) auf, das um die Nockenwelle 36 angeordnet ist und diese zumindest teilweilweise umgibt. Genauer gesagt kann das Target 78 auf der Oberfläche der Nockenwelle 36 an jeder geeigneten axialen Stelle entlang der Nockenwelle positioniert sein, z. B. an einer Stelle, die sich ungefähr in der Mitte zwischen dem S-Nocken 38 und dem innenliegenden verzahnten Ende 35 oder besonders bevorzugt in der Mitte zwischen den Nockenwellenbuchsen 45 befindet. Das Target 78 kann in einer Nut 37 angeordnet sein, die radial nach innen von der Außenfläche der Nockenwelle 36 und in Umfangsrichtung um diese herum ausgebildet ist. Die Nut 37 kann jede geeignete Größe und Tiefe haben, ist jedoch vorzugsweise etwa 1,0 Zoll breit und etwa 0,12 Zoll tief. Es ist auch denkbar, dass je nach Art des in der Sensoranordnung 72 verwendeten Detektors 76 mehrere Targets 78 eingesetzt werden können. In einer solchen Ausgestaltung können die Targets 78 im Allgemeinen identische Ausgestaltungen aufweisen und so ausgerichtet sein, dass die Targets in einer in Umfangsrichtung beabstandeten Anordnung um die Nockenwelle 36 um etwa 180 Grad voneinander beabstandet sind. Infolgedessen würden mehrere Targets 78 umfangsmäßig so positioniert sein, dass der entsprechende Nullstartpunkt des S-Nockens 38 korrekt wäre, unabhängig davon, welche Rolle 40 zu welcher Tasche des S-Nockens 38 gehört.
Die Sensoranordnung 72 der Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 kann eine Vielzahl von Ausgestaltungen aufweisen. Eine solche Variation ist in 7 unter Verwendung eines Hall-Effekt-Sensors als Sensoranordnung 72a dargestellt.
Die Sensoranordnung 72a weist ein rohrförmiges oder ringförmiges Target 78a auf, das in der Nut 37 der Nockenwelle 36 angeordnet ist. Das Target 78a kann zumindest teilweise aus einem magnetischen Material, z. B. Eisenmetall, ausgebildet sein oder daraus bestehen, das in Umfangsrichtung um das Target und damit um die Nockenwelle 36 herum beabstandet ist. Da das Target 78a magnetische Materialien in Umfangsrichtung beabstandet enthält, benötigt die Sensoranordnung 72a keine ECU (nicht dargestellt), um den Nullstartpunkt des S-Nockens 38 aufzuzeichnen. Somit führt ein Verlust der elektrischen Leistung der ECU oder der Sensoranordnung 72a nicht dazu, dass der Nullstartpunkt zurückgesetzt wird oder verloren geht. Die Ausgestaltung des Targets 78a ermöglicht es auch, das Target vor der Endmontage der Trommelbremsenanordnung 10 als Unterbaugruppe auf der Nockenwelle 36 vor zu positionieren, wodurch die Installation und Wartung der Bremsenanordnung vereinfacht wird. Beispielsweise kann das Target 78a aus magnetischem Material bestehen, das in einem dehnbaren Elastomer in einer in Umfangsrichtung beabstandeten Anordnung suspendiert ist. Eine solche Ausgestaltung des Targets 78a ermöglicht es, dass das Target während der Montage radial gestreckt oder gedehnt und um die Nut 37 der Nockenwelle 36 herum angeordnet und dann entspannt wird, um die Nockenwelle in der Nut anzugreifen. Alternativ kann das Target 78a als ein Paar von flexiblen geteilten oder zweiteiligen Kunststoffringe ausgebildet sein, in denen magnetisches Material in einer in Umfangsrichtung beabstandeten Anordnung suspendiert sein kann. Infolgedessen können die geteilten oder zweiteiligen Ringe des Targets 78a bei der Montage geöffnet oder getrennt sein, um die Nockenwelle 36 und in der Nut 37 positioniert sein und miteinander verrastet oder verbunden sein. Es ist auch denkbar, dass jeder geeignete Klebstoff eingesetzt werden kann, um das Target 78a in einer richtigen Ausrichtung um die Nockenwelle 36 relativ zum Nullstartpunkt des S-Nockens 38 zu fixieren. Alternativ kann das Target 78a mit einer Zeitrastung (nicht dargestellt) ausgebildet sein, um die Ausrichtung des Targets relativ zum Nullstartpunkt des S-Nockens 38 zu ermöglichen.
Die Sensoranordnung 72a weist ferner einen Hall-Effekt-Sensor oder Detektor 76a mit einem Hall-Element auf, das auf das vom Target 78a erzeugte Magnetfeld reagieren kann, wodurch die Bestimmung des tatsächlichen Drehwinkels α der Nockenwelle 36 relativ zum Nullstartpunkt des S-Nockens 38 ermöglicht wird. Sobald die Trommelbremsenanordnung 10 betätigt wird, dreht sich die Nockenwelle 36 während des Betriebs, wodurch sich das Target 78a dreht und sich dadurch die Verteilung des magnetischen Materials des Targets ändert, der angrenzend an den Detektor 76a positioniert ist. Infolgedessen ändert sich die vom Detektor 76a erzeugte Hall-Spannung, wodurch die Bestimmung des Drehwinkels α der Nockenwelle 36 relativ zum Nullstartpunkt des S-Nockens 38 während der Betätigung sowieso der Gesamtdrehung der Nockenwelle nach dem Verstellen durch den Gestängesteller 50 zur Berücksichtigung des Verlusts des Bremsbelags 33 ermöglicht wird.
Somit sieht das Ausführungsbeispiel der Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 gemäß der vorliegenden Erfindung das Gehäuse 73 und die Sensoranordnung 72a vor, die getrennt von und verwendbar mit jedem handelsüblichen Gestängesteller 50 sind, so positioniert sind, dass sie nicht potenziellen Aufprallschäden und Umweltbelastung ausgesetzt sind, und die Wartung und Montage der Trommelbremsenanordnung 10 nicht beeinträchtigen oder komplizierter machen, und sieht gleichzeitig einen Detektor 76a und ein Target 78a vor, die zumindest teilweise in dem Nockenrohr 42 angeordnet sind und die Drehung der Nockenwelle 36 während der Betätigung der Bremsenanordnung und die Gesamtdrehung der Nockenwelle während der Verstellung durch den Gestängesteller genau überwachen, um den Verschleiß der Bremsbeläge 33 zu berücksichtigen.
Eine andere Sensoranordnung 72b, die in dem Ausführungsbeispiel der Nockenwellen-Montageanordnung 70 gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ist in 8 dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die Sensoranordnung 72b weist einen ringförmigen flexiblen Induktionssensor oder Detektor 76b auf und ein rohrförmiges oder ringförmiges Target 78b. Der Detektor 76b kann zumindest teilweise in dem Gehäuse 73 angeordnet sein und aus einer Reihe von Drähten ausgebildet sein, die in einem geeigneten Muster angeordnet sind, z. B. in Form eines sich kreuzenden Gitters, das auf einer dünnen, flexiblen Kunststofffolie, die in dem Nockenrohr 42 angeordnet ist, platziert oder darin eingebettet ist. Der Detektor 76b kann die Nockenwelle 36 zumindest teilweise umgeben, indem er sich um mindestens 160 Grad um die Nockenwelle herum erstreckt, und kann in einem Abstand radial nach außen von der Nockenwelle angeordnet sein.
Das Target 78b kann als ein gekrümmtes Substrakt mit einer Kombination aus leitfähigem Material, z. B. Metall, und nicht leitfähigem Material, z. B. Kunststoff, ausgebildet sein, das in Abschnitten in Umfangsrichtung angeordnet ist. Das Target 78b kann um die Nockenwelle 36 in der Nut 37 angeordnet sein und diese zumindest teilweise umgeben und/oder diese angreifen, so dass sich der Detektor 76b in unmittelbarer radialer Nähe des Targets befindet. Es ist denkbar, dass die Sensoranordnung 72b auch ein Pad (nicht dargestellt) aufweisen kann, das aus einem geeigneten flexiblen und/oder elastischen Material wie Gummi, geschlossenzelligem Schaumstoff, Gummi mit Entlastungstaschen oder dergleichen ausgebildet ist und zwischen dem Detektor 76b und der Innenfläche des Nockenrohrs 42 angeordnet ist, um einen Anpressdruck zu erzeugen und eine unmittelbare radiale Nähe zwischen dem Detektor und dem Target 78b aufrechtzuerhalten.
Während der Montage kann der Detektor 76b zumindest teilweise in dem Nockenrohr 42 angeordnet sein. Die flexible Kunststofffolie des Detektors 76b kann so ausgebildet sein, dass der Innendurchmesser des Detektors kleiner ist als der Außendurchmesser der Nockenwelle 36 und/oder des Targets 78b. Sobald das Target 78b um die Nut 37 der Nockenwelle 36 angeordnet ist und in dieser sitzt, kann die Nockenwelle in das Nockenrohr 42 eingesetzt werden, so dass sich der Detektor 76b wegbiegt oder radial nach außen bewegt. Dadurch ermöglicht der Detektor 76b den Einbau der Nockenwelle 36 in das Nockenrohr 42 und sorgt gleichzeitig für einen angemessenen Anpressdruck zwischen dem Detektor und dem Target 78b.
Während des Betriebs dreht sich die Nockenwelle 36 bei Betätigung der Trommelbremsenanordnung 10, wodurch das Target 78b gedreht wird. Die Drehung des Targets 78b bewirkt, dass das leitfähige Material und das nicht leitfähige Material des Targets unterhalb des Detektors 76b verlaufen, wodurch ein elektrischer Strom induziert wird, der mit der Drehung der Nockenwelle 36 variiert und in ein elektronisches Signal umgewandelt wird. Dadurch kann die Sensoranordnung 72b den Drehwinkel α der Nockenwelle 36 relativ zum Nullstartpunkt des S-Nockens 38 basierend auf der Variation des Stroms und des von dem Detektor 76b erzeugten Signals genau bestimmen. Es ist auch denkbar, dass die Sensoranordnung 72b ein Paar von Detektoren 76b in einer axial benachbarten oder nebeneinander liegenden Anordnung einsetzt. In einer solchen Anordnung wäre jeder Detektor 76b mit einem separaten Target 78b verbunden, das um die Nockenwelle 36 herum angeordnet ist, so dass das leitfähige Material eines der Targets in Umfangsrichtung in einem vordefinierten Abstand vom leitfähigen Material des anderen Targets beabstandet ist. Eine solche Ausgestaltung würde es der Sensoranordnung 72b dadurch ermöglichen, einen größeren Detektorbogen zu verwenden, ohne den Einbau der Nockenwelle 36 und/oder die Ausrichtung des S-Nockens 38 relativ zu den Rollen 40 zu beeinträchtigen, wodurch der Einbau der Nockenwelle mit dem S-Nocken 38 in jeder geeigneten Ausrichtung möglich wäre.
Somit sieht das Ausführungsbeispiel der Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 gemäß der vorliegenden Erfindung das Gehäuse 73 und die Sensoranordnung 72b vor, die getrennt von und verwendbar mit jedem handelsüblichen Gestängesteller 50 sind, so positioniert sind, dass sie nicht potenziellen Aufprallschäden und Umweltbelastung ausgesetzt sind, und die Wartung und Montage der Trommelbremsenanordnung 10 nicht beeinträchtigen oder komplizierter machen, und sieht gleichzeitig einen Detektor 76b und ein Target 78b vor, die zumindest teilweise in dem Nockenrohr 42 angeordnet sind und die Drehung der Nockenwelle 36 während der Betätigung der Bremsenanordnung und die Gesamtdrehung der Nockenwelle während der Verstellung durch den Gestängesteller genau überwachen, um den Verschleiß der Bremsbeläge 33 zu berücksichtigen.
Eine andere Sensoranordnung 72c, die in dem Ausführungsbeispiel der Nockenwellen-Montageanordnung 70 gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist, ist in 9 dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die Sensoranordnung 72c weist einen Wirbelstromsensor oder Detektor 76c auf, der zumindest teilweise in dem Gehäuse 73 angeordnet ist und zumindest teilweise in dem Nockenrohr 42 angeordnet ist. Genauer gesagt kann der Detektor 76c teilweise in das Nockenrohr 42 hineinragen, z. B. durch ausgerichtete Öffnungen 75, 43 des Gehäuses 73 bzw. des Nockenrohrs, und sich in das Nockenrohr erstrecken. Es ist auch denkbar, dass der Detektor 76c in einem alternativen Gehäuse 73c (10) und zumindest teilweise in dem Nockenrohr 42 angeordnet ist.
Es ist auch denkbar, dass der Detektor 76c vollständig in dem Gehäuse 73 und angrenzend an die Öffnung 43 des Nockenrohrs 42 angeordnet ist. In einer solchen Ausgestaltung und unter besonderer Bezugnahme auf 12 kann der Detektor 76c in einem Abschnitt des Gehäuses 73 umschlossen sein, der sich durch die Öffnung 43 und in das Nockenrohr 42 erstreckt. Das Gehäuse 73 kann einen Abschnitt aufweisen, der zwischen dem Detektor 76c und dem Nockenrohr 42 liegt, um den Detektor vor dem druckbeaufschlagten Fett im Nockenrohr zu schützen, ohne den Betrieb des Detektors zu unterbrechen. Eine Dichtung 82 kann zumindest teilweise in der Öffnung 43 angeordnet sein, wobei jedes geeignete Verfahren, wie z. B. eine Presspassung, an der Schnittstelle zwischen dem Gehäuse 73 und der Öffnung verwendet werden kann, um das Austreten von druckbeaufschlagtem Fett aus dem Nockenrohr und das Eindringen von Wasser, Chemikalien und/oder Schmutz zu verhindern. Die Dichtung 82 kann aus jedem geeigneten Material, wie z. B. einem Elastomer, mit jeder geeigneten Form, wie z. B. einem Zylinder, ausgebildet sein, um eine Presspassung zwischen der Öffnung 43, dem Gehäuse 73 und der Dichtung zu ermöglichen, so dass das Austreten von druckbeaufschlagten Fett aus dem und das Eindringen von Wasser, Chemikalien und/oder Schutz in das Nockenrohr 42 verhindert wird.
Alternativ und unter besonderer Bezugnahme auf 13 kann der Detektor 76c in dem Gehäuse 73 und angrenzend an die Öffnung 43 des Nockenrohrs 42 angeordnet sein. In einer solchen Ausgestaltung kann die Dichtung 82 als ein Stopfen ausgebildet sein, der in das Nockenrohr 42 eingreift und mit einer Presspassung in der Öffnung 43 angeordnet ist und sich zwischen dem Detektor 76c und der Nockenwelle 36 befindet. Die Dichtung 82 kann nicht nur dazu dienen, das Eindringen von Wasser, Chemikalien und/oder Schmutz in das Nockenrohr 42 zu verhindern, sondern kann den Detektor 76c auch vor einer möglichen Verschiebung oder Beschädigung durch das Austreten von druckbeaufschlagtem Fett aus dem Nockenrohr in das Gehäuse 73 schützen.
Die Sensoranordnung 72c weist ferner ein Target 78c auf, das um die Nockenwelle 36 in der Nut 37 angeordnet ist und diese zumindest teilweise umschließt. Das Target 78c kann in einer ringförmigen Form mit einer variablen axialen Breite W ausgebildet sein. Genauer gesagt kann das Target 78c in jedem geeigneten axialen Profil oder Form, wie z. B. einem Dreieck oder dergleichen, ausgebildet sein, so dass die axiale Breite W um dem Umfang des Targets variiert. Alternativ kann das Target 78c ein Paar von axialen Profilen aufweisen, wie am besten in 9 zu sehen ist, mit entsprechenden axialen Breite W, X, die in einer in Umfangsrichtung beabstandeten Anordnung um 180 Grad voneinander entfernt um den Umfang des Targets und der Nockenwelle 36 variieren. Das Target 78c kann aus jedem geeigneten leitfähigen Material, wie z. B. Metall, ausgebildet sein und in der Nut 37 der Nockenwelle 36 durch jedes geeignete Mittel, z. B. durch Presspassung, angeordnet sein. Es ist denkbar, dass das Target 78c mit einer alternativen Nockenwelle 36c (11), die mit einer Schulter 39 ausgebildet ist, verwendet wird und um diese herum angeordnet ist. In einer solchen Ausgestaltung kann das Target 78c um die Nockenwelle 36 angeordnet und gegen die Schulter 39 platziert sein. Es ist auch denkbar, dass das Target 78c aus einem flachen Stück leitfähigen Materials ausgebildet ist und um die Nockenwelle 36 in der Nut 37 gegossen oder geformt ist, so dass die Enden des Targets durch jedes geeignete Verfahren, wie z. B. Crimpen, zusammengefügt werden können.
Während des Betriebs dreht sich die Nockenwelle 36 oder die Nockenwelle 36c bei Betätigung der Trommelbremsenanordnung 10, wodurch das Target 78c gedreht wird. Wenn sich das Target 78c dreht, ändert sich die axiale Breite W des Targets, das an den Detektor 76c angrenzt oder für diesen sichtbar ist, so dass ein Wirbelstrom erzeugt wird, der sich im Verhältnis zur axialen Breite ändert, wodurch die Sensoranordnung 72c den Drehwinkel α der Nockenwellen 36, 36c relativ zum Nullstartpunkt des S-Nockens 38 genau bestimmen kann.
Somit sieht das Ausführungsbeispiel der Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 gemäß der vorliegenden Erfindung das Gehäuse 73 und die Sensoranordnung 72c vor, die getrennt von und verwendbar mit jedem handelsüblichen Gestängesteller 50 sind, so positioniert sind, dass sie nicht potenziellen Aufprallschäden und Umweltbelastung ausgesetzt sind, und die Wartung und Montage der Trommelbremsenanordnung 10 nicht beeinträchtigen oder komplizierter machen, und sieht gleichzeitig einen Detektor 76c und ein Target 78c vor, die zumindest teilweise in dem Nockenrohr 42 angeordnet sind und die Drehung der Nockenwellen 36, 36c während der Betätigung der Bremsenanordnung und die Gesamtdrehung der Nockenwelle während der Verstellung durch den Gestängesteller genau überwachen, um den Verschleiß des Bremsbelags 33 zu berücksichtigen.
Es ist denkbar, dass jeder Teil der Sensoranordnung 72, der in dem Nockenrohr 42 untergebracht ist, in verschiedenen axialen Positionen entlang des Nockenrohrs zwischen dem S-Nocken 38 und dem verzahnten Ende 35 angeordnet sein kann oder andere Ausrichtungen als die gezeigten und beschriebenen haben kann, ohne das Gesamtkonzept oder die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu verändern. Es ist auch denkbar, dass die Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 der vorliegenden Erfindung jede Art von Sensortechnologie verwenden kann, die im Stand der Technik bekannt ist, wie z. B. ein anisotroper Magnetowiderstand, variabler Widerstand, Potentiometrie und dergleichen, ohne das Gesamtkonzept oder die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu ändern. Es ist außerdem auch denkbar, dass die Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 der vorliegenden Erfindung vollständig in dem Nockenrohr 42 untergebracht sein kann, ohne das Gesamtkonzept oder die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu ändern. Es ist denkbar, dass die Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 der vorliegenden Erfindung in Bremssystemen von Schwerlastfahrzeugen mit mehr als einer Achse und/oder einem oder mehr als einem Rad pro Radendanordnung eingesetzt wird, ohne das Gesamtkonzept oder die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu ändern. Es ist ferner denkbar, dass die Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 mit allen Arten von Schwerlastfahrzeug-Bremssystemen eingesetzt werden kann, ohne das Gesamtkonzept oder die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu ändern.
Es ist denkbar, dass verschiedene Anordnungen und Materialien der Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70, die sich von den dargestellten und beschriebenen unterscheiden, eingesetzt werden können, ohne das Gesamtkonzept oder die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu ändern. Es ist auch denkbar, dass andere Verfahren und eine andere Reihenfolge der Montage verwendet werden können, um die Sensoranordnung 72, das Nockenrohr 42 und die Nockenwelle 36, 36c zu montieren oder zu installieren, ohne das Gesamtkonzept oder die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zu ändern.
Dementsprechend ist die Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung 70 der vorliegenden Erfindung vereinfacht, schafft eine effektive, sichere, kostengünstige und effiziente Struktur und Methode, die sämtliche aufgeführten Aufgaben erfüllt, bewirkt das Beseitigen von Schwierigkeiten der Sensormontageanordnungen nach dem Stand der Technik, und löst Probleme und liefert neue Ergebnisse auf dem Gebiet.
In der vorangehenden Beschreibung wurden bestimmte Begriff aus Gründen der Kürze, der Klarheit und der Verständlichkeit verwendet, jedoch sollen daraus keine über die Erfordernisse des Standes der Technik hinausgehenden unnötigen Einschränkungen abgeleitet werden, da derartige Begriffe beschreibenden Zwecken dienen und weit ausgelegt werden sollen. Darüber hinaus sind die Beschreibung und Darstellung der Erfindung beispielhaft, und der Umfang der Erfindung ist nicht auf die dargestellten oder beschriebenen genauen Einzelheiten beschränkt.
Nach der Beschreibung der Merkmale, Erkenntnisse und Prinzipien der Erfindung, der Art der Verwendung und des Einbaus der erfindungsgemäßen Nockenwellen-Drehsensor-Montageanordnung, der Eigenschaften der Konstruktion, der Anordnung, und der Verfahrensschritte, und der erzielten vorteilhaften, neuen und nützlichen Ergebnisse, werden die neuen und nützlichen Strukturen, Vorrichtungen, Elemente, Anordnungen, Prozesse, Teile und Kombinationen in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63220133 [0001]

Claims

Sensormontageanordnung für eine Trommelbremsenanordnung eines Schwerlastfahrzeugs, wobei die Sensormontageanordnung aufweist: eine Sensoranordnung, die an einem Nockenrohr der Trommelbremsenanordnung montiert ist, wobei das Nockenrohr mit einer Öffnung ausgebildet ist; wobei die Sensoranordnung einen Detektor und ein Target aufweist; wobei der Detektor zumindest teilweise in der Öffnung des Nockenrohrs oder angrenzend an diese angeordnet ist; und wobei das Target um eine Außenfläche der Nockenwelle der Trommelbremsenanordnung angeordnet ist.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 1, wobei die Nockenwelle einen S-Nocken aufweist, der einstückig mit der Nockenwelle an einem außenliegenden Ende ausgebildet ist; wobei das Target in einer Nut angeordnet ist, die in der Außenfläche der Nockenwelle in einem ersten axialen Abstand von dem S-Nocken und in einem zweiten axialen Abstand von einem innenliegenden Ende der Nockenwelle ausgebildet ist.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 1, wobei die Sensoranordnung ferner ein Gehäuse aufweist; wobei das Gehäuse zumindest teilweise den Detektor einschließt und an dem Nockenrohr befestigt ist, wobei das Gehäuse axial entlang des Nockenrohrs zwischen einem S-Nocken der Nockenwelle und einem innenliegenden Ende der Nockenwelle angeordnet ist.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 3, wobei die Sensoranordnung ferner einen Positionsgeber aufweist, der sich von dem Gehäuse axial entlang des Nockenrohrs erstreckt und in eine Nockenrohrhalterung eingreift.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse eine Schnittstelle mit der Öffnung des Nockenrohrs bildet und in diese eingreift.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 5, wobei der Detektor zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 1, wobei der Detektor ferner ein Hall-Effekt-Element in unmittelbarer Nähe des Targets aufweist.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 7, wobei das Target als eine ringförmige Form aus einem magnetischen Material ausgebildet ist; wobei das magnetische Material in einer in Umfangsrichtung beabstandeten Anordnung um das Target verteilt ist.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 8, wobei das Target ein dehnbares Elastomer aufweist; wobei das magnetische Material in dem dehnbaren Elastomer suspendiert ist.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 1, wobei der Detektor ferner einen Wirbelstromsensor in unmittelbarer Nähe zum Target aufweist.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 10, wobei die Sensoranordnung ein Gehäuse aufweist, das mit der Nockenwelle verbunden ist; wobei der Detektor zumindest teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 11, wobei das Gehäuse in eine Öffnung des Nockenrohrs eingreift und eine Schnittstelle damit bildet.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 12, wobei die Sensoranordnung ferner eine Dichtung aufweist, die um die Schnittstelle herum ausgebildet ist, um das Eintreten von Wasser, Chemikalien und Schmutz in das Gehäuse und das Nockenrohr zu verhindern.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 13, wobei das Target aus einem leitfähigen Material mit einer ringförmigen Form ausgebildet ist, das ein axialen Profils mit einer axialen Breite aufweist, die um den Umfang des Targets herum variiert.
Sensormontageanordnung nach Anspruch 13, wobei das Target ein Paar von axialen Profilen aufweist; wobei jedes der Paares von axialen Profilen in Umfangsrichtung um 180 Grad um die Nockenwelle herum beabstandet ist, wobei jedes des Paares von axialen Profilen eine entsprechende axiale Breite aufweist, die in Umfangsrichtung um die Nockenwelle herum variiert.
Sensormontageanordnung für eine Trommelbremsenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Detektor ferner einen Induktionssensor in unmittelbarer Nähe des Targets aufweist; wobei der Induktionssensor Drähte aufweist, die auf einer flexiblen Folie angeordnet sind, die das Target zumindest teilweise umgibt.
Sensormontageanordnung für eine Trommelbremsenanordnung nach Anspruch 16, wobei das Target ein gekrümmtes Substrat mit einer Kombination aus leitfähigem und nicht leitfähigem Material aufweist, das in Abschnitten um dem Umfang des Targets herum angeordnet ist.
Sensormontageanordnung für eine Trommelbremsenanordnung nach Anspruch 17, wobei die Sensoranordnung ferner ein flexibles Pad aufweist, das zwischen dem Nockenrohr und der flexiblen Folie des Detektors angeordnet ist, um einen Anpressdruck auf den Detektor auszuüben und eine unmittelbare Nähe zwischen dem Detektor und dem Target aufrechtzuerhalten.