DE602004008392T2

DE602004008392T2 - Kraftsensor für Fahrzeugbremszuspannung

Info

Publication number: DE602004008392T2
Application number: DE602004008392T
Authority: DE
Inventors: Dennis Kramer
Original assignee: ArvinMeritor Technology LLC
Current assignee: ArvinMeritor Technology LLC
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: EP1531110A3; DE602004008392D1; US20050103580A1; US7481301B2; EP1531110B1; EP1531110A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Anmeldung betrifft einen Kraftsensor, der in Kombination mit einem Einstellmechanismus für eine Scheibenbremse verwendet wird, wobei der Kraftsensor eine genaue Angabe des Punkts der Bremsenbetätigung zu einer zu dem Einstellmechanismus gehörigen Steuerung überträgt.
Scheibenbremsen waren immer schon mit einem mechanischen Einstellmechanismus versehen, um Verschleiß auszugleichen. Bei einer Scheibenbremse treibt bekanntlich ein Bremsenaktuator zwei Kolben an, und die Kolben drücken einen Bremsklotz gegen einen Rotor, wodurch die Drehung des Rotors verlangsamt wird. An dem Bremsklotz kommt es zu normalem Verschleiß, und typischerweise sind die Kolben mit dem mechanischen Einstellmechanismus versehen. Der mechanische Einstellmechanismus umfasst ein mechanisches Verbindungselement, das die Gesamtbewegung erfasst, und stellt die Kolben relativ zu Stößelzahnrädern ein, um Spiel zu beseitigen. Typischerweise gibt es einen gewünschten Betrag an Kolbenbewegung, und bei Verschleiß an dem Bremsklotz müssen sich die Kolben ein Stück über diesen gewünschten Betrag hinaus bewegen. Der mechanische Einstellmechanismus ändert also eine Ruhe- bzw. Ausgangsposition der Kolben derart, dass sie sich nur den gewünschten Betrag bewegen müssen, sogar bei Verschleiß an dem Bremsklotz.
Neuerdings wurden Elektromotoren entwickelt, um das mechanische Verbindungselement in dem Einstellmechanismus zu ersetzen. Ein Elektromotor treibt typischerweise ein Zahnrad an, das wiederum die Stößelzahnräder antreiben wird, um die Kolben einzustellen.
Solche Elektromotoreinstellmechanismen würden wünschenswerterweise eine Anzeige haben, wann die Bremse zum ersten Mal mit dem Rotor in Kontakt gekommen ist, da dies ein wichtiges Maß zur Ermittlung eines genauen Einstellbetrages ist. Bis heute wurde jedoch keine praktische Anwendung oder Lage zum Anbringen eines Kraftsensors in der Scheibenbremsenumgebung ausfindig gemacht. Dehnungsmesser etc. wurden entlang des Kraftübertragungsweges angebracht, doch sind diese in der Umgebung der Scheibenbremsenbetätigungsbaugruppe unpraktisch. Typischerweise steht entlang des Kraftübertragungsweges wenig Platz zur Verfügung.
Kraftsensoren wurden auch zur Aufnahme in den Aktuator vorgeschlagen. Dieser Ort ist jedoch etwas weit weg und kann möglicherweise keine so genaue Rückmeldung liefern wie erwünscht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der offenbarten Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Kraftsensor an einem solchen Ort angebracht, dass er den Kraftanstieg erfassen kann, wenn die Bremsklötze erstmals den Rotor berühren. Diese Kraft liefert einer Steuerung für einen elektrischen Einstellmotor einen Hinweis auf den Betrag des Spiels in der Scheibenbremse. Die Steuerung kann dann dieses Maß benutzen, um den Betrag der Einstellung zu ermitteln, der wünschenswert wäre.
Der Kraftsensor befindet sich vorzugsweise an einem Ort, wo er auf der Linie einer Reaktionskraft zwischen einem Aktuator und dem Bremsklotz liegt. Mehr bevorzugt nimmt eine Lagerschale, in der eine sich drehende Exzenterwelle gelagert ist, den Sensor auf einer dem Ort der auf der Lagerschale gelagerten Lager gegenüberliegenden Fläche auf. Die Exzenterwelle wird durch den Aktuator angetrieben und dreht sich, um die Lager zu bewegen, um wiederum die Scheibenbremse zu betätigen. Aufgrund dieser Krafteinwirkung empfängt die Lagerschale eine Reaktionskraft. Die Reaktionskraft wird zu dem Sensor übertragen. Auf diese Weise kann der Sensor einen sehr guten Hinweis auf den Beginn des Kraftanstiegs liefern, was dem Zeitpunkt entspricht, wo sämtliches Spiel beseitigt ist. Ein zweiter Sensor kann die Bewegung überwachen, wie zum Beispiel die Drehung der Exzenterwelle, um den Punkt des Kraftanstiegs mit einem Betrag der Bewegung in Verbindung zu bringen.
Bei einer am meisten bevorzugten Ausführungsform umfasst der Sensor einen Kraftsensor des Typs, der einen schwachen elektrischen Strom empfängt. Ein Beispiel wäre ein Sensor von Tekscan mit der Bezeichnung "FlexiForce", wie er in dem US-Patent 6,272,936 beschrieben ist. Der elektrische Widerstand gegenüber dem Stromfluss nimmt ab, wenn die Kraft an dem Sensor zunimmt. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist eine Schutzabdeckung auf dem Sensor angebracht, und ein sehr dünner "Amboss" befindet sich zwischen der Abdeckung und dem Sensor. Der Amboss stellt den Kraftübertragungspunkt zwischen der Abdeckung und dem Sensor bereit. Der Amboss begrenzt den Betrag der Kraft, die von der Abdeckung auf den Sensor übertragen werden kann, so dass der Sensor geschützt wird.
Beim Anlegen der Bremse sollte der Widerstand relativ konstant sein, da Spiel beseitigt wird. Sobald sämtliches Spiel beseitigt ist, beginnt der Bremsklotz den Rotor zu berühren. An diesem Punkt wird ein starker Anstieg der aufgebrachten Kraft als Reaktionskraft am Sensor erfasst werden. Gleichzeitig wird der Widerstand am Sensor stark abfallen. Der Sensor sendet ein Signal zu einer Steuerung für einen Einstellmotor. Dieses Abfallen des Widerstands kann von der Steuerung als der Punkt identifiziert werden, an dem sämtliches Spiel beseitigt ist. In Kombination mit weiteren Sensorinformationen über den Betrag der Gesamtbewegung der Bremse wird es diese Position der Steuerung erlauben, einen entsprechenden Einstellbetrag zu ermitteln.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die nachfolgend kurz beschrieben werden, am besten verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht durch eine Scheibenbremse gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen Abschnitt der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht durch den erfindungsgemäßen Sensor.
4 ist eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Sensors.
5 ist eine graphische Darstellung des Signalausgangs des erfindungsgemäßen Kraftsensors.
6 ist ein Flussdiagramm, aus dem hervorgeht, wie der erfindungsgemäße Sensor benutzt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Scheibenbremse 20 ist in 1 mit einer bekannten Antriebswelle 40 dargestellt. Ein Bremsklotz 26 wird gegen einen Rotor 22 getrieben, der durch die Scheibenbremse 20 gebremst werden soll. Zwei Antriebskolben 34 treiben den Bremsklotz 26 bei Betätigung der Antriebswelle 40 gegen den Rotor 22, wie nachfolgend erläutert. Wie bekannt ist, wird außerdem ein gegenüberliegender Bremsklotz 24 mit dem Rotor 22 in Kontakt gebracht.
Bekanntlich sollte die Lage der Kolben 34 in Richtung zu dem zu bremsenden Gegenstand, oder gemäß 1 nach unten, eingestellt werden, wobei es an den Bremsklötzen 24 und 26 zum Verschleiß kommt. So ist es also bekannt, Stößelzahnräder 28 und 29 zum Zwecke der Einstellung zu haben. Früher wurde diese Einstellung mechanisch vorgenommen. Neuerdings wird diese Einstellung jedoch mit Hilfe eines Elektromotors vorgenommen. Der Elektromotor 30 ist in 1 schematisch dargestellt und treibt ein Zahnrad 32 an, das Stößelzahnräder 28 und 29 antreibt. Eine solche Anordnung ist zum Beispiel in dem US-Patent 6,293,370 dargestellt.
Wie zu erkennen ist, haben die Kolben 34 einen mit einem Innengewinde versehenen Innenumfang, der in Bewegung gesetzt wird, wenn die Stößelzahnräder 28 und 29 von dem Zahnrad 32 in Drehung versetzt werden. Auf diese Weise können die Kolben 34 in Richtung zu dem Bremsklotz 24 bewegt werden, um dem Verschleiß Rechnung zu tragen. Die Kolben 34 werden an einer Drehung gehindert, so dass das Gewinde die Kolben 34 vorwärtsbewegt, wenn die Stößelzahnräder 28 und 29 in Drehung versetzt werden.
Wenn die Welle 40 durch einen Aktuator (nicht dargestellt) in Drehung versetzt wird, treiben exzentrische Enden 42 die Lager 36 und 38 an, die jeweils eine exzentrische Bohrung aufweisen. Wenn sich die Lager mit der Welle 40 drehen, werden durch diese Bewegung die Stößelzahnräder 28, 29 und die Kolben 34 nach unten gedrückt, wie in 1 gezeigt, so dass die Bremsklötze 26 und 24 mit dem Rotor 22 in Kontakt gebracht werden.
Die Lagerschalen 44 und 48 bieten jeweils eine Auflagefläche für die Lager 36 und 38. Die Lagerschalen 44 und 48 sind in Hohlräumen 52 in einem Gehäuse 50 angebracht.
Ein dünner Kraftsensor 46 ist zwischen der Lagerschale 44 und dem Hohlraum 52 in dem Gehäuse 50 angebracht. Dieser dünne Sensor ist an einem Ort angebracht, der nicht auf einer Linie der Kraftübertragung zwischen der Welle 40 und den Stößelzahnrädern 28 oder 29 liegt. Vielmehr würde eine Reaktionskraft von dem Lager 36 zu der Lagerschale 44 und dann zu dem Sensor 46 übertragen werden. Dieser Ort für den Sensor 46 erlaubt ein Minimum an notwendiger Änderung bei der gesamten Scheibenbremse 20. Der Hohlraum 52 bzw. die Lagerschale 44 können einfach zur Aufnahme des Sensors 46 dimensioniert sein.
Wie ebenfalls in dieser Figur dargestellt, kann ein separater Sensor 70, wie er in der oben genannten US-Patentanmeldung offenbart ist, die gesamte Bewegung der Kolben 34 während des Bremsvorgangs überwachen. Außerdem kann ein weiterer Sensor 71 den Betrag der Drehung der Welle 40 überwachen. Der Betrag der Drehung der Welle 40 kann zusammen mit dem von dem Sensor 46 erfassten Punkt der Krafteinwirkung zu der Steuerung 31 gesendet werden, so dass der Punkt der Krafteinwirkung mit einem speziellen Punkt im Hub der Antriebswelle 40 in Verbindung gebracht werden kann. Ferner wird die Steuerung 31 Informationen über die Gesamtstrecke der Bewegung von dem Sensor 70 empfangen. Auch hier kann die Steuerung 31 wieder eines der verschiedenen Kriterien heranziehen, um den Betrag der Einstellung durch den Motor 30 für die Lage der Kolben 34 anhand der Informationen von dem Sensor 46 und dem Sensor 70 zu ermitteln.
2 ist eine Ansicht, die das Gehäuse 50, den Hohlraum 52, die Lagerschale 44 (90° zu 1) und den Sensor 46 zeigt. Wie dargestellt, ist der Sensor 46 sandwichartig zwischen der Lagerschale 44 und der unteren Wand des Hohlraums 52 angeordnet. Der Sensor kann in einer zwischen der Lagerschale und dem Hohlraum 52 geschaffenen Ausnehmung angeordnet sein. Wie nachfolgend erläutert, wird durch den Sensor keine weitere Änderung im Widerstand produziert, wenn der komprimierbare Amboss 58 ganz bis in die Tiefe des Hohlraums zusammengedrückt ist.
3 zeigt den Sensor 46 mit einem elektrischen Abschnitt 54, der einen schwachen Strom empfängt, einer oberen Schutzabdeckung 56, einem Amboss 58 zwischen dem elektrischen Abschnitt 54 und der oberen Schutzabdeckung 56 und einem Hohlraum 60 in einem Gehäuse 59 für den elektrischen Abschnitt 54. Wie aus dieser Figur hervorgeht, wird beim Aufbringen einer Kraft von der Lagerschale 44 auf die obere Schutzabdeckung 56 diese Kraft durch den Amboss 58 auf den elektrischen Abschnitt 54 übertragen. Wie am besten in 4 zu erkennen ist, umfasst der elektrische Abschnitt 54 zwei elektrische Drähte, die einen schwachen Strom zu einem auf den Amboss 58 ausgerichteten mittigen Abschnitt übertragen. Wenn der Amboss 58 eine zunehmende Kraft auf die Drähte in der Nähe des Ambosses 58 aufbringt, nimmt der Widerstand gegen einen elektrischen Stromfluss ab.
An einem gewissen Punkt, und wie aus 3 hervorgeht, werden der Amboss und der elektrische Abschnitt 54 vollständig zusammengedrückt sein, so dass kein weiterer Kraftanstieg von dem Amboss 58 auf den elektrischen Abschnitt 54 des Sensors 46 übertragen wird. An diesem Punkt wird der Widerstand statisch werden.
5 zeigt den von dem elektrischen Abschnitt 54 erzeugten Widerstand als Funktion der aufgebrachten Kraft. Eine konstante Anfangskraft wird auftreten, sobald jegliches Spiel beseitigt ist, und wenn die Betätigung der Bremse beginnt. Ein starker Abfall wird dann beginnen, sobald die Bremsklötze 24 und 26 den Rotor 22 zu berühren beginnen. Dieser starke Abfall wird von dem Sensor 46 an die Steuerung 31 gemeldet. Der Sensor kann zum Beispiel einen zentralen Punkt entlang dieser Kurve herausgreifen, um diesen als Punkt der Krafteinwirkung zu identifizieren.
Wie weiterhin dargestellt, wird der Amboss an einem gewissen Punkt zusammengedrückt, und es wird kein weiterer Kraftanstieg übertragen. An diesem Punkt wird der Widerstand wieder konstant.
Wie in dem Flussdiagramm von 6 dargestellt, nutzt eine Steuerung Informationen von dem Sensor 46, indem sie die Drehstellung der Welle misst (Sensor 71) und dann fragt, ob die Kraft von dem Sensor 46 den in 5 dargestellten Grenzpunkt erreicht hat. Wenn nicht, überwacht die Steuerung nun, wann die Krafteinwirkung den Grenzwert erreicht. Sobald die Kraft den Grenzwert erreicht, wird eine zweite Messung der Drehstellung der Welle vorgenommen. Die Differenz zwischen den zwei Drehstellungen der Welle wird mit dem Luftspalt der Bremsklötze relativ zu dem Rotor in Beziehung gesetzt. Wenn die Bremse dann gelöst wird, kann das Spiel anhand dieser Differenz eingestellt werden. Wie dargestellt, wird typischerweise nicht die gesamte Differenz eingestellt, sondern vielmehr ein Teil der Differenz. Zum Beispiel wird oft die Hälfte der Strecke benutzt.
Die vorliegende Erfindung beschreibt somit einen Sensor, der problemlos in bestehende Scheibenbremsenkonstruktionen nachgerüstet werden kann, ohne größere Umbaumaßnahmen zu erfordern. Darüber hinaus stellt die Anordnung des Sensors auf der Linie einer Reaktionskraft eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, wo ein Sensor entweder fern von jeder direkten Rückmeldung von der tatsächlichen Bremsenbetätigung und -bewegung außerhalb des Gehäuses oder alternativ längs des Weges der Kraftübertragung angeordnet wurde, aber an einem Ort, der nur begrenzten Platz hat.
Der vorliegende erfindungsgemäße Sensor und die erfindungsgemäße Lage des Sensors bieten somit wertvolle Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.
Wenngleich eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung offenbart wurde, würde ein Durchschnittsfachmann doch erkennen, dass bestimmte Modifikationen in den Umfang dieser Erfindung fallen würden. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu ermitteln.

Claims

Scheibenbremse (20), mit: einem Betätigungsmechanismus, der bewegbar ist, um eine Bremskraft aufzubringen; zwei Kolben (34), die nach Empfang der Bremskraft bewegbar sind, um einen Bremsklotz (26) mit einem zu bremsenden Gegenstand in Kontakt zu bringen; einem Einstellmechanismus zum Einstellen der Lage der Kolben, um Spiel durch Verschleiß an dem Bremsklotz zu beseitigen; und dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremse ferner einen Kraftsensor (46) aufweist, um eine Reaktionskraft auf die Bremskraft zu erfassen, und um einen Punkt des Anstiegs der Krafteinwirkung festzustellen, der auf einen ersten Kontakt des Bremsklotzes mit dem zu bremsenden Gegenstand hindeutet, wobei der Kraftsensor ein Signal zu einer elektrischen Steuerung (31) für den Einstellmechanismus sendet.
Scheibenbremse nach Anspruch 1, wobei der Kraftsensor ein elektrischer Sensor ist, der einen Strom empfängt und einen Widerstand hat, der sich mit der auf den Kraftsensor aufgebrachten Kraft verändert.
Scheibenbremse, mit: einem Betätigungsmechanismus, der bewegbar ist, um eine Bremskraft aufzubringen; zwei Kolben (34), die nach Empfang der Bremskraft bewegbar sind, um einen Bremsklotz (26) mit einem zu bremsenden Gegenstand in Kontakt zu bringen; einem Einstellmechanismus zum Einstellen der Lage der Kolben, um Spiel durch Verschleiß an dem Bremsklotz zu beseitigen; und dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenbremse ferner einen Kraftsensor (46) aufweist, um einen Punkt des Anstiegs der Krafteinwirkung festzustellen, der auf einen ersten Kontakt des Bremsklotzes mit dem zu bremsenden Gegenstand hindeutet, wobei der Kraftsensor ein Signal zu einer elektrischen Steuerung (31) für den Einstellmechanismus sendet und wobei der Kraftsensor ein elektrischer Sensor ist, der einen Strom empfängt und einen Widerstand hat, der sich mit der auf den Sensor aufgebrachten Kraft verändert.
Scheibenbremse nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Kraftsensor eine Schutzabdeckung (56) zwischen einem Teil, das die Kraft auf den Kraftsensor aufbringt, und einem elektrischen Abschnitt (54) des Kraftsensors, der den Strom empfängt, aufweist.
Scheibenbremse nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Betätigungsmechanismus eine Exzenterwelle (40) ist, die mindestens ein Lager (36) antreibt, um wiederum die Kolben und den Bremsklotz gegen den zu bremsenden Gegenstand zu drücken.
Scheibenbremse nach Anspruch 5, wobei der Kraftsensor so angeordnet ist, dass er eine Reaktionskraft von der Exzenterwelle empfängt, wobei die Exzenterwelle die Reaktionskraft auf das Lager aufbringt.
Scheibenbremse nach Anspruch 6, wobei eine Lagerschale (44) das Lager und die Exzenterwelle trägt, wobei der Kraftsensor auf einer der Oberfläche, die das Lager und die Exzenterwelle trägt, gegenüberliegenden Seite der Lagerschale angeordnet ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 7, wobei der Kraftsensor und die Lagerschale in einem Hohlraum (52) in einem Gehäuse (50) für die Scheibenbremse aufgenommen sind.
Scheibenbremse nach Anspruch 8, wobei das dünne Ambossteil (58) ein nachgiebiges Teil ist, dessen Verformung durch den Hohlraum begrenzt ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 7, wobei der Kraftsensor eine äußere Abdeckung (56) hat und ein dünnes Ambossteil (58) zwischen der äußeren Abdeckung und dem Kraftsensor angeordnet ist, wobei das Ambossteil die Reaktionskraft von der äußeren Abdeckung auf den Kraftsensor überträgt, und wobei das Ambossteil betätigt werden kann, um eine auf den Kraftsensor insgesamt aufgebrachte Kraft zu begrenzen.
Scheibenbremse nach Anspruch 3, mit: dem Betätigungsmechanismus, der Folgendes umfasst: eine Exzenterwelle (40), die mindestens ein Lager (36) antreibt, um wiederum die Kolben und den Bremsklotz gegen den zu bremsenden Gegenstand zu drücken, eine Lagerschale (44), die das Lager und die Exzenterwelle trägt, wobei die Lagerschale in einem Hohlraum (52) in einem Gehäuse (50) für die Scheibenbremse aufgenommen ist; wobei der Kraftsensor zwischen der Lagerschale und dem Hohlraum positioniert ist, und wobei der Kraftsensor ein elektrischer Sensor ist, der einen Strom empfängt und einen Widerstand hat, der sich mit der auf den Kraftsensor aufgebrachten Kraft verändert.
Scheibenbremse nach Anspruch 11, wobei der Kraftsensor eine Schutzabdeckung (56) zwischen der Lagerschale und einem elektrischen Abschnitt (54) des elektrischen Sensors, der den Strom empfängt, aufweist.
Scheibenbremse nach Anspruch 4 oder 12, wobei ein relativ dünnes Ambossteil (58) zwischen der Schutzabdeckung und dem elektrischen Abschnitt angeordnet ist, wobei das dünne Ambossteil die Kraft von der Schutzabdeckung auf den elektrischen Abschnitt überträgt, und wobei das dünne Ambossteil den Betrag der auf den elektrischen Abschnitt insgesamt aufgebrachten Kraft begrenzt.