WO2020053006A1 - Scheibenbremse für ein kraftfahrzeug und verfahren zum erfassen eines bremsmoments einer scheibenbremse - Google Patents

Scheibenbremse für ein kraftfahrzeug und verfahren zum erfassen eines bremsmoments einer scheibenbremse Download PDF

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WO2020053006A1
WO2020053006A1 PCT/EP2019/073309 EP2019073309W WO2020053006A1 WO 2020053006 A1 WO2020053006 A1 WO 2020053006A1 EP 2019073309 W EP2019073309 W EP 2019073309W WO 2020053006 A1 WO2020053006 A1 WO 2020053006A1
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WO
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brake
disc
carrier
measuring element
braking torque
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PCT/EP2019/073309
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Michael Blessing
Thomas Eichler
Jens Fricke
Alexander Fuchs
Matthias Klingner
Robert Trimpe
Alexander Werth
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Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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Publication date
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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
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • 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 disc brake for a motor vehicle, in particular a commercial vehicle according to the preamble of claim 1 and a method for detecting a braking torque of such a disc brake.
  • Disc brakes of the generic type are used in particular in motor vehicles and particularly in commercial vehicles in order to brake the vehicles.
  • Disc brakes of this type usually consist of a brake disc with one or two friction rings, to which brake pads are pressed during a braking process, a floating brake application unit and a brake carrier with which the disc brake is fastened, for example screwed, to an axle of a vehicle.
  • the object of the present invention is to provide a disc brake and a method for detecting a braking torque of a disc brake, with which braking torques are made possible in an economical manner using established measuring methods.
  • the object is further achieved by a method for detecting a braking torque with the features of claim 11.
  • the disc brake according to the invention for a motor vehicle in particular for a commercial vehicle, has a brake disc with at least one friction ring and at least one brake pad.
  • the disc brake also has an application device with which the at least one brake pad can be pressed onto the brake disc while exerting a braking torque on the brake disc.
  • the disc brake also has a brake carrier encompassing the brake disc with at least one lining shaft.
  • the brake carrier each has two carrier horns connected to one another by a bridge.
  • a measuring device of the disc brake with at least one measuring element and an evaluation unit coupled to it serves to determine the braking torque exerted on the brake disc during a braking operation.
  • the at least one measuring element is arranged on the brake carrier, the braking torque exerted during the braking process being calculable in the evaluation unit from the deformation of the brake carrier measured with the measuring device.
  • the applied braking torque during a braking operation can be determined via a deformation on the brake carrier.
  • additional influencing parameters such as mechanical hysteresis or fluctuations in the coefficient of friction, can also be eliminated, since such parameters are calculated in the
  • Braking torque is already included or taken into account.
  • the measuring element is designed as a strain gauge or resistance wire.
  • strain gauges or resistance wires are inexpensive and can be attached to the brake carrier in a simple manner.
  • At least one measuring element is attached to an inner wall of a bore extending in the longitudinal direction of the bridge in the brake carrier.
  • deformations on the bore wall can be measured.
  • a map for different braking forces can be created from the determined deformations.
  • the applied braking torque can be calculated in a simple manner in the evaluation unit.
  • At least one measuring element is attached to an inner wall of a bore in the brake carrier which extends in the longitudinal direction of one of the disc overlaps of the brake carrier.
  • the deformation of the disc overlap is also suitable to calculate back to the applied braking torque.
  • the evaluation unit is preferably attached to the disc overlap of the brake carrier and coupled wirelessly or wired to the at least one measuring element.
  • one measuring element is arranged in a recess between the support horns and support surfaces extending towards the bridge of at least one of the covering shafts, with a deformation between the two recesses being detectable by the two measuring elements which are wired or wirelessly coupled to one another via the evaluation unit.
  • the deformation between the spaced-apart measuring points of the recesses of a respective lining shaft is also proportional to the braking torque applied, so that this deformation can also be easily calculated back to the braking torque applied.
  • a measuring element is arranged on an underside of at least one of the bridges facing away from the support surfaces.
  • the measuring element which is preferably designed as a strain gauge, extends in the longitudinal direction of the bridge.
  • a measuring element which extends in the longitudinal direction of one of the disc overlaps, is attached to an outer wall or a recess of the brake carrier formed therein.
  • this measuring element is screwed onto the outer wall or the recess of the brake carrier formed therein, a connecting line between the screwing points being aligned parallel to a vertical axis of the brake.
  • the deformation of such a transverse bore or recess in the outer wall or the outer wall itself is proportional to the amount of braking force which is supported in the brake carrier, so that the deformation applied in this way can also be used to calculate the applied braking torque.
  • the brake carrier has two lining shafts arranged parallel to one another in the direction of the axis of rotation of the brake disk, between which the brake disk is received, a measuring element is arranged between a respective one of the carrier horns of both lining shafts in order to shift the carrier horns relative to each other, which is proportional to the applied braking torque.
  • a deformation of the brake carrier when the brake is actuated is measured in a first method step using a measuring device arranged on the brake carrier.
  • the measured values are evaluated as the braking torque of the disc brake in the evaluation unit.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a section of an embodiment variant of a disc brake according to the invention with a schematically indicated measuring element between two carrier horns of the brake carrier,
  • Fig. 2 is a schematic perspective view of an alternative
  • FIG. 3 shows a sectional view of the embodiment variant shown in FIG. 2 to show a transverse bore extending in the longitudinal extent of a bridge for receiving at least one measuring element
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a further embodiment variant of a disc brake according to the invention with measuring elements arranged in recesses between a carrier horn and a support surface of the brake carrier
  • 5 shows a schematic perspective view from below of an alternative embodiment variant with a measuring element attached to an underside of one of the bridges
  • FIG. 6 shows a plan view of an alternative embodiment variant of a brake disc of a disc brake with on one
  • Fig. 9 is a schematic flow diagram of an inventive
  • top, bottom, left, right, front, rear, etc. relate exclusively to the exemplary representation and position of the brake carrier, the brake lining, the carrier horns, the bridge, the measuring elements, and the evaluation unit selected in the respective figures and the same. These terms are not to be understood as restrictive, i.e. these references can change due to different working positions or the mirror-symmetrical design or the like.
  • the reference number 2 denotes a brake carrier for a disc brake of a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, which can be actuated pneumatically or by an electric motor.
  • the brake carrier 2 has a connection area which is used to fix it to a vehicle axle, for example by screwing it onto a
  • Axle flange of a vehicle axle of the commercial vehicle is Axle flange of a vehicle axle of the commercial vehicle.
  • a lining shaft is formed above the connection area and serves to receive and support at least one brake lining 5.
  • the brake carrier 2 shown here has two such lining shafts.
  • the brake carrier 2 is designed in such a way that it encompasses a brake disc 4 of the disc brake, a lining shaft for receiving a respective brake lining 5 being formed on both sides of the brake disc 4.
  • the disc brake also has a brake caliper 3, which is slidably mounted on the brake carrier 2 and overlaps a portion of the brake disc 4
  • each of the covering shafts is formed by an inlet-side carrier horn 23, 24, an outlet-side carrier horn 23, 24 and a bridge 22 connecting the carrier horns 23, 24.
  • the carrier horns 23 are arranged on an application side of the brake support 2 close to the application device 6. Accordingly, the side of the brake carrier 2 on which the carrier horns 24 are arranged is referred to as the reaction side of the brake carrier 2.
  • the regions of the bridge 22 adjoining the carrier horns 23, 24 form support surfaces 25 which serve to radially support the brake pad 5, an underside of the brake pad 5 resting on the support surfaces 25 in the installed state.
  • a measuring device with at least one measuring element 7 and an evaluation unit 8 coupled to it is used in the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 8, the at least one measuring element 7 being arranged on the brake carrier 2.
  • the braking torque exerted during the braking process can be calculated from the deformation of the brake carrier 2 measured with the measuring device.
  • the braking torque introduced can be calculated therefrom.
  • the evaluation unit (not shown in FIG. 1) can also be arranged in the area of the brake carrier, but an arrangement of the evaluation unit at another location of the motor vehicle is also conceivable.
  • a bore is made in the direction of the bridge 22 of the brake carrier 2 from an area to the side of a lining shaft of the brake carrier 2, from a disc overlap 21 which overlaps the brake disc 3 and connects two lining shafts to one another.
  • At least one measuring element 7, preferably two or four measuring elements 7, is attached to an inner wall of the bore 27.
  • the measuring element 7 or the plurality of measuring elements 7 are preferably designed as strain gauges which extend in the longitudinal extension of the bore 27.
  • an adhesive is preferably introduced into the bore in the area of the at least one measuring element 7.
  • a cylindri cal element is preferably used to the bore opening on the disc overlap 21, which serves to fix the at least one measuring element 7 in the rear region of the bore 27.
  • the evaluation unit 8 is attached to the window overlap 21.
  • the evaluation unit 8 is connected according to one embodiment variant to the at least one measuring element 7 via a cable.
  • a wireless coupling of the at least one measuring element 7 to the evaluation unit 8 is also conceivable.
  • a recess adapted to a housing of the evaluation unit 8 is made in the outer surface of the pane overlap 21.
  • the bore 27 with inner walls 28 and measuring elements 7 mounted therein is also shown in FIG. 3.
  • two measuring elements 7, which are coupled to one another via the evaluation unit 8 are at least one of the support surfaces 25 in a recess 26 between the support horns 23 and support surfaces 25 that extend toward the bridge 22
  • the measuring elements 7 are preferably designed as strain gauges.
  • the measuring elements 7 are preferably inserted into the recesses 26 in a housing protected from external environmental influences. This housing is fixed in the respective recess 26 of the brake carrier 2.
  • a measuring element 7, preferably in the form of a strain gauge, is arranged on an underside of at least one of the bridges 22 facing away from the bearing surfaces 25. Since the brake carrier 2 also deforms in the area of the bridge as a function of the applied braking force, deformation can also be detected in this area by application of a measuring element and can thus be calculated on the braking force which is related to the deformation of the brake carrier 2.
  • the measuring element 7 is preferably glued, screwed or welded to the bridge.
  • the measuring element 7 can also be covered at the bottom by a housing in order to protect it from the harsh environmental conditions.
  • a measuring element 7 is attached to an outer wall or a recess formed in one of the disc overlaps 21 of the brake carrier 2.
  • the measuring element 7 extends in the longitudinal direction of the disc overlap 21, parallel to the axis of rotation of the brake disc 3.
  • the measuring element 7 is preferably screwed onto the surface of the disc overlap 21 with the aid of screws 11.
  • the connecting line between the screwing points is preferably aligned parallel to a vertical brake axis.
  • the measuring element 7 is connected via a cable 12 to the evaluation unit 8 mounted on the side of the brake carrier 2.
  • the measuring element 7 is not applied to the disc overlap 21, but is received in a transverse bore 29 extending parallel to the axis of rotation of the brake disc 4.
  • One end of the measuring element 7 is connected to the evaluation unit 8 mounted on the side of the brake carrier 2.
  • a deformation in the area of the disc overlap 21 is also proportional to the braking torque introduced into the braking system.
  • the deformation is also recorded here, for example, with measuring elements 7 designed as strain gauges or at least one such measuring element 7.
  • the deformation is preferably detected between the screwing points of the screws 11.
  • 9 schematically shows a flowchart of a method according to the invention for detecting a braking torque of a disc brake, a deformation of the brake carrier 2 of the disc brake being measured when the brake is actuated in a step S1 using a measuring device arranged on the disc brake.
  • the measurement can be carried out in different ways, as described above.
  • a second method step S2 these measured values are evaluated to calculate a braking torque of the disc brake 1 in the evaluation unit.

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Abstract

Eine Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, weist eine Bremsscheibe (4) mit wenigstens einem Reibring (41, 42) auf, wenigsten einen Bremsbelag (5), eine Zuspanneinrichtung (6), mit der der wenigstens eine Bremsbelag (5) an die Bremsscheibe (4) unter Ausübung eines Bremsmoments auf die Bremsscheibe (4) andrückbar ist, einen die Bremsscheibe (4) umgreifenden Bremsträger (2) mit wenigstens einem Belagschacht, aufweisend jeweils zwei durch eine Brücke (22) miteinander verbundene Trägerhörner (23, 24), eine Messvorrichtung mit wenigstens einem Messelement (7) und eine mit dieser gekoppelte Auswerteeinheit (8) zur Bestimmung des bei einem Bremsvorgang auf die Bremsscheibe (4) ausgeübten Bremsmoments, wobei das wenigstens eine Messelement (7) am Bremsträger (2) angeordnet ist, wobei in der Auswerteeinheit (8) aus der mit der Messvorrichtung gemessenen Verformung des Bremsträgers (2) das beim Bremsvorgang ausgeübte Bremsmoment berechenbar. Desweiteren wird ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments beschrieben.

Description

BESCHREIBUNG
Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Erfassen eines
Bremsmoments einer Scheibenbremse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer solchen Scheibenbremse.
Gattungsgemäße Scheibenbremsen werden insbesondere bei Kraftfahrzeugen und besonders bei Nutzfahrzeugen eingesetzt, um die Fahrzeuge abzubrem- sen. Derartige Scheibenbremsen bestehen üblicherweise aus einer Bremsscheibe mit einem oder zwei Reibringen, an die bei einem Bremsvorgang Bremsbeläge angedrückt werden, einer schwimmend gelagerten Zuspanneinheit und einem Bremsträger, mit dem die Scheibenbremse an einer Achse ei- nes Fahrzeugs befestigt, beispielsweise verschraubt wird.
Zur präziseren Regelung einer solchen Scheibenbremse, insbesondere für automatisierte Fahrfunktionen, ist es vorteilhaft, die exakte Leistungsfähigkeit der Bremse, insbesondere die Bremskraft bzw. das Bremsmoment zu kennen. Nicht ausreichend ist hingegen die Kenntnis der Zuspannkraft oder des Betätigungsdruckes. Zur effizienten Gestaltung hochautomatisierter Fahrfunktionen wie beispielsweise Platooning, d.h. den Abstand zwischen Kolonnenteiineh- mern einer in Kolonne fahrenden Fahrzeuggruppe zu gewährleisten, ist die Kenntnis der Bremskraft, des Bremsmoments oder des Reibwerts ausschlaggebend.
So ist es beispielsweise aus der WO 2014/184112 A1 bekannt, ein Drehmoment zwischen einer Bremsscheibe der Scheibenbremse und einem Adapter flansch zur Fixierung der Bremsscheibe an einer Nabe des Fahrzeugs mithilfe eines Messmoduls, das die wirkende Tangentialkraft misst, zu ermitteln.
Aus der DE 196 50 477 C1 ist es bekannt, eine Messnabe auf einer Radachse eines Kraftfahrzeugs zu befestigen, die in zwei Teile geteilt ist, wobei ein Teil auf der Radachse befestigt ist und ein zweites Teil die Bremsscheibe hält. Die beiden Teile der Messnabe sind dabei durch radial verlaufende Stege mitei nander verbunden. Auf diesen radial verlaufenden Stegen sind Sensoren auf- gebracht mit denen die durch Einleitung eines Drehmoments auf die Stege beim Bremsvorgang wirkende Biegespannung messbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Scheibenbremse und ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer Scheibenbremse bereitzu- stellen, mit der Bremsmomente auf wirtschaftliche Art und Weise unter Verwendung von etablierten Messmethoden ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Die erfindungsgemäße Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, weist eine Bremsscheibe mit wenigstens einem Reib ring sowie wenigstens einen Bremsbelag auf. Die Scheibenbremse weist des Weiteren eine Zuspanneinrichtung auf, mit der der wenigstens eine Bremsbelag an die Bremsscheibe unter Ausübung eines Bremsmoments auf die Bremsscheibe andrückbar ist.
Die Scheibenbremse weist darüber hinaus einen die Bremsscheibe umgreifenden Bremsträger mit wenigstens einem Belagschacht auf. Der Bremsträger weist dabei jeweils zwei durch eine Brücke miteinander verbundene Trägerhörner auf.
Eine Messvorrichtung der Scheibenbremse mit wenigstens einem Messelement und eine mit dieser gekoppelte Auswerteeinheit dient der Bestimmung des bei einem Bremsvorgang auf die Bremsscheibe ausgeübten Bremsmoments.
Das wenigstens eine Messelement ist am Bremsträger angeordnet, wobei in der Auswerteeinheit aus der mit der Messvorrichtung gemessenen Verformung des Bremsträgers das beim Bremsvorgang ausgeübte Bremsmoment berechenbar ist.
Mit einer derart ausgebildeten Scheibenbremse ist in einfacher Weise das an liegende Bremsmoment bei einem Bremsvorgang über eine Verformung am Bremsträger ermittelbar. Durch den Einsatz des ermittelten Bremsmoments als Regelgröße für die Regelung des Bremsvorgangs können außerdem zusätzlich zu approximierende Einflussparameter wie beispielsweise mechanische Hysterese oder Reibwertschwankungen eliminiert werden, da solche Parameter im berechneten
Bremsmoment bereits enthalten bzw. berücksichtigt sind.
Auch der Einsatz einer teuren und sich nur für Versuchszwecke eignenden Messnabe ist bei der erfindungsgemäßen Scheibenbremse nicht notwendig.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist das Messelement als Dehnungsmessstreifen oder Widerstandsdraht ausgebildet.
Solche Dehnungsmessstreifen oder Widerstandsdrähte sind kostengünstig und in einfacher Weise am Bremsträger anbringbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist wenigstens ein Messelement an einer Innenwand einer sich in Längsrichtung der Brücke erstreckenden Bohrung im Bremsträger angebracht.
Mithilfe des wenigstens einen Messelements können so Verformungen an der Bohrungswandung gemessen werden. Aus den ermittelten Verformungen kann so ein Kennfeld für verschiedene Bremskräfte erstellt werden.
Da die gemessene Verformung an der Bohrungswand proportional zur anliegenden Bremskraft bzw. zum anliegenden Bremsmoment ist, lässt sich so in der Auswerteeinheit in einfacher Weise das anliegende Bremsmoment berechnen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante ist wenigstens ein Messelement an einer Innenwand einer sich in Längsrichtung eines der Scheibenübergriffe des Bremsträgers erstreckenden Bohrung im Bremsträger angebracht. Auch die Verformung des Scheibenübergriffs ist geeignet, um auf das anliegende Bremsmoment zurückzurechnen. Die Auswerteeinheit ist dabei bevorzugt am Scheibenübergriff des Bremsträgers angebracht und kabellos oder kabelgebunden mit dem wenigstens einen Messe lement gekoppelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist jeweils ein Messelement in einer Aussparung zwischen den Trägerhörnern und sich zur Brücke hin erstreckenden Auflageflächen wenigstens eines der Belagschächte angeordnet, wobei durch die beiden über die Auswerteeinheit kabelgebunden oder kabellos miteinander gekoppelten Messelemente eine Verformung zwischen den beiden Aussparungen erfassbar ist.
Auch die Verformung zwischen den voneinander beabstandeten Messpunkten der Aussparungen eines jeweiligen Belagschachts sind proportional zum einge- brachten Bremsmoment, so dass sich auch aus dieser Verformung in einfacher Weise auf das anliegende Bremsmoment zurückrechnen lässt.
Gemäß einer nochmals alternativen Ausführungsvariante ist ein Messelement auf einer den Auflageflächen abgewandten Unterseite wenigstens einer der Brücken angeordnet. Das bevorzugt als Dehnungsmessstreifen ausgebildete Messelement erstreckt sich dabei in Längsrichtung der Brücke.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist ein Messelement sich in Längsrichtung eines der Scheibenübergriffe erstreckend auf einer Außenwand oder darin angeformten Aussparung des Bremsträgers angebracht.
Dieses Messelement ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante auf der Außenwand oder darin angeformten Aussparung des Bremsträgers ange schraubt, wobei eine Verbindungslinie zwischen den Anschraubpunkten parallel zu einer Bremsenhochachse ausgerichtet ist.
Auch die Verformung einer solchen Querbohrung oder Aussparung in der Außenwand bzw. der Außenwand selber verhält sich proportional zum Betrag der Bremskraft, die in den Bremsträger abgestützt wird, so dass auch durch die in dieser Weise erfasste Verformung auf das anliegende Bremsmoment zurückge rechnet werden kann. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Scheibenbremse, bei der der Bremsträger zwei in Richtung der Drehachse der Bremsscheibe parallel zueinander angeordnete Belagschächte aufweist, zwischen denen die Bremsscheibe aufgenommen ist, ist ein Messelement zwischen einem jeweiligen der Trägerhörner beider Belagschächte angeordnet, um eine Verschiebung der Trägerhörner relativ zueinander zu erfassen, die proportional zum aufgebrachten Bremsmoment ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer Scheibenbremse werden in einem ersten Verfahrensschritt eine Verformung des Bremsträgers bei Bremsbetätigung mithilfe einer an dem Bremsträger angeordneten Messvorrichtung gemessen. In einem zweiten Schritt werden die Messwerte als Bremsmoment der Scheibenbremse in der Auswerteeinheit ausgewertet.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Aus- führungsvariante einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit schematisch angedeutetem Messelement zwischen zwei Trägerhörnern des Bremsträgers,
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer alternativen
Ausführungsvariante mit an einem Scheibenübergriff angeordneter Auswerteeinheit,
Fig. 3 eine Schnittansicht der in Figur 2 gezeigten Ausführungsvari ante zur Darstellung einer sich in Längserstreckung einer Brücke erstreckenden Querbohrung zur Aufnahme wenigstens eines Messelements,
Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit in Aussparungen zwischen einem Trägerhorn und einer Auflagefläche des Bremsträgers angeordneten Messelementen, Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht von unten auf eine alternative Ausführungsvariante mit an einer Unterseite einer der Brücken angebrachtem Messelement,
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsvariante ei- ner Bremsscheibe einer Scheibenbremse mit auf einem
Scheibenübergriff angeordneter Messelement,
Fig. 7 und 8 unterschiedliche perspektivische Ansichten einer weiteren
Ausführungsvariante einer Scheibenbremse mit in einer sich durch den Scheibenübergriff erstreckenden Bohrung angeordnetem Messelement, und
Fig. 9 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
ln der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Bremsträgers, des Bremsbelags, der Trägerhörner, der Brücke, der Messelemente, der Auswerteeinheit und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 ein Bremsträger für eine pneumatisch oder elektromotorisch betätigbare Scheibenbremse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, bezeichnet.
Der Bremsträger 2 weist einen Anbindungsbereich auf, der der Festlegung an einer Fahrzeugachse dient, beispielsweise durch Verschrauben mit einem
Achsflansch einer Fahrzeugachse des Nutzfahrzeugs.
Oberhalb des Anbindungsbereiches ist ein Belagschacht angeformt, der der Aufnahme und Abstützung wenigstens eines Bremsbelages 5 dient. Der hier gezeigte Bremsträger 2 weist dabei zwei solcher Belagschächte auf. Der Bremsträger 2 ist dabei so ausgebildet, dass er eine Bremsscheibe 4 der Scheibenbremse umgreift, wobei beidseits der Bremsscheibe 4 jeweils ein Belagschacht zur Aufnahme eines jeweiligen Bremsbelags 5 angeformt ist.
Wie in Figur 1 gezeigt ist, weist die Scheibenbremse des Weiteren einen Bremssattel 3 auf, der am Bremsträger 2 verschiebbar gelagert ist und einen Teilbereich der Bremsscheibe 4 übergreift
Jeder der Belagschächte wird dabei, wie in Figur 4 dargestellt, durch ein einlaufseitiges Trägerhorn 23, 24, ein auslaufseitiges Trägerhorn 23, 24 und eine die Trägerhörner 23, 24 verbindende Brücke 22 gebildet.
Die Trägerhörner 23 sind dabei auf einer der Zuspanneinrichtung 6 nahen Zuspannseite des Bremsträgers 2 angeordnet. Entsprechend wird die Seite des Bremsträgers 2, an der die Trägerhörner 24 angeordnet sind, als Reaktionsseite des Bremsträgers 2 bezeichnet.
Die an die Trägerhörner 23, 24 angrenzenden Bereiche der Brücke 22 bilden Auflageflächen 25, die der radialen Abstützung des Bremsbelags 5 dienen, wobei eine Unterseite des Bremsbelags 5 im eingebauten Zustand auf den Auflageflächen 25 aufliegt.
Zur Ermittlung des auf die Bremsscheibe 4 wirkenden Bremsmoments wird bei den in den Figuren 1 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispielen eine Messvorrichtung mit wenigstens einem Messelement 7 und einem mit dieser gekoppelten Auswerteeinheit 8 eingesetzt, wobei das wenigstens eine Messelement 7 am Bremsträger 2 angeordnet ist.
In der Auswerteeinheit 8 ist aus der mit der Messvorrichtung gemessenen Ver formung des Bremsträgers 2 das beim Bremsvorgang ausgeübte Bremsmo ment berechenbar.
So ist bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsvariante eine bevorzugt als Dehnungsmessstreifen oder Widerstandsdraht ausgebildetes Messelement 7 zwischen einem zuspannseitigen und einem reaktionsseitigen Trägerhorn 23, 24 angeordnet. Denkbar ist dabei sowohl die Verbindung der auslaufseitigen Trägerhörner als auch der einlaufseitigen Trägerhörner 23, 24. Über ein solches Messelement 7 ist die Verschiebung zwischen dem aktionsseitigen und dem reaktionsseitigen T rägerhorn 23, 24 ermittelbar.
Da die Verformung des Bremsträgers 2 in diesem Bereich proportional zum eingebrachten Bremsmoment ist, lässt sich daraus das eingebrachte Bremsmoment berechnen.
Die in Figur 1 nicht gezeigte Auswerteeinheit kann ebenfalls im Bereich des Bremsträgers angeordnet sein, denkbar ist aber auch eine Anordnung der Auswerteeinheit an einem anderen Ort des Kraftfahrzeugs.
Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsvariante ist von einem Bereich seitlich eines Belagschachtes des Bremsträgers 2 von einem die Bremsscheibe3 übergreifenden Scheibenübergriff 21 , der zwei Belagschächte miteinander verbindet, eine Bohrung in Richtung der Brücke 22 des Bremsträgers 2 eingebracht.
In dieser Bohrung ist an einer Innenwand der Bohrung 27 wenigstens ein Messelement 7, bevorzugt zwei oder vier Messelemente 7 angebracht.
Das Messelement 7 oder die mehreren Messelemente 7 sind dabei bevorzugt als Dehnungsmessstreifen ausgebildet, die sich in Längserstreckung der Boh rung 27 erstrecken.
Zur Fixierung des wenigstens einen Messelements 7 ist im Bereich des wenigstens einen Messelements 7 bevorzugt ein Klebstoff in die Bohrung eingebracht.
Zur Bohrungsöffnung am Scheibenübergriff 21 hin ist bevorzugt ein zylindri sches Element eingesetzt, das der Fixierung des wenigstens einen Messelements 7 im hinteren Bereich der Bohrung 27 dient.
An dem Scheibenübergriff 21 ist bei der hier gezeigten Ausführungsvariante die Auswerteeinheit 8 befestigt.
Die Auswerteeinheit 8 ist dabei gemäß einer Ausführungsvariante mit dem we nigstens einen Messelement 7 über ein Kabel verbunden. Denkbar ist auch eine kabellose Kopplung des wenigstens einen Messelements 7 mit der Auswerteeinheit 8.
Mit diesem Aufbau können Verformungen an der Innenwand der Bohrung 27 mittels des einen oder der mehreren Messelemente 7 in einfacher Weise erfasst werden.
Zur Aufnahme der Auswerteeinheit 8 ist bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsvariante eine einem Gehäuse der Auswerteeinheit 8 angepasste Aussparung in die Außenfläche des Scheibenübergriffs 21 eingebracht.
Die Bohrung 27 mit Innenwänden 28 und darin angebrachten Messelementen 7 ist auch in Figur 3 dargestellt.
Bei der in Figur 4 gezeigten Ausführungsvariante der Scheibenbremse sind zwei Messelemente 7, die über die Auswerteeinheit 8 miteinander gekoppelt sind, in einer Aussparung 26 zwischen den Trägerhörnern 23 und sich zur Brücke 22 hin erstreckenden Auflageflächen 25 wenigstens eines der
Belagschächte angeordnet, wobei durch die beiden über die Auswerteeinheit 8 kabelgebunden oder kabellos miteinander gekoppelten Messelemente 7 eine Verformung zwischen den beiden Aussparungen 26 erfassbar ist.
Denkbar ist es auch, die Messelemente 7 in den Aussparungen 26 des reaktionsseitigen Belagschachtes zwischen den Trägerhörnern 24 und den Auflage flächen 25 einzubringen.
Die Messelemente 7 sind auch hier bevorzugt als Dehnungsmessstreifen ausgebildet. Die Messelemente 7 sind dabei bevorzugt von einem Gehäuse vor äußeren Umgebungseinflüssen geschützt in den Aussparungen 26 eingesetzt. Dieses Gehäuse ist dabei in die jeweilige Aussparung 26 des Bremsträgers 2 festgelegt.
Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsvariante ist ein Messelement 7, bevorzugt in Gestalt eines Dehnungsmessstreifens, auf einer den Auflageflächen 25 abgewandten Unterseite wenigstens einer der Brücken 22 angeordnet. Da sich der Bremsträger 2 in Abhängigkeit der anliegenden Bremskraft auch im Bereich der Brücke verformt, kann durch Applikation eines Messelements in diesem Bereich ebenfalls eine Verformung erfasst werden und dadurch auf die Bremskraft, die mit der Verformung des Bremsträgers 2 in Zusammenhang steht, berechnet werden.
Das Messelement 7 ist dabei bevorzugt an der Brücke angeklebt, geschraubt oder auch geschweißt.
Darüber hinaus kann das Messelement 7 auch nach unten von einem Gehäuse abgedeckt sein, um dieses vor den rauen Umgebungsbedingungen zu schützen.
Bei der in Figur 6 gezeigten Ausführungsvariante ist ein Messelement 7 auf ei ner Außenwand oder einer darin angeformten Aussparung einer der Scheibenübergriffe 21 des Bremsträgers 2 angebracht. Das Messelement 7 erstreckt sich dabei in Längsrichtung des Scheibenübergriffes 21 , parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 3.
Das Messelement 7 ist bei der hier gezeigten Ausführungsvariante bevorzugt mithilfe von Schrauben 1 1 an der Oberfläche des Scheibenübergriffes 21 angeschraubt.
Die Verbindungslinie zwischen den Anschraubpunkten ist dabei bevorzugt parallel zu einer Bremsenhochachse ausgerichtet. Wie des Weiteren in Figur 6 erkennbar ist, ist das Messelement 7 über ein Kabel 12 mit der seitlich am Bremsträger 2 angebrachten Auswerteeinheit 8 verbunden.
Bei der in den Figuren 7 und 8 gezeigten Ausführungsvariante ist das Messelement 7 nicht auf den Scheibenübergriff 21 aufgebracht, sondern in einer sich parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 4 erstreckenden Querbohrung 29 aufgenommen. Ein Ende des Messelements 7 ist dabei mit der seitlich am Bremsträger 2 angebrachten Auswerteeinheit 8 verbunden.
Auch eine Verformung im Bereich des Scheibenübergriffes 21 ist proportional zu dem in das Bremssystem eingebrachte Bremsmoment. Die Verformung wird auch hier beispielsweise mit als Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Messe lementen 7 bzw. zumindest eines solchen Messelements 7 erfasst. Die Verformung wird dabei bevorzugt zwischen den Anschraubpunkten der Schrauben 11 erfasst. Fig. 9 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen eines Bremsmoments einer Scheibenbremse, wobei in einem Schritt S1 eine Verformung des Bremsträgers 2 der Scheibenbremse bei Bremsbetätigung mithilfe einer an der Scheibenbremse angeordneten Messvorrichtung gemessen wird.
Die Messung kann dabei in unterschiedlicher Weise, wie oben beschrieben erfolgen.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 erfolgt eine Auswertung dieser Messwer- te zur Berechnung eines Bremsmoments der Scheibenbremse 1 in der Auswer teeinheit.
Bezugszeichenliste
2 Bremsträger
21 Scheibenübergriff
22 Brücke
23 inneres Trägerhorn
24 äußeres Trägerhorn
25 Belagauflagefläche
26 Aussparung
27 Bohrung
28 Innenwand
29 Querbohrung
3 Bremssattel
4 Bremsscheibe
41 erster Reibring
42 zweiter Reibring
5 Bremsbelag
6 Zuspanneinrichtung
7 Messelement
8 Auswerteeinheit
9 Fixierelement
10 Klebstoff
11 Schraube
12 Kabel
51 Schrit 1
52 Schrit 2
D Drehachse

Claims

Ansprüche
1. Scheibenbremse für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, aufweisend
eine Bremsscheibe (4) mit wenigstens einem Reibring (41 , 42),
wenigsten einen Bremsbelag (5),
eine Zuspanneinrichtung (6), mit der der wenigstens eine Bremsbelag (5) an die Bremsscheibe (4) unter Ausübung eines Bremsmoments auf die Bremsscheibe (4) andrückbar ist,
einen die Bremsscheibe (4) umgreifenden Bremsträger (2) mit wenigstens einem Belagschacht, aufweisend jeweils zwei durch eine Brücke (22) miteinander ver- bundene Trägerhörner (23, 24),
eine Messvorrichtung mit wenigstens einem Messelement (7) und eine mit dieser gekoppelte Auswerteeinheit (8) zur Bestimmung des bei einem Bremsvorgang auf die Bremsscheibe (4) ausgeübten Bremsmoments,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Messelement (7) am Bremsträger (2) angeordnet ist, wobei in der Auswerteeinheit (8) aus der mit der Messvorrichtung gemessenen Verformung des Bremsträgers (2) das beim Bremsvorgang ausgeübte Bremsmoment berechenbar ist.
2. Scheibenbremse nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Messelement (7) als Dehnungsmessstreifen oder Widerstandsdraht ausgebildet ist.
3. Scheibenbremse nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Messelement (7) an einer Innenwand (28) einer sich in Längsrichtung der Brücke (22) erstreckenden Bohrung (27) im Bremsträger (2) angebracht ist.
4. Scheibenbremse nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Messelement (7) an einer Innenwand einer sich in Längsrichtung eines der Scheibenübergriffe (21) erstreckenden Bohrung (29) im Bremsträger (2) angebracht ist.
5. Scheibenbremse nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Messelement (7) mit der auf einem Scheiben Übergriff (21) des Bremsträgers angebrachten Auswerteeinheit (8) kabelgebunden oder kabellos gekoppelt ist.
6. Scheibenbremse nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeweils ein Messelement in einer Aussparung (26) zwischen den Trägerhörnern (23, 24) und sich zur Brücke (22) hin erstreckenden Auflageflächen (25) wenigstens eines der Belagschächte angeordnet ist, wobei durch die beiden über die Auswerteeinheit (8) kabelgebunden oder kabellos miteinander gekoppelten Messelemente (7) eine Verformung zwischen den beiden Aussparungen (26) erfassbar ist.
7. Scheibenbremse nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Messelement (7) auf einer den Auflageflächen (25) abgewandten Unterseite wenigstens einer der Brücken (22) angeordnet ist.
8. Scheibenbremse nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Messelement (7) sich in Längsrichtung eines der Scheibenübergriffe (21) er streckend auf einer Außenwand oder darin angeformten Aussparung des Bremsträgers (2) angebracht ist.
9. Scheibenbremse nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Messelement (7) auf der Außenwand oder darin angeformten Aussparung des Bremsträgers (2) angeschraubt ist, wobei eine Verbindungslinie zwischen den Anschraubpunkten parallel zu einer Bremsenhochachse ausgerichtet ist.
10. Scheibenbremse nach Anspruch 2, wobei der Bremsträger (2) zwei in Richtung der Drehachse der Bremsscheibe (4) parallel zueinander angeordnete
Belagschächte aufweist, zwischen denen die Bremsscheibe (4) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messelement (7) zwischen einem jeweiligen der Trägerhörner (23, 24) beider Belagschächte angeordnet ist, um eine Verschiebung der Trägerhörner (23, 24) relativ zueinander zu erfassen, die proportional zum aufgebrachten Bremsmoment ist.
11. Verfahren zum Erfassen eines Bremsmoments einer Scheibenbremse nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
(51) Messen einer Verformung des Bremsträgers (2) der Scheibenbremse bei Bremsbetätigung mithilfe einer an dem Bremsträgers (2) ange- ordneten Messvorrichtung; und
(52) Auswerten der Messwerte als Bremsmoment der Scheibenbremse
(1) in der Auswerteeinheit.
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