EP2038565A1 - Verfahren und eine vorrichtung zum messen einer wirkenden normalkraft an einer scheibenbremse - Google Patents

Verfahren und eine vorrichtung zum messen einer wirkenden normalkraft an einer scheibenbremse

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EP2038565A1
EP2038565A1 EP07729753A EP07729753A EP2038565A1 EP 2038565 A1 EP2038565 A1 EP 2038565A1 EP 07729753 A EP07729753 A EP 07729753A EP 07729753 A EP07729753 A EP 07729753A EP 2038565 A1 EP2038565 A1 EP 2038565A1
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EP
European Patent Office
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sensor
brake
caliper
disc brake
target
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07729753A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Ante
Stephan Heinrich
Andreas Ott
Willibald Reitmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP2038565A1 publication Critical patent/EP2038565A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D55/00—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • F16D55/02—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members
    • F16D55/22—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D55/00—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • F16D2055/0004—Parts or details of disc brakes
    • F16D2055/0016—Brake calipers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/005—Force, torque, stress or strain

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for measuring a force acting normal force on a disk brake, as a ⁇ is set especially in motor vehicles.
  • a disc brake has a known design on the hub of a wheel to be braked revolving brake disc to which friction linings in the form of brake pads or brake pads are pressed from both sides. These friction linings are mounted in a so-called caliper.
  • the caliper is also referred to as a brake caliper and spans the brake disk ⁇ .
  • the activation of the brake is generally hyd ⁇ raulisch using tor at least one brake piston as actuaries.
  • partial disk brakes are generally used, ie disk brakes that only use part of the surface of the disk as a friction surface.
  • floating caliper brakes are preferred.
  • Floating caliper brakes have, in contrast to fixed caliper brakes, the actuators only on one side of the disc.
  • the design of the floating caliper brake makes it possible to build the braking force on both sides of the brake caliper basically only one actuator.
  • the longitudinally displaceably mounted or floating suspended caliper transfers the pressure applied by only one actuator mechanically to the other side of the brake disc.
  • Floating caliper brakes require only relatively small space, so that a floating caliper brakes can be better placed at a lower height Ver ⁇ equal to fixed caliper brakes by this structure.
  • floating caliper brakes have a high efficiency and are relatively simple in construction and maintenance. So in particular friction or brake pads in a short time it will be exchanged. In an even lighter design with smaller dimensions, the floating caliper disc brake is used as a so-called pendulum caliper brake on motorcycles.
  • disc brakes serve as an actuator hydraulically operated pistons, which are displaceable by means of hydraulic pressure in corresponding actuators.
  • an electromechanical actuator is used in the case of an electromechanically actuated disc brake instead of a hydraulic cylinder.
  • a self-amplifying device can also be arranged, by means of which an actuating force generated by the electromechanical actuator is amplified automatically during a braking operation and without the supply of further external energy.
  • the disc brake can be controlled reliably and with a required accuracy to comply with a user-specified braking request and also to be able to report back to this.
  • the term "currently acting braking force” is understood to mean a force acting between the friction linings and the brake disk in a direction normal to the brake disk surface, which force is caused on the brake disk by friction linings pressed to decelerate.
  • various approaches are known from the prior art. These approaches build üb ⁇ SHORT- on to a deformation of an introduced into the power flow ei ⁇ ner brake sensor element.
  • Such sensor elements are regularly in a highly contaminated by dirt and high temperatures area of a brake, so that these sensors due to the adverse conditions either particularly protected and / or due to the high demands placed on them in terms of life and reliability even under rough Operating conditions are relatively expensive.
  • a partially slotted caliper verwen ⁇ det is used to measure a current normal force on a disc brake.
  • an elastic expansion of the brake caliper is used as the measured variable, wherein a component with a first, attached to the caliper end and a second, free end is used for measuring.
  • a gap whose respective current gap width is measured as a measure of a currently acting braking force and subsequently evaluated ⁇ .
  • the pitch used in ⁇ an electromechanical or electro-optical distance measurement to the slot.
  • a force-proportional path at the slot is about 0.5 mm in one embodiment.
  • the brake caliper deforms linearly elastically in a measuring range of interest with a good approximation.
  • a change in the slot width is measured by means of Wegmessauf commentary, for which purpose probes or distance sensors can be used on the basis of inductive or capacitive measurement methods, such as so-called.
  • Linear Variable Displacement Transducers or LVDT, or HALL cells For a thermally induced zero-point drift and / or nonlinearities of a réellesig ⁇ nals are compensatory measures and for calibration of the measuring device provided by reference sensors Meßwerttabellen provided.
  • Object of the present invention is the development of a device for measuring an acting normal force with substantial reduction of an additional space required in the field of disc brake and reducing sensitivity to thermal influences.
  • a shearing movement of a part of the disc brake relative to a reference is recorded or sensed by a sensor, in order to deduce a currently acting normal force on the basis of a measuring signal of the sensor in a measuring signal processing logic.
  • inductive eddy-current or eddy current sensors Such sensors generate a magnetic alternating field via a magnetic coil, which is damped by a counter body or target brought into the magnetic field by eddy currents. Depending on a target is close, the greater the damping. The degree of a respective attenuation is measured in a device and, for example, converted to a distance of the sensor relative to the target in a currently we ⁇ kende force.
  • these non-contact We ⁇ belstrom sensors can also measure a shift against an electrically conductive object to be measured wear. In principle, the test object may have both ferromagnetic and non-ferromagnetic properties.
  • a material which is particularly suitable for eddy-current measurements and which produces very clear output signals is preferably used as the target. Due to the high insensitivity to z. As oil, dirt, moisture, dust and interference fields, this measuring principle is very well suited for use in the harsh environment of a disc brake. At high refzi ⁇ sion and resolution in the measurement, such sensors are available with very good price / performance ratio in compact designs on the market. An already available of miniaturization ⁇ Siert typically sensor electronics can either be placed directly at the measurement location or in a central signal processing portion.
  • the magnetic coil of at least one eddy current sensor and a target carry out a shear movement relative to one another. If one measures a shear movement instead of an approximation, it is possible to resort to another space in the area of the disk brake. So ⁇ temerweit réelle have been gained for a given design of a disc brake and a sensor unit new degrees of freedom in the design and Sys. In particular, so at Constructions in which there is no space for a proximity sensor, however, a shear motion at a different location of a disc brake are measured, where there is still sufficient space available.
  • the target has a step.
  • this stage of the target is formed with a special geometry, so that the sensor a desired and in particular linear characteristic he holds ⁇ .
  • the eddy current sensor is in such a way
  • the brake caliper material usually consists of gray cast iron or aluminum or aluminum alloys. In principle, materials suitable for eddy current measurements can be used as the material of a target.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a basic structure of a floating caliper disc brake with an indication of the deformations occurring in the region of a brake caliper under the influence of a braking force;
  • FIG. 2 shows a brake caliper of a disk brake in a spatial view from above in the direction of a disk
  • FIGS 3a and 3b Details of the figures of Figures 1 and
  • FIG. 5 a diagram for the representation of measured sensor output voltages as a function of a respective displacement when parameterized by a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a basic structure of a floating caliper disc brake 1 for a motor vehicle in section.
  • the disc brake 1 comprises a hub 2 on a wheel of a not shown mitlau ⁇ Fende brake disk 3, are pressed against the both sides of the friction linings 4 in the form of brake linings under a braking operation overall. These friction linings 4 are mounted in a caliper 5, which spans the brake disk 3.
  • the disk brake 1 depicted has only one AK tuatoratti 6, on one side of the brake disk 3 is arranged.
  • the caliper 5 is mounted longitudinally displaceably on an axis 7, so that it applies a contact force F applied by the actuator unit 6 uniformly to both sides of the brake disk 3.
  • an electromechanically acting actuator unit 6 is to be used in the disc brake 1.
  • an electromechanically acting actuator unit 6 is to be used in the disc brake 1.
  • floating caliper disc brakes have the disadvantage of a relatively large elastic deformation or distortion, so that an imprecise festlegbarer
  • Figure 2 shows a three-dimensional view of the caliper 5 with a total U-shaped and not shown here brake disc 3 spanning shape and at right angles extending in the same direction arms 10, 12 for receiving the brake pads also not shown in Figure 2 4.
  • Die Arms 10, 12 are therefore connected in one piece with the caliper 5 with appropriate mechanical reinforcement by ribs 13.
  • guides 14, 15, 16 which are likewise connected in one piece with the caliper 5, a floating bearing of the entire disc brake 1 is achieved via the caliper 5 on two axles 7.
  • a device for measuring a current braking force is provided on the caliper 5, which measures an elastic widening of the caliper 5 in response to an applied braking force F by widening a gap width w of a gap 20.
  • This gap 20 is located between a substantially L-shaped, arm-like connected at one end to the caliper 5 component 24, the free, second end 26 is a measurement of the gap width w.
  • a shear of an edge 28 due to the application of force F by an eddy current sensor 30 is evaluated. Since the edge 28 is present over the entire component depth of the caliper 5 and is loaded in the same way under force by the force F in the course of the braking operation, the position of the eddy current sensor 30 along this exemplarily selected edge 28 in accordance with each one available standing space can be freely selected in a wide range.
  • Figures 4a to 4c show embodiments for different shapes in the region of the edge 28.
  • Figure 4a shows a simple, step-shaped extending edge 28 which upon movement of a magnetic head 31 of the sensor 30 an abrupt change of a large distance of the Magnetkop ⁇ 31 leads to an electrically conductive edge material toward a minimum distance d.
  • Figure 4b shows the step edge of Fig 4a with a ⁇ by following curvilinear undercut.
  • FIG. 4 c shows a continuous and monotonous curve of the edge 28, by which a curve of the output signal of the sensor 30 can be influenced over a distance.
  • a far-reaching linearization of the output signal curve can be achieved via a displacement path. It is of course irrelevant whether the sensor element 30 is displaced relative to the target or the edge 28, as is the case in Figures 4a, 4b, or whether the target or the edge 28 re ⁇ relative to a fixed Sensor element 30 is displaced, as is the case in Figure 4c.
  • FIG. 5 shows two measurements of a shearing movement by means of an eddy current sensor on a step-shaped target made of cast iron over a comparatively large lateral displacement path of up to 5 mm in length.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer wirkenden Normalkraft an einer Scheibenbremse, wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Um eine Einrichtung zur Messung einer wirkenden Normalkraft bei wesentlicher Verringerung eines im Bereich einer Scheibenbremse zusätzlich erforderlichen Bauraums und unter Senkung einer Empfindlichkeit gegenüber thermischen Einflüssen weiterzubilden wird vorgeschlagen, dass eine Scherbewegung eines Teils der Scheibenbremse gegenüber einer Referenz durch einen Sensor aufgenommen wird, um auf Grundlage eines Sensor-Messsignals in einer Messsignal-Verarbeitungslogik auf eine aktuell wirkende Normalkraft zurückzuschließen.

Description

Beschreibung
Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer wirkenden Normalkraft an einer Scheibenbremse
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer wirkenden Normalkraft an einer Scheibenbremse, wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen ein¬ gesetzt wird.
Eine Scheibenbremse weist in bekannter Bauart eine auf der Nabe eines zu bremsenden Rades mitlaufende Bremsscheibe auf, an die von beiden Seiten Reibbeläge in Form von Bremsklötzen oder Bremsbelägen gepresst werden. Diese Reibbeläge sind in einem so genannten Bremssattel angebracht. Der Bremssattel wird auch als Bremszange bezeichnet und umspannt die Brems¬ scheibe. Die Aktivierung der Bremse erfolgt in der Regel hyd¬ raulisch mit Hilfe mindestens eines Bremskolbens als Aktua- tor. In Kraftfahrzeugen werden in der Regel Teilscheibenbrem- sen eingesetzt, also Scheibenbremsen, die nur einen Teil der Fläche der Scheibe als Reibfläche nutzen.
Ferner finden bei Automobilen sog. Schwimmsattelbremsen bevorzugte Verwendung. Schwimmsattelbremsen haben im Gegensatz zu Festsattelbremsen die Aktuatoren nur auf einer Seite der Scheibe. Die Bauart der Schwimmsattelbremse ermöglicht, die Bremskraft an beiden Seiten der Bremszange grundsätzlich über nur einen Aktuator aufzubauen. Der längsverschieblich gelagerte bzw. schwimmend aufgehängte Bremssattel überträgt den von nur einem Aktuator aufgebrachten Druck mechanisch auf die andere Seite der Bremsscheibe. Schwimmsattelbremsen benötigen durch diesen Aufbau nur vergleichsweise geringen Bauraum, so dass eine Schwimmsattelbremse bei geringerer Bauhöhe im Ver¬ gleich mit Festsattelbremsen besser platziert werden kann. Ferner haben Schwimmsattelbremsen einen hohen Wirkungsgrad und sind in Aufbau und in Wartung vergleichsweise einfach. So können insbesondere Reib- bzw. Bremsbeläge in kurzer Zeit getauscht werden. In einer noch leichteren Bauform mit geringeren Abmessungen kommt die Schwimmsattel-Scheibenbremse als sog. Pendelsattel-Bremse bei Motorrädern zum Einsatz.
In bekannten Scheibenbremsen dienen als Aktuator hydraulisch betätigte Kolben, die mittels Hydraulikdruck in entsprechenden Betätigungseinrichtungen verschiebbar sind. Im Fall einer elektromechanisch betätigten Scheibenbremse kommt anstelle eines Hydraulikzylinders ein elektromechanischer Aktuator zum Einsatz. Dabei kann zwischen mindestens einem elektromechani- schem Aktuator und mindestens einem Reibbelag auch noch eine Selbstverstärkungseinrichtung angeordnet sein, durch die eine vom elektromechanischem Aktuator erzeugte Betätigungskraft bei einem Bremsvorgang selbsttätig und ohne Zufuhr weiterer Fremdenergie verstärkt wird.
Prinzipiell fehlt bei einer Scheibenbremse mit elektromecha¬ nischem Aktuator jede Rückmeldung einer wirkenden Bremskraft an ein Bremspedal, wie sie über den hydraulischen Kreis bei herkömmlichen Bremsen gegeben ist. Ferner besteht zusätzlich ein wesentlicher Nachteil von Schwimmsattelbremsen in einer größeren Verwindung. Aus derartigen elastischen Verformungen resultiert ein gegenüber Festsattelbremsen ungenauerer Druckpunkt. Bei einer Scheibenbremse mit elektromechanischem Aktu- ator ist es daher insbesondere aus den beiden vorstehend ge¬ nannten Punkten generell erforderlich, unabhängig von ihrer genauen konstruktiven Ausführungsform, eine im Betrieb aktuell wirkende Bremskraft ständig und möglichst genau zu erfas¬ sen. Nur auf dieser Basis kann die Scheibenbremse zuverlässig und mit einer erforderlichen Genauigkeit geregelt werden, um eine durch einen Benutzer vorgegebene Bremsanforderung einhalten und auch an diesen zurückmelden zu können. Dabei wird im Weiteren unter dem Begriff "aktuell wirkende Bremskraft" eine zwischen den Reibbelägen und der Bremsscheibe in einer Richtung normal zur Bremsscheibenoberfläche wirkende Kraft verstanden, die an der Bremsscheibe mit zum Abbremsen angedrückten Reibbelägen hervorgerufen wird. Zum Bestimmen einer aktuellen Bremskraft sind aus dem Stand der Technik diverse Ansätze bekannt. Diese Ansätze bauen üb¬ licherweise auf einer Verformung eines in den Kraftfluss ei¬ ner Bremse eingebrachten Sensorelementes auf. Damit liegen derartige Sensorelemente regelmäßig in einem von Schmutz und hohen Temperaturen sehr belasteten Bereich einer Bremse, so dass diese Sensoren auf Grund der widrigen Einsatzbedingungen entweder besonders geschützt und/oder auf Grund der an sie gestellten hohen Anforderungen in Bezug auf Lebensdauer und Zuverlässigkeit auch unter rauen Einsatzbedingungen vergleichsweise teuer sind.
In einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin wird zur Messung einer aktuellen Normalkraft an einer Scheibenbremse ein teilweise geschlitzter Bremssattel verwen¬ det. Zum Messen einer aktuellen Bremskraft wird als Messgröße eine elastische Aufweitung des Bremssattels verwendet, wobei zum Messen ein Bauteil mit einem ersten, am Bremssattel befestigten Ende und einem zweiten, freien Ende eingesetzt wird. Zwischen dem Bremssattel und diesem Bauteil befindet sich in Richtung einer Längserstreckung des Bauteils ein Spalt, dessen jeweils aktuelle Spaltbreite als Maß für eine aktuell wirkenden Bremskraft gemessen und nachfolgend ausge¬ wertet wird. Dabei wird also eine Aufspreizung des Bremssat- tels relativ zu dem nicht kraftbeaufschlagten Bauteil bzw. Referenzbügel des Bremssattels gemessen. Hierzu wird bei¬ spielsweise eine elektromechanische oder elektro-optische Wegmessung an dem Schlitz verwendet. Ein kraftproportionaler Weg an dem Schlitz beträgt in einer Ausführungsform ca. 0,5 mm. Zur Umrechnung eines jeweils gemessenen Weges in eine aktuell wirkende Kraft wird davon ausgegangen, dass sich die Bremszange in einem interessierenden Messbereich mit guter Näherung linearelastisch verformt. Eine Änderung der Schlitzbreite wird mittels Wegmessaufnehmer gemessen, wobei hierfür Taster oder Abstandssensoren auf der Basis induktiver oder kapazitiver Messmethoden verwendet werden können, wie beispielsweise sog. Linear Variabel Displacement Transducers bzw. LVDT, oder HALL-Zellen. Für eine thermisch bedingte Nullpunktsdrift und/oder Nichtlinearitäten eines Ausgangssig¬ nals sind Kompensationsmaßnahmen und zur Kalibrierung der Messvorrichtung sind durch Referenzsensoren erstellte Mess- werttabellen vorgesehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Weiterbildung einer Einrichtung zur Messung einer wirkenden Normalkraft bei wesentlicher Verringerung eines im Bereich einer Scheiben- bremse zusätzlich erforderlichen Bauraums und unter Senkung einer Empfindlichkeit gegenüber thermischen Einflüssen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen An¬ sprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird eine Scherbewegung eines Teils der Scheibenbremse gegenüber einer Referenz durch einen Sensor aufgenommen bzw. sensiert, um auf Grundlage eines Messsignals des Sensors in einer Messsignal-Verarbeitungslogik auf eine aktuell wirkende Normalkraft zurückzuschließen. In Folge ei¬ ner Verbiegung oder Verwindung als Reaktion auf eine Krafteinleitung kommt es an einer Scheibenbremse regelmäßig neben einer Näherungs- oder Entfernungsbewegung auch zu einer Scher- oder "Vorbei"-Bewegung. Diesen Umstand macht sich die vorliegende Erfindung zu Nutze, um statt eines Abstandes oder Verschiebeweges über Dehnungs- oder Wegsensoren nun eine Scherbewegung eines Teils der Scheibenbremse als eine Kompo¬ nente einer in Folge eines Krafteinflusses möglichen Gesamt- reaktion gegenüber einer außerhalb des Kraftflusses liegenden Referenz auszuwerten. Dementsprechend können durch diesen neuen Ansatz nun auch andere Positionen für einen entsprechenden Sensor im Bereich einer Scheibenbremse gewählt werden. Diese Positionen können sich dabei nun durch geringere Bauraum-Beschränkungen und auch durch geringere Betriebstemperaturen auszeichnen, wie unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit Abbildungen zu Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt wird.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von induktiven Wir- belstrom- bzw. Eddy-Current-Sensoren . Derartige Sensoren erzeugen über eine Magnetspule ein magnetisches Wechselfeld, das von einem in das Magnetfeld gebrachten Gegenkörper bzw. Target durch Wirbelströme gedämpft wird. Je nähe ein Target ist, desto größer ist die Dämpfung. Das Maß einer jeweiligen Dämpfung wird in einer Vorrichtung gemessen und z.B. zu einem Abstand des Sensors gegenüber dem Target in eine aktuell wir¬ kende Kraft umgerechnet. Diese berührungslos arbeitenden Wir¬ belstrom-Sensoren können jedoch auch eine Verschiebung gegen ein elektrisch leitendes Messobjekt verschleißfrei messen. Das Messobjekt darf dabei grundsätzlich sowohl ferromagneti- sche, als auch nichtferromagnetische Eigenschaften haben. Als Target wird dabei vorzugsweise ein für Wirbelstrommessungen besonders geeignetes Material verwendet, das sehr deutliche Ausgangssignale liefert. Aufgrund der hohen Unempfindlichkeit gegenüber z. B. Öl, Schmutz, Feuchte, Staub und Störfelder ist dieses Messprinzip für die Anwendung in der rauen Umgebung einer Scheibenbremse sehr gut geeignet. Bei hoher Präzi¬ sion und Auflösung in der Messung sind derartige Sensoren in kompakten Bauformen am Markt mit sehr gutem Preis-/Leistungs- Verhältnis erhältlich. Eine in der Regel bereits miniaturi¬ siert verfügbare Sensorelektronik kann dabei entweder direkt am Messort oder in einem zentralen Signalverarbeitungsteil angeordnet sein.
Erfindungsgemäß führen also die Magnetspule mindestens eines Wirbelstrom-Sensors und ein Target gegeneinander eine Scher¬ bewegung aus. Misst man statt einer Näherung nun eine Scherbewegung, so kann auf einen anderen Bauraum im Bereich der Scheibenbremse ausgewichen werden. Damit sind auch bei einer gegebenen Konstruktion einer Scheibenbremse sowie einer Sensoreinheit neue Freiheitsgrade in der Konstruktion und Sys¬ temerweiterung gewonnen worden. Insbesondere kann so bei Konstruktionen, in denen für einen Näherungssensor kein Platz mehr vorhanden ist, gleichwohl eine Scherbewegung an einer anderen Stelle einer Scheibenbremse gemessen werden, wo noch ausreichend Bauraum zur Verfügung steht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist dabei das Target eine Stufe auf. In einer besonders vorteilhaf¬ ten Ausführungsform der Erfindung wird diese Stufe des Targets mit einer speziellen Geometrie ausgebildet, so dass der Sensor eine gewünschte und insbesondere lineare Kennlinie er¬ hält. Durch diese Maßnahme kann eine nachfolgende elektroni¬ sche Linearisierung einer Kennlinie wesentlich erleichtert oder sogar ganz eingespart werden.
Vorteilhafter Weise ist der Wirbelstromsensor so in eine
Bremse eingesetzt, dass ein Bereich der Bremszange selber als Target für die Messung einer Scherbewegung dient. Das Bremszangenmaterial besteht dabei üblicherweise aus Grauguss oder Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen. Als Material eines Tar- gets können jedoch grundsätzlich auch besonders für Wirbelstrommessungen geeignete Materialien eingesetzt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfol¬ gend unter Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug- nähme auf die Abbildungen der Zeichnung angegeben. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1: eine schematisierte Schnittzeichnung eines prinzipiellen Aufbaus einer Schwimmsattelscheibenbremse mit Andeutung der unter Einfluss einer Bremskraft auftretenden Verformungen im Bereich eines Bremssattels;
Figur 2: einen Bremssattel einer Scheibenbremse in räumli- eher Darstellung von oben in Richtung auf eine
Bremsscheibe her betrachtet, unter Andeutung eines im Wesentlichen L-förmigen, armartigen Bauteils zur Bremskraftmessung oder Auswertung einer Spaltaufweitung;
Figur 3a und 3b: Einzelheiten aus den Abbildungen der Figuren 1 und
2 zur Darstellung eines unbelasteten und eines mit Bremskraft beaufschlagten Zustandes unter Andeutung der unterschiedlichen Messprinzipien;
Figuren 4a bis 4c: schematisierte Schnittdarstellungen eines Elektro¬ magnet-Sensorkopfes im Zusammenspiel mit verschie¬ denen Bauformen eines Gegenkörpers, die jeweils verschiedene Stufenformen zur Erzeugung unter- schiedlicher Kennlinien des Wirbelstromsensors auf¬ weisen und
Figur 5: ein Diagramm zur Darstellung gemessener Sensor- Ausgangsspannungen in Abhängigkeit von einem jewei- ligen Verschiebeweg bei Parametrierung durch einen
Abstand zwischen Sensorkopf und Target.
Über die verschiedenen Abbildungen und Ausführungsbeispiele hinweg werden nachfolgend einheitlich gleiche Bezugsziffern und Bezeichnungen für gleiche Teile, Funktions- oder Baugrup¬ pen und Verfahrensschritte verwendet.
Figur 1 zeigt in schematisierter Darstellung einen prinzipiellen Aufbau einer Schwimmsattel-Scheibenbremse 1 für ein Kraftfahrzeug im Schnitt. Die Scheibenbremse 1 weist eine auf einer Nabe 2 eines nicht weiter dargestellten Rades mitlau¬ fende Bremsscheibe 3 auf, an die von beiden Seiten Reibbeläge 4 in Form von Bremsbelägen im Rahmen eines Bremsvorgangs ge- presst werden. Diese Reibbeläge 4 sind in einem Bremssattel 5 angebracht, der die Bremsscheibe 3 umspannt. Als Schwimmsat¬ telbremse hat die dargestellte Scheibenbremse 1 nur eine Ak- tuatoreinheit 6, die auf einer Seite der Bremsscheibe 3 angeordnet ist. Zur im Wesentlichen gleichmäßigen Übertragung der Bremskraft auf beide Seiten der Bremsscheibe 3 ist der Bremssattel 5 auf einer Achse 7 längs verschieblich gelagert, so dass er eine von der Aktuatoreinheit 6 aufgebrachte An- druckkraft F gleichmäßig auf beide Seiten der Bremsscheibe 3 aufbringt .
Im vorliegenden Beispiel soll eine elektromechanisch wirkende Aktuatoreinheit 6 in der Scheibenbremse 1 verwendet werden. Gegenüber bekannten hydraulischen Scheibenbremsen fehlt bei einer elektromechanisch aktivierten Scheibenbremse jede Rückmeldung eine an der Scheibenbremse 1 umgesetzten Bremskraft an einen Fahrer. Zudem weisen Schwimmsattel-Scheibenbremsen den Nachteil einer relativ großen elastischen Verformung bzw. Verwindung auf, so dass sich ein nur ungenau festlegbarer
Druckpunkt ergibt. Diese beiden vorstehend genannten Eigen¬ schaften machen eine permanente und möglichst genaue Ermitt¬ lung einer im Betrieb aktuell an der Bremsscheibe 3 wirkenden Bremskraft erforderlich.
Aufbauend auf eine nicht vorveröffentlichte Lösung zur Er¬ mittlung einer aktuell wirkenden Normalkraft werden nun unter Rückgriff auf die Offenbarung einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung vorteilhafte Abwandlungen mit verschiedenen Ausführungsbeispielen diskutiert. Hierzu zeigt Figur 2 eine dreidimensionale Darstellung des Bremssattels 5 mit einer insgesamt U-förmigen und eine hier nicht weiter dargestellte Bremsscheibe 3 überspannenden Gestalt und sich rechtwinklig in gleicher Richtung erstreckenden Armen 10, 12 zur Aufnahme der in Figur 2 ebenfalls nicht dargestellten Bremsbeläge 4. Die Arme 10, 12 sind daher bei entsprechender mechanischen Verstärkung durch Rippen 13 einstückig mit dem Bremssattel 5 verbunden. Über ebenfalls einstückig mit dem Bremssattel 5 verbundene Führungen 14, 15, 16 wird eine schwimmende Lage- rung der gesamten Scheibenbremse 1 über den Bremssattel 5 an zwei Achsen 7 bewerkstelligt . Ferner ist an dem Bremssattel 5 eine Einrichtung zum Messen einer aktuellen Bremskraft vorgesehen, die eine elastische Aufweitung des Bremssattels 5 in Reaktion auf eine einwirkende Bremskraft F durch Weitung einer Spaltweite w eines Spal- tes 20 misst. Dieser Spalt 20 befindet sich zwischen einem im Wesentlichen L-förmigen, armartig an einem Ende mit dem Bremssattel 5 verbundenen Bauteil 24, dessen freies, zweites Ende 26 eine Messung der Spaltweite w dient.
Die Einzelheiten X der Figuren 1 und 2 sind zur Verdeutlichung einer Lehre einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung sowie des neuen Messansatzes in den Abbildungen der Figuren 3a, 3b nochmals schematisiert im Ausschnitt widerge¬ geben. Demnach wird eine Spaltweite w bzw. deren durch Ein- fluss der Bremskraft F bewirkte Weitung im Übergang von Figur 3a auf Figur 3b im Bereich des freien Endes 26 des Bauteils 24 in einem Bereich gemessen, der sich auf Höhe der Bremsbeläge 4 befindet. Diese Messung wird als Weg- oder Abstands¬ messung durchgeführt.
Im Gegensatz dazu wird nach einem neuen Ansatz eine Scherung einer Kante 28 in Folge der Krafteinwirkung F durch einen Wirbelstromsensor 30 ausgewertet. Da die Kante 28 über die gesamte Bauteiltiefe des Bremssattels 5 vorhanden ist und un- ter Krafteinwirkung durch die Kraft F im Zuge des Bremsvorganges in gleicher Weise belastet wird, kann die Position des Wirbelstromsensors 30 entlang dieser beispielhaft gewählten Kante 28 nach Maßgabe eines jeweils zur Verfügung stehenden Bauraumes in weiten Bereichen frei gewählt werden.
Die Folge der Figuren 4a bis 4c zeigt Ausführungsbeispiele für unterschiedliche Formgebungen im Bereich der Kante 28. So zeigt Figur 4a eine einfache, stufenförmig verlaufende Kante 28, die bei Bewegung eines Magnetkopfes 31 des Sensors 30 ei- ne sprunghafte Änderung eines großen Abstandes des Magnetkop¬ fes 31 zu einem elektrisch leitenden Kantenmaterial hin auf einen minimalen Abstand d bewirkt. Figur 4b zeigt die Stufenkante von Figur 4a mit einem nach¬ folgenden kurvenartigen Hinterschnitt. Durch diesen Hinterschnitt 32 der Kante 28 wird nach dem sprunghaften Vermindern eines großen Abstandes zwischen dem Magnetkopf 31 und Target im Bereich 28 vom Abstand d hin auf einen nachfolgend wieder vergrößerten Abstand D eine entsprechend signifikante Ände¬ rung des Ausgangssignals des Sensors 30 bewirkt.
Figur 4c zeigt einen stetigen und monotonen Kurvenverlauf der Kante 28, durch die ein Kurvenverlauf des Ausgangssignals des Sensors 30 über eine Wegstrecke betrachtet beeinflussbar ist. Insbesondere kann durch die vorstehend dargestellten Maßnahmen zur Formgebung im Bereich der Kante 28 eine weitgehende Linearisierung des Ausgangssignalverlaufs über einen Ver- schiebeweg erzielt werden. Dabei ist es selbstverständlich ohne Belang, ob das Sensorelement 30 relativ zu dem Target bzw. der Kante 28 verschoben wird, wie dies in den Figuren 4a, 4b der Fall ist, oder ob das Target bzw. die Kante 28 re¬ lativ zu einem feststehenden Sensorelement 30 verschoben wird, wie dies in Figur 4c der Fall ist.
Figur 5 zeigt zwei Messungen einer Scherbewegung mittels Wirbelstromsensor an einem stufenförmig ausgebildeten Target aus Gusseisen über einen vergleichsweise großen seitlichen Ver- schiebeweg bis zu 5 mm Länge. Beide Messkurven lassen sich in der dargestellten Art und Weise als Parabeln bzw. Funktion zweiten Grades approximieren. Sie unterschieden sich dabei aufgrund der sehr unterschiedlichen Minimalabstände zum Target voneinander deutlich. So werden bei einem Abstand d = 0,2 mm die deutlich höheren Ausgangssignalspannungen erreicht, wobei jedoch auch ein Abstand des Targets zum Sensor von d = 2,0 mm ein störungsfrei auswertbares sowie über den gesamten Messbereich klar unterscheidbares Ausgangssignal liefert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Messen einer wirkenden Normalkraft an einer Scheibenbremse, insbesondere einer Schwimmsattel- Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Scherbewegung ei¬ nes Teils der Scheibenbremse (1) gegenüber einer Refe¬ renz durch einen Sensor (30) aufgenommen wird, um auf Grundlage eines Sensor-Messsignals in einer Messsignal- Verarbeitungslogik auf eine aktuell wirkende Normal¬ kraft zurückzuschließen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Sensor mindestens ein Wirbel- ström- bzw. Eddy-Current-Sensor (30), und ein Teil des Bremssattels (5) der Scheibenbremse (1) als Target ver¬ wendet werden, wobei Sensor (30) und Target im Zuge einer Scherung aneinander vorbei bewegt werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Tar¬ get eine Kante (28) oder Stufe aus einem für Wirbel¬ strommessungen geeigneten Material verwendet wird.
4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kante (28) oder Stufe mit einer speziellen Geometrie ausgebil¬ det wird, so dass ein Sensorausgangssignal eine ge- wünschte und insbesondere im Wesentlichen lineare Kenn¬ linie erhält .
5. Vorrichtung zum Messen einer wirkenden Normalkraft an einer Scheibenbremse, insbesondere einer Schwimmsattel- Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Sensor (30) rela¬ tiv zu einem Teil der Scheibenbremse (1) als Target zur Aufnahme einer durch einen Bremskrafteinfluss bewirkten Schwerbewegung zwischen Sensor (30) und Target angeordnet ist, und der Sensor (30) mit einer Messsignal- Verarbeitungslogik zur Ermittlung einer aktuell wirkenden Bremskraft verbunden ist .
6. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Tar- get des Sensors (30) ein Teil des Bremssattels (5) ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Tar¬ get eine Kante (28) und/oder Stufe aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kan¬ te (28) oder Stufe des Targets zur weitgehenden Line¬ arisierung eines Messsignals des Sensors (30) ausgebil- det ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sen¬ sor (30) als Wirbelstrom- bzw. Eddy-Current-Sensor aus- gebildet ist.
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