DE202019103655U1

DE202019103655U1 - Bremsanlage für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE202019103655U1
Application number: DE202019103655.9U
Authority: DE
Original assignee: Hanning and Kahl GmbH and Co KG
Current assignee: Hanning and Kahl GmbH and Co KG
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2020-10-06
Anticipated expiration: 2029-07-04

Abstract

Bremsanlage für ein Fahrzeug mit einem um eine Achse (14) drehbaren Rad (16) und einem gefedert auf der Achse (14) abgestützten Fahrwerksrahmen (10), welche Bremsanlage eine mit dem Rad (16) drehbare Bremsscheibe (18) und einen zumindest in vertikaler Richtung (z) starr am Fahrwerksrahmen (10) abgestützten Bremssattel (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bremssattel (20) ein Abstandssensor (28) integriert ist, der radial in Abstand zu einem Umfangsrand der Bremsscheibe (18) angeordnet und dazu eingerichtet ist, den Abstand (d) zwischen dem Rand der Bremsscheibe (18) und dem Abstandssensor (28) zu messen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für ein Fahrzeug mit einem um eine Achse drehbaren Rad und einem gefedert auf der Achse abgestützten Fahrwerksrahmen, welche Bremsanlage eine mit dem Rad drehbare Bremsscheibe und einen zumindest in vertikaler Richtung starr am Fahrwerksrahmen abgestützten Bremssattel aufweist.
Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer Bremsanlage für ein Schienenfahrzeug, beispielsweise einen Straßenbahnwagen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsanlage mit Zusatzfunktion zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in den Bremssattel ein Abstandssensor integriert ist, der radial in Abstand zu einem Umfangsrand der Bremsscheibe angeordnet und dazu eingerichtet ist, den Abstand zwischen dem Rand der Bremsscheibe und dem Abstandssensor zu messen.
Da der Bremssattel und damit auch der Abstandssensor starr am Fahrwerksrahmen angeordnet ist, ergibt sich durch die vertikalen Ein- und Ausfederbewegungen des Fahrwerksrahmens eine Relativbewegung zwischen dem Abstandssensor und dem Rand der Bremsscheibe, und aufgrund der Krümmung des Randes der Bremsscheibe ändert sich der mit dem Abstandssensor gemessene Abstand als Funktion des Federweges. Der gemessene Abstand kann somit dazu benutzt werden, den Federweg des Fahrwerksrahmens zu berechnen, beispielsweise um den Beladungszustand des Fahrzeugs festzustellen. Wahlweise kann das Signal des Abstandssensors auch als Rückkopplungssignal für eine Niveauregulierung genutzt werden.
Da wesentliche Komponenten des so geschaffenen Sensorsystems, insbesondere der Bremssattel und die Bremsscheibe, ohnehin vorhanden sind, lässt sich die Zusatzfunktion mit äußerst geringem Aufwand realisieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Abstandssensor um einen Magnetsensor, beispielsweise einen handelsüblichen Inkrementgeber, der normalerweise dazu dient, Winkelinkremente eines sich drehenden Zahnrades zu zählen, durch Messung eines zwischen dem Sensor und dem Umfang des Zahnrades erzeugten Magnetfelds, dessen Stärke entsprechend der Folge von Zähnen und Zahnlücken des Zahnrads variiert. Da die Bremsscheibe aus ferromagnetischem Material besteht, eignet sich ein solcher Inkrementgeber auch als Abstandssensor im Kontext der Erfindung. Das Magnetfeld wird von einem in den Abstandssensor integrierten Permanentmagneten erzeugt und variiert als Funktion des Abstands zwischen Sensor und Umfangsrand der Bremsscheibe. Dabei braucht der Umfangsrand der Bremsscheibe nicht zwingend gezahnt zu sein.
Wenn der Umfangsrand der Bremsscheibe gezahnt ist, kann der Sensor zugleich in seiner eigentlichen Funktion als Inkrementgeber genutzt werden. Auf diese Weise kann die Raddrehzahl gemessen werden, beispielsweise um die tatsächliche Bremsverzögerung des Rades zu messen oder ein Blockieren des Rades festzustellen.
Wenn der Rand der Bremsscheibe nicht exakt rund ist und/oder in Bezug auf die Achse des Rades eine gewisse Exzentrizität aufweist, so äußerst sich dies in dem gemessenen Abstandssignal als eine periodische Schwankung mit einer Periode, die gleich dem Kehrwert der Raddrehzahl ist. So kann der Sensor beispielsweise auch dazu benutzt werden, eine etwaige Unrundheit der Bremsscheibe festzustellen. Wenn der Sensor zugleich die Funktion eines Inkrementgebers hat, lässt sich anhand der gemessenen Raddrehzahl die erwartete Periode der durch die Unrundheit verursachten Schwankungen berechnen, so dass gezielt nach Abstandsschwankungen mit dieser Periode gesucht werden kann. Bei der Berechnung des Federweges des Fahrzeugaufbaus kann der gemessene Abstand dann um den unrundheitsbedingten Fehler korrigiert werden, so dass man ein genaues Messignal erhält.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Bremsanlage eines Fahrzeugs;
2 die Bremsanlage nach 1 bei eingefedertem Fahrwerksrahmen;
3 eine vergrößerte Darstellung eines gezahnten Umfangsrandes einer Bremsscheibe und eines Abstandssensors, der zugleich die Funktion eines Inkrementgebers hat; und
4 ein Beispiel für ein mit dem Abstandssensor nach 3 aufgenommenes Messsignal.

In 1 ist schematisch ein Teil eines Fahrwerksrahmens 10 eines Schienenfahrzeugs, beispielsweise eines Straßenbahnwagens gezeigt. Der Fahrwerksrahmen 10 stützt sich über eine Feder 12, in diesem Fall eine sogenannte Primärfeder, auf einer Achse 14 eines Rades 16 des Schienenfahrzeugs ab. Ein nicht gezeigter Fahrzeugaufbau stützt sich seinerseits über eine Sekundärfederung auf dem Fahrwerksrahmen ab. In einer anderen Ausführungsform könnte das hier mit 10 bezeichnete Bauteil aber auch unmittelbar der Fahrzeugaufbau sein.
Auf der Achse 14 ist eine Bremsscheibe 18 angeordnet, die in diesem Beispiel einen glatten, kreisförmigen Umfangsrand hat.
Am Fahrwerksrahmen 10 ist ein Bremssattel 20 gehalten, der sich über ein Gelenk 22 so am Fahrwerksrahmen abstützt, dass er in der vertikalen Richtung z in Bezug auf den Fahrwerksrahmen starr ist. Zusätzlich ist der Bremssattel 20 über eine Schwinge 26 so am Fahrwerksrahmen abgestützt, dass er in der horizontalen Richtung x in einer definierten Position in Bezug auf die Bremsscheibe 18 gehalten wird.
Der Bremssattel 20 trägt wie üblich eine Bremszange, die den Rand der Bremsscheibe 18 übergreift. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde diese Bremszange in der Zeichnung jedoch fortgelassen.
Ein Abstandssensor 28 der beispielsweise durch einen handelsüblichen magnetischen Inkrementgeber gebildet wird, ist so am Bremssattel 20 angeordnet, dass er dem Umfangsrand der Bremsscheibe 18 gegenüberliegt. Dieser Abstandssensor enthält in bekannter Weise einen Permanentmagneten, der ein Magnetfeld H (3) in dem Raum zwischen dem Abstandssensor und dem Umfangsrand der aus ferromagnetischem Material bestehenden Bremsscheibe 18 erzeugt. Die Stärke dieses Magnetfelds variiert in Abhängigkeit vom Abstand d zwischen dem Abstandssensor 28 und dem Rand der Bremsscheibe und wird beispielsweise mit einer in den Abstandssensor integrierten Hall-Sonde gemessen. Auf diese Weise erhält man ein analoges Messsignal S, das eine monotone Funktion des Abstands d ist.
In einer nicht gezeigten Auswerteschaltung wird das Signal S digitalisiert und weiter ausgewertet. Aufgrund der bekannten Beziehung zwischen dem Signal S und dem Abstand d lässt sich dann der Abstand d quantitativ bestimmen.
Im gezeigten Beispiel ist der Abstandssensor 28 so am Bremssattel 20 angeordnet, dass er sich mit der Achse 14 auf gleicher Höhe befindet, wenn das Fahrzeug unbeladen ist und somit die Feder 12 ganz ausgefedert ist. In diesem Zustand ist der gemessene Abstand d minimal.
2 zeigt den Zustand bei Beladung des Fahrzeugs, so dass der Fahrwerksrahmen 10 sich um einen bestimmten Federweg h relativ zur Achse 14 gesenkt hat. Auch der Abstandssensor 28 hat sich relativ zur Bremsscheibe 18 um diesen Federweg h nach unten bewegt, so dass der Abstand d aufgrund des kreisbogenförmigen Verlaufs des Randes der Bremsscheibe 18 zugenommen hat. Diese Zunahme ist in 2 mit dd bezeichnet.
Da die Bremsscheibe 18 relativ zu der durch die Achse 14 gehenden Horizontalen symmetrisch ist, kann der Abstandssensor 28 nicht zwischen positiven und negativen Federwegen h unterscheiden. Da jedoch der Fahrwerksrahmen im normalen Fahrbetrieb nicht angehoben wird, treten negative Federwege allenfalls vorübergehend (bei Schwingungen des Fahrwerksrahmens) auf, so dass sich anhand des gemessenen Abstands d ein eindeutiger Wert für den Federweg und für die Beladung des Fahrzeugs bestimmen lässt.
3 zeigt ein Beispiel, bei dem der Rand der Bremsscheibe 18 als Zahnkranz ausgebildet ist. In diesem Fall hat der Abstandssensor 28 zugleich die Funktion eines Inkrementgebers, mit dem die Drehzahl der Bremsscheibe 18 und damit auch die Drehzahl des Rades 16 gemessen werden kann, da sich die Stärke des Magnetfelds H in Abhängigkeit davon ändert, ob gerade ein Zahn 30 oder eine Zahnlücke 32 des Zahnkranzes dem Abstandssensor 28 gegenüberliegt.
4 zeigt ein Beispiel für das unter diesen Umständen erhaltene Signal S als Funktion der Zeit t. Das Signal S wird in 4 durch eine Kurve 34 repräsentiert und weist eine Folge von Impulsen mit der Periode T auf. Diese Impulse spiegeln den Wechsel von Zähnen 30 und Zahnlücken 32 am Ort des Abstandssensors 28 wieder. Wenn N die Anzahl der Zähne 30 auf dem Umfang der Bremsscheibe 18 ist, so ist die Drehzahl n der Bremsscheibe und des Rades 16 gegeben durch $n = 1 / (NT)$
In dem in 4 gezeigten Beispiel weist die Kurve 34 auch eine langperiodische Veränderung auf, die sich zusammensetzt aus einem linearen Anteil 36 und einem periodischen Anteil 38 mit der Periodendauer NT (in 4 ist eine halbe Periode NT/2 gezeigt). Dieser periodische Anteil 38 kann beispielsweise die Folge einer gewissen Unrundheit oder Exzentrizität des Randes der Bremsscheibe 18 in Bezug auf die Achse 14 sein. Anhand des Signals S lässt sich somit auch überprüfen, ob diese Unrundheit oder Exzentrizität innerhalb zulässiger Grenzen liegt. Zugleich lässt sich das über die Impulse gemittelte Signal S durch Subtraktion des periodischen Anteils 38 korrigieren, so dass man den linearen Anteil 36 erhält, der die Abstandsänderung dd infolge der Federbewegung angibt und sich in den Federweg h umrechnen lässt.
Auch bei einer sehr präzise gefertigten und montierten Bremsscheibe wird sich eine gewisse Unrundheit nie vollständig vermeiden lassen, so dass ein gewisser periodischer Anteil 38 in der Praxis immer vorhanden sein wird. Bei hinreichender Genauigkeit des Abstandssensors 28 kann dann die Drehzahl des Rades auch anhand dieses periodischen Anteils bestimmt werden, so dass eine Drehzahlmessung auch dann möglich ist, wenn der Rand der Bremsscheibe nicht gezahnt ist.

Claims

Bremsanlage für ein Fahrzeug mit einem um eine Achse (14) drehbaren Rad (16) und einem gefedert auf der Achse (14) abgestützten Fahrwerksrahmen (10), welche Bremsanlage eine mit dem Rad (16) drehbare Bremsscheibe (18) und einen zumindest in vertikaler Richtung (z) starr am Fahrwerksrahmen (10) abgestützten Bremssattel (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bremssattel (20) ein Abstandssensor (28) integriert ist, der radial in Abstand zu einem Umfangsrand der Bremsscheibe (18) angeordnet und dazu eingerichtet ist, den Abstand (d) zwischen dem Rand der Bremsscheibe (18) und dem Abstandssensor (28) zu messen.
Bremsanlage nach Anspruch 1, bei der der Abstandssensor (28) ein magnetischer Abstandssensor ist und zumindest der Rand der Bremsscheibe (18) aus ferromagnetischem Material besteht.
Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Rand der Bremsscheibe (18) gezahnt ist und der Abstandssensor (28) die Funktion eines Inkrementgebers hat.