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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Überwachen
des Verschleißes von
Reibelementen für
ein Fahrzeugbremssystem. Die vorliegende Erfindung wird vorteilhaft
auf Anhänger
oder Sattelauflieger industrieller Fahrzeuge angewendet, worauf
sich die nachfolgende Beschreibung ohne Verlust an Allgemeinheit
bezieht. Wie beispielsweise aus
DE 202 13 829 U1 ,
EP-A-0704639 oder
US-A-5791441 bekannt
ist, sind auf dem Markt Vorrichtungen zum Überwachen des Verschleißes von
Reibelementen eines Bremssystems verfügbar, in denen Verschleißsensoren
an entsprechenden Reibelementen angewendet werden; die Sensoren sind über ein
Verbindungskabel mit einer elektronischen Signalerfassungs- und
Steuereinheit verbunden. Das Verbindungskabel verwendet mehrere
bipolare Leitungen, von denen jede die elektronische Steuereinheit
einzeln mit einem entsprechenden Sensor verbindet.
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Diese
Lösung
hat jedoch den Nachteil, kostspielig und umständlich zu sein, da sie die
Installation einer bipolaren Leitung für jeden Sensor erfordert.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Überwachen
des Verschleißes von
Reibelementen eines Fahrzeugbremssystems zu schaffen, die die oben
beschriebenen Nachteile nicht aufweist und gleichzeitig leicht und
preisgünstig herzustellen
ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung zum Überwachen des Verschleißes an Bremsbelägen eines
Fahrzeugbremssystems geschaffen, wie in Anspruch 1 beschrieben ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die ein nicht einschränkendes Realisierungsbeispiel zeigen
und in denen:
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1 schematisch
eine erste bevorzugte Ausführungsform
einer Überwachungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 einen
Abschnitt der Vorrichtung von 1 detaillierter
zeigt;
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3 eine
Abwandlung eines Details von 2 zeigt;
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4 einen
Ablaufplan zeigt, der die Vorgänge
zusammenfasst, die von der Vorrichtung von 1 ausgeführt werden;
und
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5 einen
Ablaufplan zeigt, der die Vorgänge
zusammenfasst, die von der Überwachungsvorrichtung
gemäß der Abwandlung
in 2 ausgeführt
werden.
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In 1 bezeichnet 1 allgemein
eine Vorrichtung als eine Gesamtheit zum Überwachen des Verschleißes von
Reibelementen 2 (beispielsweise eines Brems belags) eines
(nicht gezeigten) Fahrzeugbremssystems. Das Bremssystem umfasst
eine Anzahl N von Bremsvorrichtungen 3, von denen jede mit
einem entsprechenden (nicht gezeigten) Rad des Fahrzeugs kombiniert
ist und mit einem entsprechenden Reibelement 2 versehen
ist, das eine Reibung an einem zugehörigen Element ausüben soll,
das mit dem Rad einteilig ausgebildet ist.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel ist jede Bremsvorrichtung 3 vom
Scheibentyp und umfasst einen entsprechenden (nicht gezeigten) Bremssattel, der
eine zugehörige
(nicht gezeigte) Scheibe umschließen soll, wenigstens einen
entsprechenden, auf dem Bremssattel montierten Bremsbelag 2 und einen
entsprechenden bipolaren Verschleißsensor 4 von bekanntem
Typ.
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Insbesondere
ist der Sensor 4 vom Doppelsignaltyp, da er eine Leitung 5 aus
leitfähigem
Material umfasst, die von einer Ummantelung 6 aus isolierendem
Material umgeben ist und die elektrisch versorgt werden soll sowie
in dem Material des entsprechenden Bremsbelags 2 eingebettet
ist, damit:
- – ein teilweiser Verschleiß des Bremsbelags 2 zu einer
Entfernung der Ummantelung 6 führt, so dass ein elektrischer
Kontakt zwischen der Leitung 5 und der zugehörigen Scheibe
entsteht (die mit einem Nullpotenzial des Fahrzeugs verbunden ist),
wenn die Bremsvorrichtung 3 verwendet wird; und
- – ein
vollständiger
Verschleiß des
Bremsbelags 2 zu einem vollständigen Abscheren der Leitung 5 führt.
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Daher
soll der Sensor 4 drei Angaben bereitstellen:
- – Schaltkreis
geschlossen, wenn der entsprechende Bremsbelag 2 intakt
ist;
- – kurzgeschlossen
zur Masse, wenn der entsprechende Bremsbelag 2 teilweise
verschlissen ist; und
- – Schaltkreis
offen, wenn der entsprechende Bremsbelag 2 vollständig verschlissen
ist.
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Die Überwachungsvorrichtung 1 umfasst
ein Kabel 7, das die Sensoren 4 verbindet, wobei
es eine Anzahl N + 1 von Abschnitten 8 einer elektrischen Leitung
umfasst, die so angeordnet sind, dass jeder Sensor 4 mittels
eines entsprechenden bipolaren Verbindungssteckers 9 zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten 8 eingesetzt ist,
um eine einzige elektrische Schaltung 10 zu bilden, die
die Sensoren 4 in einer Reihenschaltung elektrisch verbindet.
Die Schaltung 10 ist auf der Höhe der zwei Endabschnitte 8a offen,
um einen Erfassungseingang 11 zu definieren. Jeder Abschnitt 8 der
Leitung umfasst zwei Widerstände 12,
die auf der Höhe
von entsprechenden Enden 13 des Abschnitts 8 angeordnet sind
und jeweils einen bestimmten ohmschen Wert RS haben. Daraus folgt,
dass die Widerstände 12 elektrisch
in einer Reihenschaltung vorliegen und sich längs der Schaltung 10 in
Zweiergruppen mit den Sensoren 4 abwechseln.
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Die Überwachungsvorrichtung 1 umfasst
ferner eine elektronische Verarbeitungs- und Steuereinheit 14 mit
einem Spannungsversorgungseingang 15, der mit einer Batterie 16 des
Fahrzeugs verbunden ist, und einem Spannungsversorgungsausgang 17 für die Sensoren 4,
die mit dem Erfassungseingang 11 der Schaltung 10 verbunden
sind.
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Wie
in 2 gezeigt ist, umfasst die elektronische Verarbeitungs-
und Steuereinheit 14 eine Erfassungseinheit 18 mit
einem Messeingang 19, der direkt mit dem Spannungsversorgungsausgang 17 verbunden
ist und mit Hilfe dessen die Erfassungseinheit 18 einen
Status der Sensoren 4 erfasst; eine Anzeigeeinheit 20,
die drei Leuchtdioden 21, 22, 23 umfasst,
insbesondere eine grüne
LED 21, eine gelbe LED 22 und eine rote LED 23,
deren Katoden durch die Erfassungseinheit 18 entsprechend
gesteuert werden, um den Status der Sensoren 4 anzuzeigen;
und eine stabilisierte Spannungsversorgung 24, die ihrerseits
von der Batterie 16 des Fahrzeugs über den Spannungsversorgungseingang 15 versorgt
wird und beim Pegel des Ausgangs 25, eine direkte Leistungsversorgungsspannung 26 mit
einem VCC-Wert bereitstellen soll, um die Erfassungseinheit 18 und
die Anzeigeeinheit 20 elektrisch mit Leistung zu versorgen.
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Die
Spannungsversorgung 24 soll ferner die Schaltung 10 über einen
Widerstand 27 mit Leistung versorgen, der zwischen dem
Ausgang 25 und dem Spannungsversorgungsausgang 17 oder
dem Erfassungseingang 11 der Schaltung 10 angeschlossen
ist und einen bestimmten ohmschen Wert RC in der gleichen Größenordnung
besitzt wie die Summe der ohmschen Werte RS der Widerstände 12 sowie
um zwei Größenordnungen
geringer ist als eine Eingangsimpedanz des Messeingangs 19.
Folglich bildet der Widerstand 27 zusammen mit den längs der Schaltung 10 in
Reihe geschalteten Widerständen 12 einen
durch die Spannung 26 mit Leistung versorgten Widerstandsteiler 28.
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Der
Spannungsversorgungsausgang 17 umfasst einen ersten Masseanschluss 29,
der mit der Fahrzeugmasse verbunden ist, und einen zweiten Anschluss 30,
der mit einem Anschluss des Widerstands 27 verbunden ist.
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Die
Spannungsversorgung der Schaltung 10 erzeugt während der
Verwendung einen elektrischen Strom 31, der durch den Teiler 28 in
einer herkömmlichen
Richtung fließt,
die von dem Ausgang 25 zu dem Masseanschluss 29 ver läuft. Angesichts
der Eigenschaften des Teilers 28 erzeugt der Strom 31 zwischen
den Anschlüssen 29 und 30 eine
elektrische Spannung 32, die bei normalen Betriebsbedingungen
(sämtliche
Bremsbeläge 2 intakt)
einen Wert VNORM hat, der im Wesentlichen gleich VCC/2 ist.
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Ein
teilweiser Verschleiß eines
Bremsbelags 2 schließt
den entsprechenden Sensor 4 zur Masse kurz, wodurch die
Spannung 32 auf einen entsprechenden Wert VUP unter VNORM
verringert wird. Insbesondere ist der Wert VUP der Spannung 32 relativ
zu VNORM umso geringer, je näher
der Sensor 4, der einen den Spannungswert 32 erzeugenden Kurzschluss
zur Masse anzeigt, dem Signalanschluss 30 ist.
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Wenn
schließlich
ein bestimmter Sensor 4 öffnet, was einem vollständigen Verschleiß des entsprechenden
Bremsbelags 2 entspricht, hat die Spannung 32 einen
Wert VUT, der im Wesentlichen gleich VCC ist.
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Zum
Erfassen des Status der Sensoren 4 umfasst die Erfassungseinheit 18 eine
Prüfmessvorrichtung 33,
die die über
den Messeingang 19 gemessene Spannung 32 mit einer
Anzahl N + 2 von Schwellenwerten 34, 35, 36 elektrischer
Spannungen vergleichen soll, wobei die Schwellenwerte in der Reihenfolge
ansteigender Spannungswerte in einer Tabelle 37 angeordnet
sind, die in einem Speicher 38 gespeichert ist. Insbesondere
umfassen die Spannungsschwellenwerte:
- – eine Anzahl
N ansteigender Voralarm-Schwellenwerte 34, von denen jeder
mit einem entsprechenden Sensor 4 kombiniert ist und einen
entsprechenden Wert VUP der Spannung 32 hat, wenn der Sensor 4 einen
Kurzschluss zur Masse anzeigt;
- – einen
Integritätsschwellenwert 35 mit
einem Wert gleich VNORM, der größer als
irgendein Wert VUP ist; und
- – einen
Alarm-Schwellenwert 36 mit einem Wert gleich VUT, der größer als
VNORM ist.
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Jeder
Schwellenwert 34 ist durch einen Index 39 gekennzeichnet,
der der Position in der Reihenfolge in der Tabelle 37 entspricht;
es ist offensichtlich, dass angesichts der bijektiven Zuordnung zwischen
den Sensoren 4 und den entsprechenden Schwellenwerten 34 jedem
Sensor 4 der gleiche Index 39 entspricht.
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Die
Erfassungseinheit 18 ist programmiert, um eine Abfolge
von Vorgängen
auszuführen,
wie sie im Ablaufplan von 4 schematisch
gezeigt sind.
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Insbesondere
umfasst die Abfolge von Vorgängen
einen Anfangsblock 101, in dem über den Messeingang 19 eine
Messung der Spannung 32 (VMIS) erhalten wird.
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Der
Block 101 wird gefolgt von einem Block 102, in
dem die im Block 101 erhaltene Messung der Spannung 32 über die
Prüfmessvorrichtung 33 mit den
Schwellenwerten 34 mit dem Wert VUP1 verglichen wird; wenn
die Messung der Spannung 32 nahe bei einem der Schwellenwerte 34 liegt
(VMIS = VUP), wird ein Block 103 ausgewählt, in dem der Index 39 im
Speicher 38 gespeichert wird. Der Block 103 wird gefolgt
von einem Block 104, in dem eine Anzahl von Blinkvorgängen der
gelben LED 21, die gleich dem Wert des gespeicherten Index 39 ist,
in schneller Abfolge angewiesen wird. Der Vorgang wird gemäß einer
im Voraus festgelegten Zeitperiode T (Block 105) periodisch
wiederholt, bis die Messung der Spannung 32 nahe bei dem
gleichen Schwellenwert 34 liegt. Tatsächlich wird der Block 105 vom
Block 101 gefolgt, um eine kontinuierliche Messabtastung
der Spannung 32 zu ermöglichen.
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Wenn
die Messung der Spannung 32 nicht nahe bei irgendeinem
der Schwellenwerte 34 liegt, wird der Block 102 von
einem Block 106 gefolgt, in dem die Messung der Spannung 32 mit
dem Integritätsschwellenwert 35 verglichen
wird; wenn die Messung der Spannung 32 nahe bei dem Schwellenwert 35 liegt
(VMIS = VNORM), wird der Block 106 von einem Block 107 gefolgt,
in dem das Einschalten der grünen
LED 22 angewiesen wird.
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Wenn
die Messung der Spannung 32 nicht nahe bei dem Schwellenwert 35 liegt,
wird der Block 106 von einem Block 108 gefolgt,
in dem die Spannung 32 mit dem Schwellenwert 36 verglichen
wird; wenn die Messung der Spannung 32 nahe bei dem Schwellenwert 36 liegt
(VMIS = VUT), wird der Block 108 von einem Block 109 gefolgt,
in dem der Index 39 aus dem Speicher 38 gelöscht wird.
Der Block 109 wird dann von einem Block 110 gefolgt,
in dem das Einschalten der roten 23 LED angewiesen wird.
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Wie
der Block 105 werden auch die Blöcke 107 und 110 vom
Block 101 gefolgt, um eine sukzessive Messung der Spannung 32 zu
erhalten. Außerdem
wird der Block 108 vom Block 101 gefolgt, wenn der
Vergleich des Blocks 108 ein negatives Ergebnis liefert.
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In Übereinstimmung
mit der Abwandlung von 3 umfasst die Anzeigeeinheit 20 zwei
numerische Anzeigen 40 mit sieben Segmenten 41, 41a,
die von der Erfassungseinheit 18 mittels der sich anschließenden Abfolge
von Vorgängen
gesteuert wird, die im Ablaufplan von 5 schematisch
gezeigt sind.
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Insbesondere
wird dann, wenn der Vergleich zwischen der Messung der Spannung 32 und
einem der Schwellenwerte 34 (Block 102) ein positives
Ergebnis liefert, der Block 103 ausgewählt, der vom Block 111 gefolgt
wird, in dem das Einschalten der Segmente 41, 41a angewiesen
wird, die zum Anzeigen des im Speicher 38 (Block 103)
gespeicherten Index 39 notwendig sind.
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Wenn
andererseits der Vergleich zwischen der Messung der Spannung 32 und
dem Schwellenwert 35 (Block 106) ein positives
Ergebnis liefert (VMIS = VNORM), dann wird der Block 106 von
einem Block 112 gefolgt, in dem die horizontalen Mittelsegmente 41a eingeschaltet
werden.
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Wenn
schließlich
der Vergleich zwischen der Messung der Spannung 32 und
dem Schwellenwert 36 (Block 108) ein positives
Ergebnis liefert (VMIS = VUT), dann wird der Block 108 vom
Block 113 gefolgt, in dem die Segmente 41, 41a eingeschaltet werden,
die zum Anzeigen eines Alarm-Codes, beispielsweise eines Buchstabens "A", notwendig sind.
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Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
die nicht gezeigt ist, soll die Erfassungseinheit 18 eine
Messung des Eingangswiderstands an dem Erfassungseingang 11 erhalten,
wobei der Eingangswiderstand von der Spannung 32 und dem
in der elektrischen Schaltung 10 fließenden Strom 31 abhängt, und über die
Prüfmessvorrichtung 33 den
Eingangswiderstand mit mehreren Impedanzschwellenwerten vergleichen.
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In Übereinstimmung
mit einer dritten bevorzugten Ausführungsform, die nicht gezeigt
ist, umfasst jeder Abschnitt 8 der Verbindungsleitung 7 einen
einzelnen Widerstand 12, der an der Höhe eines Endes 13 des
Abschnitts 8 angeordnet ist und einen ohmschen Wert von
2·RS
hat.
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In Übereinstimmung
mit einer vierten bevorzugten Ausführungsform, die nicht gezeigt
ist, wird die Verschleiß-Überwachungsvorrichtung 1 auf
ein Bremssystem angewendet, das eine Anzahl N von Trommelbremsvorrichtungen
umfasst, von denen jede mit einer entsprechenden Trommel versehen
ist, die zwei entsprechende Bremsbacken umfasst, die mit entsprechenden
Reibungsstollen versehen sind, wobei in wenigstens einem von diesen
die elektrische Leitung eines Verschleißsensors eingebettet ist. In diesem
Fall wird ein teilweiser Verschleiß eines Reibungsstollens angezeigt,
wenn die Leitung des entsprechenden Sensors in Kontakt mit der zugehörigen Trommel
kommt, wobei der Sensor zur Masse kurzgeschlossen wird.