DE19822168C1 - Kontinuierlicher Bremsbelagverschleißsensor - Google Patents

Abstract

Ein kontinuierlicher Bremsbelagverschleißsensor für Kraftfahrzeugbremsen, mit einer senkrecht zur Reibfläche der Bremse stehend am Bremsbelag der Bremse zu befestigenden Substratplatte aus elektrisch isolierendem Material, auf deren einer Fläche eine Schicht aus elektrischem Widerstandsmaterial angeordnet ist, die mit Leiterbahnen kontaktiert ist, welche über Kabel nach außen anschließbar sind, wobei die Substratplatte einschließlich ihrer Beschichtung in einem Schutzkörper aus elektrisch isolierendem Kunststoff eingebettet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Substratplatte aus einem hochwarmfesten Kunststoff und das Widerstandsmaterial aus einem aufgedampften Metallfilmwiderstand besteht und daß der Schutzkörper als umgespritzter Umgußkörper ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor der im Oberbegriff des Anspruches 1 ge­ nannten Art.

Ein gattungsgemäßer Sensor ist aus der DE 39 05 190 C1 bekannt. Wesentliches Bauelement des gattungsgemäßen Sensors ist eine Substratplatte aus elektrisch isolierendem Material, auf der eine an zwei Seiten kontaktierte Widerstands­ schicht aufgebracht ist. Die Substratplatte wird senkrecht zur Reibfläche einer Bremsscheibe stehend am Bremsklotz befestigt und gelangt mit ihrem vorderen Rand in Eingriff mit der Bremsscheibe. Bei allmählichem Verschleiß des Brems­ klotzes wird auch die Substratscheibe abgeschliffen und dadurch allmählich die Fläche der Widerstandsschicht verringert. Dadurch erhöht sich der von einem Meßgerät an Bord des Kraftfahrzeuges gemessene Widerstand, und es kann der Verschleißfortschritt kontinuierlich zur Anzeige gebracht werden. Die Substrat­ platte ist bei der bekannten Konstruktion zum Schutz der korrosionsempfindli­ chen Widerstandsschicht gegen z. B. Feuchtigkeitseinflüsse mit einem Schutzkör­ per aus Kunststoff umgeben.

Bei Kraftfahrzeugbremsen treten extrem hohe Temperaturen auf. Daher ist bei dieser bekannten Konstruktion die Substratplatte aus einem Keramikmaterial ge­ fertigt. Hartkeramik würde Rillen in die Bremsscheibe schleifen. Daher verwen­ det die bekannte Konstruktion in aufwendiger Bauweise eine nicht voll ausge­ härtete Keramik. Diese ergibt den Nachteil einer porigen Struktur. Vor Aufbrin­ gen der Widerstandsschicht muß daher die Oberfläche noch mit einer Glasur ver­ sehen werden. Die Widerstandsschicht selbst ist als Widerstandspaste aufge­ bracht. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist die aufwendige, schlecht reprodu­ zierbare Herstellung, die für Massenproduktion, wie sie im Automobilsektor er­ forderlich ist, schlecht geeignet ist.

Ferner ist aus der DE 30 07 887 A1 ein ähnlicher Bremsbelagverschleißsensor bekannt, der bereits mit einem Umgußkörper geschützt ist, wobei jedoch eben­ falls Fertigungsprobleme bestehen.

Die Ausbildung der Substratplatte aus Kunststoff ist an sich aus der EP 0 419 207 A1 bekannt.

Das Widerstandsmaterial als Metallfilm auszubilden ist an sich aus der DE 20 29 266 A1 bekannt.

Aus FR 23 19 880 und FR 25 74 508 ist es an sich bekannt, einen Verschleißsen­ sor mit einem Kunststoffschutzkörper zu versehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Sensor zu schaffen, der sich zur kostengünstigen Massenherstellung besser eig­ net.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor besteht die Substratplatte aus einem hochwarmfesten Kunststoff, der sich mit seiner glatten Oberfläche unmittelbar mit einem Metallfilmwiderstand beschichten läßt, der in üblicher Großserien­ technologie enge Widerstandstoleranzen ermöglicht. Der Schutzkörper läßt sich als Umgußkörper in Spritzgießtechnik einfach anbringen. Die Verwendung eines thermisch gut leitfähigen Kunststoffmaterials für den Umgußkörper ergibt gute Wärmeableitung von der Substratplatte, so daß deren Kunststoffmaterial und der Metallfilm vor zu hohen Temperaturen gut geschützt sind. Durch die Verwen­ dung ausschließlich von Kunststoffmaterialien sind Gefährdungen für die Brems­ scheibe ausgeschlossen. Ein solcher Sensor kann rationell und kostengünstig ge­ fertigt werden, wobei das Substratmaterial mit der aufgebrachten Widerstands­ schicht in einer Widerstandsfertigungsanlage erstellt und anschließend in einer Spritzgießanlage der Umgußkörper gefertigt wird.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Sensors gibt es sich widersprechende Anforderungen an die Dicke der Substratplatte. Der Metallfilm der Widerstands­ schicht muß in einem Vakuum aufgebracht werden. Wird als Substrat ein Kera­ mikmaterial verwendet, so gibt es hier keine Probleme, wohl aber bei Verwen­ dung von Kunststoffmaterialien als Substrat, da Kunststoffe im Vakuum Gas ab­ geben, das das Vakuum verunreinigt und den Metalldepositionsvorgang stört. Auch mit einer Erhöhung der Pumpleistung ist diesem Problem schwierig beizu­ kommen. Daher sollte für die Widerstandsherstellung die Substratplatte möglichst dünn, also von geringem Volumen sein, um eine rationelle, schnelle Fertigung zu erlauben. Andererseits sollte für das Umgießen der Substratplatte in einer Spritz­ gießform die Substratplatte möglichst dick und mechanisch stabil sein. Kunststof­ fe sind beim Spritzen relativ zäh und müssen mit sehr hohen Spritzdrücken von z. B. 200 bar in die Form gepreßt werden. Dabei wirken hohe Kräfte auf die frei in der Form gehaltene Substratplatte ein. Außerdem ist der Widerstandsfilm me­ chanisch sehr empfindlich. Es muß also darauf geachtet werden, daß er nicht durch den in der Spritzgießform strömenden Kunststoff beschädigt wird. Diese Beschädigungsgefahr ist insbesondere hoch, wenn ein stark abrasiv wirkender Kunststoff mit Festpartikel-Beimischungen zur Erhöhung der Festigkeit verwen­ det wird. Wird ein solcher Kunststoff direkt auf die Widerstandsschicht gespritzt, so wird diese stark abgetragen und somit ihr Widerstandswert in unzulässiger Weise verändert.

Zur Lösung dieser Probleme weist der Schutzkörper einen Kernkörper geringeren Volumens auf, der Randbereiche der Substratplatte freiläßt. An diesen Randbe­ reichen kann die Substratplatte stabil in der Form gehalten werden, wenn der Kern­ körper durch Umspritzen der Substratplatte hergestellt wird. Durch die stabile Randhalterung der Substratplatte ist es möglich, hohe Spritzdrücke zu verwenden ohne die Substratplatte zu zerstören. Man kann die Einspritzöffnung in der Form so legen, daß auf den Rand der Substratplatte gespritzt wird. Dann sind die Spritzdrücke, die auf die Substratplatte einwirken, relativ ungefährlich, und es wird eine direkte Beaufschlagung der Widerstandsschicht durch z. B. abrasiv wir­ kendes Kunststoffmaterial vermieden. Erst bei der langsameren Umströmung der Substratplatte gelangt das eingespritzte Material schonend auf die Widerstands­ schicht. Die störende Beeinflussung der Substratplatte durch das eingespritzte Kunststoffmaterial wird auch durch die geringe Masse des kleinen Kernkörpers verringert. Anschließend wird der Kernkörper mit dem Mantelkörper umspritzt. Hierbei treten keine mechanischen Probleme mehr auf, da die Substratplatte durch den Kernkörper bereits mechanisch verstärkt ist und die Widerstands­ schicht abgedeckt ist. Die bei der Herstellung des Kernkörpers notwendigerweise freigelassenen Randbereiche der Substratplatte werden von dem Mantelkörper ebenfalls abgedeckt, so daß die Substratplatte anschließend vollständig nach au­ ßen gegen Korrosion geschützt ist. Bei der Herstellung des Mantelkörpers kann bedenkenlos mit hoher Spritzgeschwindigkeit viel Material eingespritzt werden. Der Mantelkörper kann in beliebiger Größe und Formgebung gestaltet sein, z. B. mit einer Oberflächengestaltung, die Halterungsmittel und dergleichen ausbildet. Auf diese Weise ist es durch in zwei Schritten gespritzte Ausbildung des Schutz­ körpers möglich, eine sehr dünne, mechanisch empfindliche Substratplatte zu verwenden, die ein für die Widerstandsherstellung günstiges, geringes Volumen aufweist.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: eine Ansicht einer Kraftfahrzeugscheibenbremse in Draufsicht auf die Widerstandsschicht einer Substratplatte ohne Schutzkörper,

Fig. 2: einen stark vergrößerten Schnitt durch die Substratplatte nach Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3: eine Draufsicht auf die Substratplatte der Fig. 1 mit Kernkörper,

Fig. 4: einen Schnitt nach Linie 4-4 in Fig. 3 mit Darstellung der Spritz­ gießform zur Herstellung des Kernkörpers,

Fig. 5: einen Schnitt nach Linie 5-5 in Fig. 3 mit Darstellung der Spritz­ gießform zur Herstellung des Kernkörpers,

Fig. 6: eine Draufsicht auf die Sensorplatte gemäß Fig. 3 mit Kernkörper und Mantelkörper und

Fig. 7: eine Schnitt nach Linie 7-7 in Fig. 6 mit Darstellung der zur Her­ stellung des Mantelkörpers verwendeten Spritzgießform.

Fig. 1 zeigt stark schematisiert eine Kraftfahrzeugscheibenbremse mit einer von einer Welle 1 angetriebenen Bremsscheibe 2, gegen deren eine Reibfläche 3 ein Bremsklotz 4 von einer Druckplatte 5 in Pfeilrichtung zum Bremsen gedrückt wird.

Am Bremsklotz 4 ist senkrecht zur Reibfläche stehend eine Substratplatte 6 mit nicht dargestellten Mitteln zur gemeinsamen Bewegung befestigt. Auf ihrer Oberseite ist, wie der Vergleich mit Fig. 2 zeigt, die Substratplatte 6 in zwei Randbereichen mit Leiterbahnen 7 auf einem Metallfilmwiderstand 8 beschichtet.

Die Leiterbahnen 7 sind über Kabel 9 nach außen anschließbar an eine nicht dar­ gestellte Widerstandsmeßeinrichtung an Bord des Kraftfahrzeuges.

Beim Bremsen verschleißt der Bremsklotz 4. Ebenso wird die Substratplatte 6 und mit ihr der Metallfilmwiderstand 8 vom vorderen Rand 10 der Substratplatte her abgeschliffen. Dadurch verringert sich die Fläche des Metallfilmwiderstandes 8, so daß dessen Widerstandswert allmählich ansteigt. Dies ergibt ein von dem angeschlossenen Meßgerät anzeigbares Maß für den Verschleiß des Bremsklotzes 4.

Die Substratplatte 6 ist sehr dünn und besteht aus hochwarmfestem Kunststoff. Die Dicke der Platte 6 ist so gering gewählt, daß ihr Volumen klein genug ist, um beim Ausgasen flüchtiger Komponenten des Kunststoffes im Vakuum bei der Widerstandsherstellung das Vakuum und den Metallaufdampfprozess nicht zu sehr zu stören.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Substratplatte muß mit einem Schutzkör­ per umspritzt werden, der insbesondere den Metallfilmwiderstand 8 gegen Korro­ sion, z. B. gegen Feuchtigkeitseinwirkung, schützt. Dazu wird in einem ersten Schritt ein in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellter Kernkörper 11 um die Substratplatte 6 gespritzt.

Wie Fig. 3 zeigt, umgibt der Kernkörper 11 an der Stelle des Schnittes gemäß Linie 5-5 die Substratplatte 6 vollständig. Dies zeigt die Darstellung der Fig. 5, in der auch eine zweiteilige Spritzgußform 12a, 12b dargestellt ist. Man sieht durch Vergleich der Fig. 3 und 5, daß eine Einspritzöffnung 13 mit darin entstehen­ dem Angußstrang 18 von der Seite gegen den Rand der Substratplatte 6 gerichtet ist. Durch diese Einspritzöffnung wird mit hohem Druck flüssiger Kunststoff des Kernkörpers 11 in die Form gespritzt.

Gegen diesen hohen Einspritzdruck wird die Substratplatte sicher an ihren vier Ecken gehalten, wie dies in Fig. 3 und im Schnitt der Linie 4-4 in Fig. 4 zu sehen ist. Es bleiben folglich nach Fertigstellung des Kernkörpers 11 Randbereiche der Substratplatte 6 an ihren vier Ecken frei, und zwar im Ausführungsbeispiel an den Leiterbahnen 7, an denen die Spritzgußform 12a, 12b ohne Beschädigung des Metallfilmwiderstandes 8 angreifen kann.

In bevorzugter Ausführung ist der Kernkörper 11 aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet, dem in den Zeichnungen nicht dargestellte Feststoffpartikel beigege­ ben sind, um z. B. seine Festigkeit zu erhöhen. Es kann sich dabei z. B. um Glas­ fasern handeln. Beim Einspritzen des Materials durch die Einspritzöffnung 13 in die Spritzgußform 12a, 12b, wird das Material mit hoher Geschwindigkeit auf die Substratplatte 6 gespritzt und führt dort zu starkem Abrieb. Die Substratplatte 6 ist daher, wie in Fig. 5 in Vergleich mit Fig. 3 zu ersehen, in der Spritzgießform so angeordnet, daß sie mit ihrem Rand der Einspritzöffnung 13 zugewandt ist. Das hoch abrasive, eingespritzte Material gelangt erst beim Umfließen der Substratplatte 6 mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit auf den Metallfilmwi­ derstand 8 und kann diesen dabei nicht mehr gefährlich belasten. Wie die Fig. 3 bis 5 ferner zeigen, ist der Kernkörper 11 mit geringem Volumen ausgebildet, so daß nur wenig Material eingespritzt werden muß. Dadurch wird weiterhin die abrasive Belastung verringert.

Zur endgültigen Verwendung des Sensors, ist der Kernkörper 11 allein aber noch nicht geeignet, da er z. B. keine Halterungsmittel zur Befestigung aufweist und vor allem, da er noch ungeschützte Bereiche der Substratplatte freiläßt, an denen Korrosion angreifen kann.

Daher wird die in Fig. 3 dargestellte Anordnung in einem weiteren Schritt mit einem in Fig. 6 dargestellten Mantelkörper 14 umspritzt. Eine dazu verwendete Spritzgießform 15a, 15b ist in Fig. 7 dargestellt. Die Halterung des Kernkörpers 11 in der Spritzgießform 15a, 15b ist unkritisch. Wie in Fig. 3, 6 und 7 darge­ stellt, kann der Kernkörper 11 diesen seitlich überragende Halterungsnasen 16, im Ausführungsbeispiel drei solche Nasen, aufweisen. An diesem kann er, wie Fig. 7 zeigt, in der Spritzgießform 15a, 15b zum Umspritzen gehalten werden. Es kann durch nicht dargestellte Einspritzöffnungen von beliebiger Seite und mit beliebig hoher Strömungsgeschwindigkeit auch abrasives Material in größerer Menge eingespritzt werden ohne daß die nun geschützt im Kernkörper 11 liegen­ de Fläche des Metallfilmwiderstandes 8 beeinträchtigt wird. Der Mantelkörper 14 kann in beliebiger Formgebung und beliebiger Größe vorgesehen sein. Er kann, wie dargestellt, z. B. einen Kabelstutzen 17 ausbilden, an dem in Fig. 6 der An­ gußstrang 19 dargestellt ist.

Wie Fig. 6 zeigt, wird der Mantelkörper 14 von den drei Halterungsnasen 16 des Kernkörpers 11 überragt. Dabei können die beiden seitlichen Halterungsnasen z. B. als Einbauhalterungsmittel dienen. Es können auch noch sonstige, nicht dar­ gestellte Formgebungen am Mantelkörper 14 vorgesehen sein, wie z. B. Füh­ rungsrillen oder dergleichen.

Der Mantelkörper 14 ist in Ausführungsform gemäß Fig. 6 mit seiner Vorder­ kante bis zum vorderen Rand 10 der Substratplatte 6 verlaufend ausgebildet. Da­ durch werden auch die am vorderen Rand 10 gelegenen, bei der Herstellung des Kernkörpers 11 freigelassenen Randbereiche, vom Mantelkörper sicher um­ schlossen. Es können auch, in nicht dargestellter Weise, vom Mantelkörper 14 vordere Teile der Substratplatte 10 und des Kernkörpers 11 freigelassen bleiben, bis beispielsweise zur strichpunktiert dargestellten Linie 20. Diese Bereiche vor der Linie 20 können dann beispielsweise in einem anschließenden Fertigungs­ gang bis zur Linie 20 abgeschliffen werden. Es ist anzustreben, für den Eingriff mit der in Fig. 1 dargestellten Reibfläche 3 der Bremsscheibe 2 eine Vorderfläche des Sensors zur Verfügung zu stellen, die die Substratplatte 6 vollständig um­ schließt und ihr ein hohes Maß an Einbettungsstabilität sichert, um beim Schlei­ fen an der Bremsscheibe Ausbrechungen oder Absplitterungen der empfindlichen Substratplatte 6 zu verhindern.

Gemäß Fig. 1 ist der Sensor am Bremsklotz 4 derart angeordnet, daß er von der Reibfläche 3 der Bremsscheibe 2 in Richtung senkrecht zur Fläche der Substrat­ platte 6 angeschliffen wird. Er kam auch mit anderen Winkeln der Substratplatte zur Schleifrichtung angeordnet sein, beispielsweise auf der der Welle 1 der Bremse abgewandten Seite des Bremsklotzes 4, derart, daß die Schleifrichtung im wesentlichen in Richtung der Fläche der Substratplatte 6 liegt.

Claims (1)

1. Kontinuierlicher Bremsbelagverschleißsensor für Kraftfahrzeugbremsen, mit ei­ ner senkrecht zur Reibfläche (3) der Bremse (2, 4) stehend am Bremsbelag (4) der Bremse zu befestigenden Substratplatte (6) aus elektrisch isolierendem Mate­ rial, auf deren einer Fläche eine Schicht (8) aus elektrischem Widerstandsmateri­ al angeordnet ist, die mit Leiterbahnen (7) kontaktiert ist, welche über Kabel (9) nach außen anschließbar sind, wobei die Substratplatte (6) einschließlich ihrer Beschichtung in einem Schutzkörper (11, 14) aus elektrisch isolierendem Kunst­ stoff eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratplatte (6) aus ei­ nem hochwarmfesten Kunststoff und das Widerstandsmaterial aus einem aufge­ dampften Metallfilmwiderstand (8) besteht und daß der Schutzkörper als um­ spritzter Umgußkörper (11, 14) ausgebildet ist, der aus einem die Substratplatte (6) unter Freilassung von Randbereichen umgebenden Kernkörper (11) sowie einem Mantelkörper (14) besteht, welcher den Kernkörper (11) und freigelassene Randbereiche der Substratplatte (6) umschließt.