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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsüberwachungsvorrichtung für eine Scheibenbremse.
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Bei Scheibenbremsen wird ein Bremsbelag, der an einem Ende eines Druckelements angeordnet ist, das als Teil eines Bremsbetätigungsmechanismus in einem Gehäuse eines Bremssattels geführt ist, gegen eine Bremsscheibe angestellt. Das Druckelement wird hierbei, in der Regel über mehrere zwischengeschaltete Elemente unter anderem eines Nachstellmechanismus, von einem in dem rückwärtigen Abschnitt des Gehäuses des Bremssattels gelagerten Bremshebel betätigt.
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Bei Bremsbetätigung führt demzufolge das Druckelement einen Betätigungshub aus, der auf die Bremsscheibe zu gerichtet ist. Beim Lösen der Bremse, wenn keine Bremskraft mehr eingeleitet wird, vollführt das Druckelement einen in der Regel durch einen federartigen Rückstellmechanismus unterstützten Lösehub in der umgekehrten Richtung. Sowohl Betätigungs- als auch Lösehub sind im Wesentlichen axial auf die Bremsscheibe ausgerichtet, da das Druckelement als Teil des Bremsbetätigungsmechanismus in dem Gehäuse des Bremssattels axial verschieblich geführt ist.
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Da die Strecken der Bewegungen bei Bremsbetätigung und bei Bremslösung unter Berücksichtigung der Bremsbelagdicken für jede Ausgestaltung eines Bremsbetätigungsmechanismus durch die vorgegebenen Dimensionen bekannt sind, kann ein zu großer Hub als Indikator für irgendeine Fehlfunktion des Bremsbetätigungsmechanismus herangezogen werden. Gründe für einen zu großen Hub können beispielsweise in einem defekten Nachstellmechanismus, in einem zu großen Verschleiß der Bremsbeläge oder ähnlichem liegen.
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Ebenso kann ein zu kurzer Hub eine Fehlfunktion des Rückstellmechanismus, des Betätigungszylinders oder ähnliches anzeigen.
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Daher ist es aus Gründen der Funktions- und Straßensicherheit unbedingt erforderlich, in irgendeiner Form den Betätigungshub und/oder Lösehub zu überwachen und zu erfassen, da ein übermäßiger Hub entweder für einen baldigen Ausfall des Bremsbetätigungsmechanismus spricht oder die Notwendigkeit für einen Austausch der Bremsbeläge anzeigt, während ein zu kurzer Hub für einen baldigen Ausfall des Rückstellmechanismus oder des Betätigungszylinders spricht.
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Derzeit kommen im Stand der Technik drei unterschiedliche Messprinzipien zum Einsatz.
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Zum Beispiel stellen mehrere Anzeigeeinrichtungen dem Fahrer oder einem übergeordneten Steuerungssystem ein Alarmsignal zur Verfügung, sobald der Hub eine vorbestimmte Länge überschreitet. Derartige Indikatoren basieren oftmals auf Schaltmechanismen, die durch magnetische oder mechanische Mittel angesteuert werden. Obwohl derartige Anzeigemechanismen im Allgemeinen recht günstig sind, benötigen diese jedoch eine hochgenaue Positionierung und Justierung während der erstmaligen Installation und späteren Überholung, was im Gegenzug die Kosten wieder in die Höhe treibt.
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Ein weiteres Prinzip betrifft die Erfassung des tatsächlich vorhandenen Hubs. Sensoren, die für ein solches quantitatives Detektionsverfahren verwendet werden, stellen Signale bereit, die die lineare Bewegung des Bremsbetätigungsmechanismus mit einer relativ hohen Genauigkeit widerspiegeln. Jedoch erweisen sich derartige Sensoren als sehr kostenintensiv, insbesondere wenn nur ein übermäßiger Hub bestimmt werden soll.
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Ausführungen von Überwachungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik dieser Art finden sich beispielsweise in der
US 5,433,296 oder der
US 7,398,141 B2 .
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Ein drittes Prinzip betrifft die Messung des tatsächlich vorhandenen Zustands der Bremsbeläge. Sensoren für diesen Zweck kommen hauptsächlich in Zusammenhang mit ausgefeilten Bremssteuerungssystemen zum Einsatz, die verwendet werden, um den Bremsbelagverschleiß zwischen unterschiedlichen Bremsen an einem Fahrzeug in dynamischen Fahrzeugsteuer- und -assistenzsystemen auszugleichen. Derartige Sensoren erweisen sich ebenfalls als zu teuer für den Zweck, den Hub zu überwachen.
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Ausführungen von Überwachungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik dieser Art finden sich beispielsweise in der
US 5,339,069 , der
US 2009/0050418 A1 oder der
DE 195 34 854 A1 .
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Für die meisten Sicherheitszwecke, und manchmal sogar von Regierungsbehörden gefördert, ist es ausreichend, den Bremshub mit einer bestimmten annähernden Genauigkeit zu überwachen, die nicht den exakten, aktuell vorhandenen Wert für den Hub wiedergibt, d. h. es kann völlig ausreichend sein, lediglich eine qualitative als vielmehr eine quantitative Angabe des aktuell existierenden Hubs bereit zu stellen.
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Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Bremsüberwachungsvorrichtung für eine Scheibenbremse zur Verfügung zu stellen, die in einer zuverlässigen und effizienten Art und Weise arbeitet, die kostengünstig ist und einfach zu montieren ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Bremsüberwachungsvorrichtung für eine Scheibenbremse nach Anspruch 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe gelöst mit einer Scheibenbremse nach Anspruch 10.
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Die Erfindung stellt eine Bremsüberwachungsvorrichtung zum Erfassen eines Werts zur Verfügung, der den Betätigungshub und/oder den Lösehub eines in einem Gehäuse eines Bremssattels geführten Druckelements eines Bremsbetätigungsmechanismus wiedergibt, wobei das Druckelement über einen Bremsbelag auf eine Bremsscheibe einwirkt und von einem Hebel betätigt wird, aufweisend einen Sensor, der ausgelegt ist, Änderungen in einer physikalischen Größe an zumindest einer Komponente des Bremsbetätigungsmechanismus zu erfassen, wobei der Sensor und die Komponente so angeordnet sind, dass infolge einer Relativbewegung zwischen dem Sensor und der Komponente sich konstant wiederholende Änderungen der physikalischen Größe entlang einer Bahn erzeugt und detektiert werden, wobei die Bahn zwischen der Komponente des Druckelements und dem Sensor in Axialrichtung des Druckelements ausgebildet ist.
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Dementsprechend ist der Sensor, der in der Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung zum Einsatz kommen soll, so konfiguriert und angeordnet, dass er die Anzahl der sich wiederholenden Änderungen in Form von Pulsen innerhalb einer Zeitspanne für eine normale Bremsbetätigung oder Bremslösung zählt. Sofern die Anzahl der Pulse eine festgelegte Pulsanzahl überschreitet, die für die entsprechende Zeitspanne vordefiniert ist, wird ein Warnsignal erzeugt, das dann an den Fahrer oder an ein übergeordnetes Steuerungssystem ausgegeben wird.
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Folglich besteht keine Notwendigkeit, die betreffende physikalische Größe genau zu detektieren. Vielmehr ist es vollkommen ausreichend, einen Sensor für die Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung zu verwenden, der in der Lage ist, zwischen zwei wohl getrennten Quantitäten zu unterscheiden. Dementsprechend muss das Sensorelement, das in der Bremsüberwachungsvorrichtung eingesetzt werden soll, nur eine einfache Messstruktur aufweisen, so dass kostengünstigere Ausführungen verwendet werden können.
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Des Weiteren liegt ein besonderer Vorteil des Messprinzips, das gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Bremsüberwachungsvorrichtung zum Einsatz kommen soll, darin, dass es keine Referenzpunkte oder -positionen benötigt, so dass keine Notwendigkeit besteht, den Sensor genau zu installieren und den Sensor relativ zu der Bahn der sich wiederholenden Änderungen zu justieren. Ebenso ist es nicht notwendig, in dem übergeordneten Steuerungssystem oder in dessen Software eine elektronische Justage durchzuführen. Aus diesen Gründen sind die Installations- und Instandsetzungsarbeiten einfacher zu bewerkstelligen und daher kostengünstiger. Des Weiteren kann durch das System gemäß der Erfindung eine mögliche Fehlerquelle, die sich aus einer nicht genauen Positionierung ergibt, wie dies von anderen, wesentlich genaueren Messprinzipien bekannt ist, vermieden werden.
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Die physikalische Größe für die sich konstant wiederholenden Änderungen kann aus den Größen Magnetfeld, elektrischer Widerstand, elektrische Kapazität, elektrische Induktivität und/oder Oberflächenstruktur ausgewählt werden.
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Vorzugsweise sind die sich wiederholenden Änderungen entlang der Bahn gleichförmig und in gleichen Abständen verteilt.
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Gemäß der Erfindung weisen die sich wiederholenden Änderungen in der Oberflächenstruktur geometrische Variationen auf. Derartige Variationen entlang der Bahn können aus Schlitzen, Zähnen oder Erhebungen gebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Teil, der die Bahn aufweist, aus Metall und zumindest ein Magnet ist in der Nähe der sich konstant wiederholenden Änderungen so angeordnet, dass ein sich änderndes Magnetfeld in Abhängigkeit der sich konstant wiederholenden Änderungen erzeugt wird. Ein magnetischer Sensor zählt dann die Variationen in dem Magnetfeld in der Nähe der Bahn mit den sich wiederholenden Schlitzen oder Zähnen.
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Alternativ kann die Bahn eine Reihe von Permanentmagneten aufweisen, die dann durch einen entsprechenden Sensor detektiert werden.
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In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung ist die Bahn durch einen linearen Fortsatz gebildet, der sich von dem bremsscheibenseitigen Ende des Druckelements axial von der Bremsscheibe weg erstreckt. Der Fortsatz kann als Stab oder dünnes Blech ausgebildet sein. Des Weiteren kann der Fortsatz als separates Element an dem Druckelement angeordnet oder integral mit dem Druckelement ausgebildet sein.
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Gemäß der Erfindung ist der Sensor in paralleler Ausrichtung zu der Bahn in das Gehäuse des Bremssattels einfügbar, idealerweise durch eine entsprechende Öffnung in dem rückwärtigen Gehäuse des Bremssattels, so dass dieser als Einheit jederzeit ausgewechselt werden kann.
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Bremsbetätigungsmechanismen weisen oftmals automatische Nachstelleinrichtungen zum Ausgleich des Belagverschleißes auf. Zuallererst soll der Sensor für die Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung so montiert und konfiguriert werden, dass er die relative Bewegung zwischen einem Sensorelement und einer Bahn in der Bremsanordnung während der Bremsbetätigung erfassen kann. Jedoch, wie bereits vorhergehend erwähnt, benötigt das angewandte Messprinzip keine Referenzpunkte. Daher kann der Sensor auch an einem Bauteil montiert werden, das sich sowohl während der Bremsbetätigung als auch während der Nachstellung zum Verschleißausgleich bewegt. Ein weiterer Vorteil der Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung liegt darin, dass für diesen Fall keine zusätzliche Erfassung des Bremszustands erforderlich ist, d. h. ob die Bremse betätigt wird oder nicht.
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Für letzteren Zweck ist es vorteilhaft ein Mittel zu verwenden, das einen Puls von besonderer Stärke, beispielsweise doppelter Stärke erzeugt, wobei das Mittel irgendwo in der Nähe des Endes der Bahn angeordnet ist, um den Fahrer oder ein übergeordnetes System zu warnen bzw. darauf hinzuweisen, dass der Gesamthub einen Wert erreicht hat, der den Zustand von fast vollständig verschlissenen Bremsbelägen widerspiegelt. Dementsprechend weist die Bahn für die sich wiederholenden Änderungen zumindest eine zusätzliche unregelmäßige Änderung zur Bestimmung einer besonderen Position bzw. Lage des Betätigungs- und/oder Lösehubs auf, wobei die Position für einen kritischen Belagverschleißzustand steht.
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Des Weiteren kann eine solche unregelmäßige Änderung auch als Indikator für einen außergewöhnlich extralangen Hub verwendet werden, der sicherheitskritisch und funktionsgefährdend ist. Mittels eines solchen einfachen Prinzips braucht sich das übergeordnete Steuerungssystem nicht ausschließlich auf seine für diesen Fall programmierten Überwachungsalgorithmen seiner Software verlassen.
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Werden beispielsweise Schlitze als Änderungen im Verlauf der Bahn herangezogen, kann eine solche Unregelmäßigkeit durch einen Schlitz mit im Vergleich zu den übrigen Schlitzen doppelter Breite vorgesehen werden, für den der Sensor folglich einen stärkeren Puls generiert.
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Wie dies von den vorhergehend geschilderten Ausführungsformen deutlich wird, erweist sich die Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung im Allgemeinen als sehr einfach und kosteneffizient. Sie arbeitet zuverlässig, da keine komplizierten Algorithmen für die Signalverarbeitung gebraucht werden. Die Bremsüberwachungsvorrichtung kann in Verbindung mit Scheibenbremsen jeder Art verwendet und bei allen Fahrzeugtypen installiert werden, von Personenkraftwagen bis zu Schwerlastfahrzeugen, wie Lastkraftwagen, Bussen und Anhängern. Aufgrund des sehr einfachen Messprinzips, das dem Fahrer oder einem Steuersystem Betätigungs- und Lösehube mitteilt, die über ein vordefiniertes Maß hinausgehen, ohne die Notwendigkeit, den exakten quantitativen Wert zu spezifizieren, trägt eine Installation der Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung bei einem großen Anteil von Fahrzeugen zu einer allgemein verbesserten Straßensicherheit bei.
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Ein wesentlicher Vorteil, dass der Sensor der Bremsüberwachungsvorrichtung im rückwärtigen Bereich des Gehäuses des Bremssattels angeordnet ist, indem er durch eine dort befindliche entsprechende Öffnung eingefügt ist, liegt darin, dass das Sensorelement nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt wird, die in der Nähe der Bremsscheibe auftreten. Durch das Einfügen des Sensors in den freien Raum des Gehäuses des Bremssattels erweist sich die Montage, die Kabelfixierung, die Inspektion und die Instandsetzung als äußerst einfach.
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Es ist auch auf einfache Art und Weise möglich, bestehende Scheibenbremsen mit einer Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung nachzurüsten. Ein bestehendes Druckelement für einen Bremsmechanismus einer Scheibenbremse kann mit einem Druckelement ausgetauscht werden, das mit einem entsprechenden Fortsatz ausgestattet ist, ohne dass hierfür erhebliche Kosten entstehen, da ein solcher Austausch ohne Probleme während der nächsten Wartung durchgeführt werden kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
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1 eine seitliche Querschnittsdarstellung einer Scheibenbremse mit einem Bremsbetätigungsmechanismus;
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2a ausschnittsweise in Draufsicht eine Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung; und
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2b ausschnittsweise in Seitenansicht diese Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
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In 1 ist beispielhaft eine Scheibenbremse im seitlichen Querschnitt gezeigt.
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Die Scheibenbremse weist einen Bremssattel 1 auf, im vorliegenden Fall einen Gleitsattel, der auf einem Träger 2 verschieblich geführt ist. Der Bremssattel 1 umgreift eine hier nicht näher dargestellte Bremsscheibe, an der beidseitig Bremsbeläge 3 angreifen.
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In dem Gehäuse des Bremssattels 1 ist ein Bremsbetätigungsmechanismus 4 angeordnet und axial verschieblich geführt. Der Bremsbetätigungsmechanismus 4 wird von einem in dem rückwärtigen Gehäuseabschnitt des Bremssattels 1 schwenkbar gelagerten Hebel 5 betätigt.
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Durch eine Schwenkbewegung des Hebels 5 wird der Bremsbetätigungsmechanismus 4 in Richtung auf die Bremsscheibe zu bewegt, um die Bremsbeläge 3 zuzuspannen.
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Der Bremsbetätigungsmechanismus 4 weist einen hier nicht näher definierten Nachstellmechanismus 6 auf. An eine Bremsbelaghalterplatte 7 des gehäuseseitigen Bremsbelags 3 greift ein Druckelement 8 des Bremsbetätigungsmechanismus 4 bzw. des Nachstellmechanismus an.
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Wie in den 2a und 2b zu erkennen ist, besteht die Bremsüberwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung aus einem stabförmigen linearen Fortsatz 9, der an dem Druckelement 8 so angeordnet ist, dass sich dieser in Axialrichtung der Bremsscheibe von dem Druckelement 8, der Bremsscheibe gegenüberliegend, weg erstreckt.
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Der Fortsatz 9 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Druckelement 8 ausgebildet und lässt sich vorteilhafterweise in einem Gießvorgang herstellen.
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Der Fortsatz 9 bildet eine Bahn mit sich konstant wiederholenden Änderungen einer physikalischen Größe aus. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Folge von gleichmäßig beabstandeten Ausnehmungen bzw. Schlitzen 10.
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In paralleler Anordnung zu dem Fortsatz 9 des Druckelements 8 ist ein Sensor 11 durch eine rückwärtige Öffnung in dem Gehäuse des Bremssattels 1 eingefügt derart, dass bei einer axialen Zustell- oder Rückwärtsbewegung des Druckelements 8 diese sich konstant wiederholenden Änderungen sensiert werden können, da der Fortsatz 9 über den Sensor 11 wandert.
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In dem Sensor 11 ist hierfür beispielsweise ein nicht näher dargestellter Permanentmagnet angeordnet, der ein Magnetfeld erzeugt, das durch die Abfolge der Schlitze 10 variiert. Diese Variation kann durch entsprechende, ebenfalls nicht dargestellte Hall-Elemente des Sensors 11 aufgenommen und so die Anzahl der Schlitze 10 als Pulse gezählt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5433296 [0010]
- US 7398141 B2 [0010]
- US 5339069 [0012]
- US 2009/0050418 A1 [0012]
- DE 19534854 A1 [0012]
