DE102013112527A1

DE102013112527A1 - Überwachungsvorrichtung und Fahrzeugbremse mit einer Überwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013112527A1
Application number: DE102013112527.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Staahl
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Eine Überwachungsvorrichtung (15) für eine Fahrzeugbremse (1), insbesondere Scheibenbremse, umfasst mindestens einen Aufnehmer (10, 11, 12, 12’), der für einen Gesamtverschleiß, ein Lüftspiel oder einen Einzelverschleiß der Fahrzeugbremse (1) ausgebildet ist, und eine Auswerteeinheit (13), welche mit dem mindestens einen Aufnehmer (10, 11, 12, 12’) verbunden ist. Die Auswerteeinheit (13) weist eine Steuerschaltung mit einer Schnittstelle auf, wobei die Steuerschaltung (16) zur Anpassung des mindestens einen Aufnehmers (10, 11, 12, 12’) an die Schnittstelle ausgebildet ist, und wobei die Schnittstelle eine Bremsenschnittstelle zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung (14) einer zuzuordnenden Fahrzeugbremse (1) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbremse, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Fahrzeugbremse mit einer solchen Überwachungsvorrichtung.
Eine Fahrzeugbremse ist z.B. eine Trommelbremse oder eine Scheibenbremse.
Eine Überwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbremse dient z.B. zur Überwachung eines Verschleißes und eines Lüftspiels der Bremse. Dazu sind bereits mehrere Vorschläge für die einzelnen Aufgabenstellungen gemacht worden.
Es sind Sensoreinrichtungen zur Erfassung eines Verschleißzustands von Bremsbelägen und Bremsscheibe einer Scheibenbremse bekannt. Außerdem werden Sensoreinrichtungen auch benutzt, um eine Erfassung eines Betätigungshubs einer Zuspannvorrichtung einer Scheibenbremse vorzunehmen, um damit ein aktuelles Lüftspiel zu bestimmen. Bei Trommelbremse sind keine Bremsscheiben vorhanden, jedoch Bremstrommeln.
Fahrzeugbremsen sind beispielsweise mit automatisch wirkenden, mechanischen Verschleißnachstellvorrichtungen ausgestattet. Diese Verschleißnachstellvorrichtungen wirken sehr zuverlässig und verkleinern ein zu groß gewordenes Lüftspiel. Sie sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, wie z.B. mechanische Nachsteller mit automatischem Einregeln eines Reibepunkts. Dabei wird bei jeder Bremsbetätigung die Nachstellvorrichtung, z.B. durch ein Zustellelement einer Zuspannvorrichtung der Scheibenbremse, aktiviert. Bei Verschleiß von Bremsbelägen und Bremsscheibe erfolgt ein automatisches Nachstellen der Beläge mittels der Verschleißnachstellvorrichtung z.B. durch eine Verstellbewegung von längenveränderlichen Gewinderohren.
Ein Beispiel einer Nachstellvorrichtung beschreibt das Dokument DE 10 2004 037 771 A1 .
Zur Erfassung des Verschleißes ist es möglich, eine lineare Bewegung eines Nachtstellgliedes direkt zu erfassen. Das Nachstellglied, z.B. eine Nachstellspindel, erfährt den gesamten Betätigungshub und den Nachstellweg. Ein Beispiel dazu illustriert das Dokument EP 1 892 435 B1 .
Die DE 10 2010 032 515 A1 beschreibt einen Bremsverschleißsensor einer Scheibenbremse. Hierbei wird eine Überlagerung von Nachstellweg und Betätigungshub mittels eines Planetengetriebes realisiert.
Das Dokument DE 4312377 C2 beschreibt eine Verschleißüberwachungsvorrichtung für eine Gleitsattelscheibenbremse, wobei ein Verschleißzustand zwischen Innenseite und Außenseite der Bremse unterschieden werden kann. Unter Innenseite ist die Zuspannseite der Scheibenbremse mit einem zuspannseitigen Bremsbelag zu verstehen, die Außenseite ist die gegenüberliegende Seite mit einem reaktionsseitigen Bremsbelag.
Zur Bestimmung des Verschleißzustands einzelner Bremsbeläge beschreibt das Dokument DE 10216871 A1 ein Verfahren zur Bremsbelagverschleiß-Sensierung bei einer Scheibenbremse. Jeder Bremsbelag ist mit einem Sensor versehen, deren Signale angezeigt werden. In einer Auswerteschaltung, die an jeder Bremse eines Fahrzeugs angeordnet sein kann, wird die Reststärke des am stärksten verschlissenen Bremsbelags ermittelt, wobei nur dieser Wert zur Anzeige für einen Fahrer weitergeleitet wird.
Es wird als nachteilig angesehen, dass alle oben angeführten Vorschläge jeweils nur eine Problemstellung lösen.
Aufgrund der ständig wachsenden Anforderungen, Teilezahlen und somit Kosten zu reduzieren, wobei gleichzeitig Qualität und Nutzen nicht nur beibehalten sondern erhöht werden sollen und außerdem eine erhöhte Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Einsatzbedingungen gefordert ist, ergibt sich ein dementsprechender Bedarf für eine verbesserte Überwachungsvorrichtung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Überwachungsvorrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine verbesserte Fahrzeugbremse zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch eine Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe wird auch durch eine Fahrzeugbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Ein Erfindungsgedanke besteht darin, dass für unterschiedliche Messgrößen der Fahrzeugbremse unterschiedliche Aufnehmer an einer gemeinsamen Auswerteeinheit angeschlossen werden. Die gemeinsame Auswerteeinheit weist eine Steuerschaltung mit einer Schnittstelle auf, wobei die unterschiedlichen Aufnehmer an diese eine Schnittstelle angepasst werden. Diese eine Schnittstelle ist als Bremsenschnittstelle ausgebildet.
Eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbremse, insbesondere Scheibenbremse, umfasst mindestens einen Aufnehmer, der für einen Gesamtverschleiß, ein Lüftspiel oder einen Einzelverschleiß der Fahrzeugbremse ausgebildet ist, und eine Auswerteeinheit, welche mit dem mindestens einen Aufnehmer verbunden ist. Die Auswerteeinheit weist eine Steuerschaltung mit einer Schnittstelle auf, wobei die Steuerschaltung zur Anpassung des mindestens einen Aufnehmers an die Schnittstelle ausgebildet ist, und wobei die Schnittstelle eine Bremsenschnittstelle zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung einer zuzuordnenden Fahrzeugbremse bildet.
Es wird eine Überwachungsvorrichtung für eine Bremse geschaffen, welche mittels einer Steuerschaltung eine Übertragung von erfassten Werten an eine Steuervorrichtung bzw. ein Fahrzeugsteuersystem einer zuzuordnenden Fahrzeugbremse berücksichtigt.
Die Schnittstelle der Steuerschaltung ist eine Bremsenschnittstelle für eine jeweilige Bremse eines zuzuordnenden Fahrzeugs. Dabei kann die jeweils vorhandene Schnittstelle verwendet werden.
Durch die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ist es nun möglich, die erfassten Größen ohne Veränderung der vorhandenen Schnittstelle unabhängig von der Ausführung der Sensoreinrichtungen und Aufnehmer an der Bremse an das Fahrzeugsteuersystem zu übertragen.
Die Auswerteeinheit übersetzt die Ausgangssignale der angeschlossenen Aufnehmer auf ein für das Fahrzeugsteuersystem verständliches Signal.
Mit dieser Überwachungsvorrichtung wird ermöglicht, dass eine genauere Erfassung der Verschleißwerte und des Betätigungshubs wie auch anderer Parameter der Bremse kostengünstig ausgeführt werden kann und nicht aus Kostengründen verbleibt oder nur in Sonderanwendungen mit großem Aufwand im Stand der Technik durchgeführt wird.
Damit besteht der Vorteil, dass keine besondere Schnittstelle zur Fahrzeugsteuerung notwendig ist, sondern die bereits vorhandene weiter benutzt werden kann. Ebenso entfallen Variantenbildungen einer solchen besonderen Schnittstelle und des Fahrzeugsystems in diesem Zusammenhang wie auch eine Umrüstung bereits bestehender Einrichtungen.
Besonders vorteilhaft ist es, dass sich alle Daten von unterschiedlichen Aufnehmern auf die eine einzige Schnittstelle der Steuerschaltung der Auswerteeinheit bündeln lassen, und dass die jeweils vorhandene verwendete Schnittstelle dafür einsetzbar ist.
Eine erfindungsgemäße Fahrzeugbremse, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist mit einer Zuspannvorrichtung, welche mit mindestens einem Bremsbelag zusammenwirkt, einer Nachstelleinrichtung, und einer Steuervorrichtung ausgerüstet. Die Fahrzeugbremse weist die oben beschriebene Überwachungsvorrichtung auf.
Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass eine Überwachungsvorrichtung geschaffen ist, welche

– in einer Basisversion den Verschleißzustand der Fahrzeugbremse erfassen kann,

– den Betätigungshub und daraus das Lüftspiel der Fahrzeugbremse ermittelt,
– den Verschleißzustand zwischen einem inneren und äußeren Bremsbelag und der Innenseite und Außenseite der Bremsscheibe (bei einer Scheibenbremse) unterscheidet, und
– den Verschleißzustand der einzelnen Bremsbeläge bestimmt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer Ausführung weist die Schnittstelle der Steuerschaltung der Auswerteeinheit mindestens einen Anschluss als eine herkömmliche Bremsenschnittstelle für Nutzfahrzeuge auf. Eine solche herkömmliche Bremsenschnittstelle für Nutzfahrzeuge ist zwischen einer Fahrzeugbremse und einer Steuervorrichtung des zugehörigen Fahrzeugs in der (Europäischen) Nutzfahrzeugbranche als ein Quasi-Standard ausgebildet und weist z.B. für Fahrzeuge mit EBS (Elektronisches Bremssystem) einen dreipoligen Stecker mit entsprechendem Kabel auf, wobei eine Versorgungsspannung und elektrische Parameter von Übertragungssignalen auch zu dem Quasi-Standard gehören. So ist ein breiter Anwendungsbereich möglich.
Weiterhin stellt die Auswerteeinheit eine elektrische Versorgungsspannung für den mindestens einen Aufnehmer bereit. Auf diese Weise kann jeder Aufnehmer für sich unabhängig von seiner Ausführung an die Auswerteeinheit angeschlossen und von dieser versorgt werden.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung eine Signalauswerteschaltung mit Auswerteblöcken zur Bestimmung eines Vorrangs eines Aufnehmerausgangssignals zur Weiterleitung an die Schnittstelle der Steuerschaltung aufweist. Ein Ausgangssignal der Auswerteeinheit entspricht dabei z.B. einem höchsten gemessenen Verschleißwert.
Dazu weist der Auswerteblock einen logischen Schaltungsaufbau zur Bildung einer Differenz zwischen zwei Aufnehmerausgangssignalen und zum Vergleich der so ermittelten Differenz mit einem vorher festlegbaren Wert auf. Außerdem weist der Auswerteblock einen logischen Schaltungsaufbau zum Vergleich zweier Aufnehmerausgangssignale auf. Zur weiteren logischen Unterscheidung und Auswertung ist vorgesehen, dass der Auswerteblock einen logischen Schaltungsaufbau zum Vergleich eines Aufnehmerausgangssignals und eines Ausgangssignals eines Auswerteblocks aufweist.
In einer weiteren Ausführung weist der Auswerteblock einen logischen Schaltungsaufbau zum Vergleich zweier Ausgangssignale zweier Auswerteblöcke auf. Damit sind alle Möglichkeiten gegeben, aus den unterschiedlichen Messsignalen die maximalen Werte zu bestimmen. Das Fahrzeugsteuersystem sieht somit keinen Unterschied zu einem herkömmlichen Belagverschleißüberwachungssystem und benötigt diesbezüglich keinerlei hardwaremäßige Veränderungen. Somit wird es ermöglicht, dass die Messgrößen Verschleißzustand und Betätigungshub erfasst werden können und die Belagverschleißüberwachung exakter gestaltet werden kann, ohne die derzeit gängige Schnittstelle zu verändern.
Eine Ausnahme ist dabei die Betätigungshuberfassung. Dazu weist der Auswerteblock einen Schaltungsaufbau auf, welcher ein eigenes Ausgangssignal in Abhängigkeit von einem Zeitfenster von einem Aufnehmerausgangssignal auf ein Ausgangssignal eines Auswerteblocks und wieder zurück umschaltet. Lediglich die Auswertung dieses Ausgangssignals muss im Fahrzeugsteuersystem angepasst werden, was aber vorteilhaft einfach softwaremäßig möglich ist. Somit können der Anschluss des Fahrzeugsteuersystems an der Auswerteeinheit und das Fahrzeugsteuersystem hardwaremäßig unverändert bleiben.
In einer anderen Ausführung kann die Signalauswerteschaltung einen Auswerteblock mit einem Schaltungsaufbau aufweist, welcher ein eigenes Ausgangssignal aus einer Gruppe, die unterschiedliche Aufnehmerausgangssignale und unterschiedliche Ausgangssignale von Auswerteblöcken der Signalauswerteschaltung aufweist, in Abhängigkeit von unterschiedlich vorher festgelegten Zeitfenstern nacheinander, in einer festlegbaren Reihenfolge oder zufällig auswählt und ausgibt. Damit ist es möglich, auch andere Parameter der Fahrzeugbremse, wie z.B. Temperatur, Drücke usw. zu erfassen und an das Fahrzeugsteuersystem über die Auswerteeinheit zu übertragen.
In einer noch anderen Ausführung weist die Signalauswerteschaltung mindestens eine Linearisierungsschaltung zur Linearisierung einer Aufnehmerkennlinie des mindestens einen Aufnehmers auf. Damit wird ein Einsatzbereich hinsichtlich der Ausführungen der Aufnehmer erweitert.
In einer weiteren Ausführung kann der mindestens eine Aufnehmer in die Auswerteeinheit integriert sein. So ist eine minimale Basisversion möglich.
In einer noch weiteren Ausführung kann die Schnittstelle der Steuerschaltung für eine elektrische, optische oder auch drahtlose Übertragung, z.B. per Funk oder in Kombinationen davon ausgebildet sein.
In einer anderen Version der Fahrzeugbremse kann der mindestens eine Aufnehmer ein Gesamtverschleißaufnehmer sein, welcher mit der Nachstelleinrichtung zur Erfassung von Verschleiß der Fahrzeugbremse und mit der Zuspannvorrichtung zur Ermittlung des Lüftspiels der Fahrzeugbremse gekoppelt ist. So sind auch kombinierte Aufnehmer einsetzbar.
Die Fahrzeugbremse kann natürlich auch eine druckluftbetätigte Scheibenbremse sein.
Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist für eine Fahrzeugbremse, z.B. eine Scheibenbremse, verwendbar. Es kann aber auch vom Grundprinzip her mit kleinen Anpassungen der Aufnehmerausführungen auch für eine hydraulisch oder elektrisch betätigte Scheibenbremse mit Schiebesattel oder Festsattel sowie für eine Trommelbremse verwendet werden.
Die Erfindung wird nun anhand einer beispielhaften Ausführung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse mit einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung;
2 eine graphische Darstellung einer allgemeinen Sensorkennlinie;
3 ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Auswerteeinheit;
4 ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Steuerschaltung; und
5 eine graphische Darstellung einer beispielhaften Betätigungshubkennlinie.
In 1 ist eine schematische Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbremse 1 mit einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung 15 gezeigt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Fahrzeugbremse 1 in einer Ausführung als pneumatisch betätigte, zweistempelige Scheibenbremse mit einem Bremssattel 4 gezeigt, welcher eine Bremsscheibe 2 übergreift. Der Bremssattel 4 ist hier ein Schiebesattel mit Sattelführungen 4a und 4’a.
Die Bremsscheibe 2 ist um eine Bremscheibenachse 2a drehbar, wobei beidseitig der Bremsscheibe 2 jeweils ein Bremsbelag 3, 3’ auf einem nicht näher bezeichneten Bremsbelagträger angeordnet ist. Weiterhin ist die Scheibenbremse 1 mit einer Zuspannvorrichtung, die hier mit einem Bremsdrehhebel 8 ausgeführt ist, zur Zuspannung der Scheibenbremse 1 ausgebildet. Der Bremsdrehhebel 8 wird auch als Spreizmechanik bezeichnet, ist Teil der Zuspannvorrichtung, ist um eine Hebelschwenkachse 8a verschwenkbar und weist einen nicht näher gezeigten Hebelarm auf, welcher z.B. von einem Druckluftbremszylinder betätigbar ist.
Eine Brücke 7b steht mit dem Bremsdrehhebel 8 in Kontakt und ist von diesem beim Zuspannen und Lösen der Bremse in Richtung der Bremsscheibenachse 2a auf die Bremsscheibe 2 hin und zurück betätigbar. Die Brücke 7b ist im Bereich ihrer Enden jeweils mit einer Spindeleinheit 5, 5‘ über jeweils eine Gewindespindel 7a, 7’a gekoppelt. Jede Gewindespindel 7a, 7’a weist an ihrem zur Bremsscheibe 2 weisenden Ende ein Druckstück 6, 6’a auf. Die Druckstücke 6, 6‘a stehen mit einem Bremsbelagträger eines zuspannseitigen bzw. innenseitigen Bremsbelags 3 in Kontakt, welcher auf einer Seite der Bremsscheibe 2 angeordnet ist. Auf der anderen Seite der Bremsscheibe 2 ist ein weiterer Bremsbelag 3’ mit Bremsbelagträger im Bremssattel 4 festgelegt. Dieser Bremsbelag 3’ wird auch reaktionsseitiger bzw. außenseitiger Bremsbelag 3 genannt. Die zu dem innenseitigen Bremsbelag 3 gehörige Seite der Bremsscheibe 2 wird Innenseite der Bremsscheibe 2 genannt, und die zu dem außenseitigen Bremsbelag 3’ gehörige Seite der Bremsscheibe 2 wird als Außenseite der Bremsscheibe 2 bezeichnet.
Ein Abstand zwischen einem Bremsbelag 3, 3’ und der Bremsscheibe 2 wird als Lüftspiel bezeichnet. Bei einem Bremsvorgang wird bei Betätigung der Bremse zunächst das Lüftspiel überbrückt, indem der Bremsbelag 3 durch die vom Bremshebel 8 betätigte Brücke 7b gegen die Bremsscheibe 2 verstellt wird, wobei auch der außenseitige Bremsbelag 3’ an die Bremsscheibe 2 angelegt wird. Aufgrund des Verschleißes der Bremsbeläge 3, 3’ und auch der Bremsscheibe 2 wird das Lüftspiel vergrößert.
Der Begriff „Reibepunkt“ ist der Punkt, in welchem der Bremsbelag 3 an der Bremsscheibe 2 anliegt. Der Reibepunkt wird beim Zuspannen nach Überbrückung des Lüftspiels erreicht. Weiteres Zuspannen bewirkt dann durch Anpressen der Bremsbeläge 3, 3’ an die Bremsscheibe 2 eine Bremsung. Ein Lösen der Zuspannvorrichtung bewirkt eine Umkehrung des oben beschriebenen Vorgangs.
Die in 1 gezeigte Scheibenbremse umfasst in der dargestellten Ausführung außerdem eine Nachstelleinrichtung 7, welche zur Nachstellung der Bremsbeläge 3, 3’ bei Verschleiß dient, um das ursprüngliche Lüftspiel wiederherzustellen.
Die Nachstelleinrichtung 7 wird hier nicht näher erläutert, sie kann z.B. wie in DE 10 2004 037 771 A1 beschrieben ausgebildet sein.
Durch jede Zustellbewegung des Bremsdrehhebels 8, bei welcher der Bremsdrehhebel 8 um seine Hebelschwenkachse 8a 8 verschwenkt, wird die Nachstelleinrichtung 7 angetrieben. Dies wird hier nicht weiter erläutert. Wenn bei der Zustellbewegung des Bremsdrehhebels 8 (noch) kein Verschleiß vorliegt, dann erfolgt aufgrund z.B. einer Überlastkupplung der Nachstelleinrichtung 7 keine Übertragung einer Antriebsbewegung auf die Gewindespindel 7a. Liegt jedoch ein Verschleiß vor, so wird die Antriebsbewegung auf Gewindespindel 7a übertragen, um den Bremsbelag 3 nachzustellen, wodurch das Lüftspiel auf den ursprünglichen Wert eingestellt wird. Mit einer nicht gezeigten Synchroneinheit wird diese Antriebsbewegung der Gewindespindel 7a auf die andere Gewindespindel 7’a übertragen.
Die Überwachungsvorrichtung 15 der Fahrzeugbremse 1 dient zur Überwachung

– eines Verschleißzustands (Summe aus Verschleiß von Bremsbelägen 3, 3’ und Bremsscheibe 2),
– eines Betätigungshubs der Zuspannvorrichtung (hier des Bremsdrehhebels 8) zur Erfassung des Lüftspiels,
– eines Verschleißzustands zwischen der Innenseite (Zuspannseite) und der Außenseite (Reaktionsseite), sowie
– eines Verschleißzustands der einzelnen Bremsbeläge 3 und 3’.

Die Überwachungsvorrichtung 15 umfasst eine Auswerteeinheit 13 und mindestens einen damit gekoppelten Aufnehmer 10, 11, 12, 12’.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Aufnehmer an der Fahrzeugbremse 1 angeordnet, die weiter unten noch ausführlich beschrieben werden. Die Aufnehmer 10, 11 12 und 12’ sind mit ihren jeweiligen Aufnehmerleitungen 10a, 11a, 12a und 12’a mit der gemeinsamen, zentralen Auswerteeinheit 13 elektrisch verbunden. Die gemeinsame Auswerteeinheit 13 weist eine Schnittstelle (siehe auch 3) auf, die mittels einer Übertragungsleitung 13a mit einer Steuervorrichtung 14, z.B. ein Fahrzeugsteuersystem, verbunden ist. Die Aufnehmer 10, 11, 12 und 12’ sind hier separat ausgeführt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass mindestens ein Aufnehmer bzw. eine Sensoreinrichtung, in der Auswerteeinheit 14 integriert ist.
Die Schnittstelle kann eine Bremsenschnittstelle eines jeweils zugeordneten Fahrzeugs sein. Die Schnittstelle kann für eine elektrische, optische oder auch drahtlose Übertragung, z.B. per Funk oder in Kombinationen davon ausgebildet sein.
Die Schnittstelle kann z.B. auch eine herkömmliche Bremsenschnittstelle sein, die zwischen der Fahrzeugbremse 1 und der Steuervorrichtung 14 in der (Europäischen) Nutzfahrzeugbranche als ein Quasi-Standard ausgebildet ist. Eine solche herkömmliche Bremsenschnittstelle weist z.B. für Fahrzeuge mit EBS (Elektronisches Bremssystem) einen dreipoligen Stecker mit entsprechendem Kabel auf, wobei eine Versorgungsspannung und elektrische Parameter von Übertragungssignalen auch zu dem Quasi-Standard gehören.
Die weiteren Ausführungen betreffen zwar nur ein Ausführungsbeispiel für eine derartige herkömmliche Bremsenschnittstelle, die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche beschränkt, sondern es können alle Schnittstellen mittels der gemeinsamen Auswerteeinheit 13 dargestellt werden.
Zur Beibehaltung dieser Schnittstelle führt die Auswerteeinheit 13 nun eine Anpassung der möglichen unterschiedlichen Aufnehmerschnittstellen an diese Bremsenschnittstelle durch, indem die Auswerteeinheit 13 die Ausgangssignale der angeschlossenen Aufnehmer 10, 11, 12, 12’ auf ein für die Steuervorrichtung 14 verständliches Eingangssignal übersetzt, wobei weitere Bedingungen des Standards der herkömmlichen bzw. einer jeweiligen Bremsenschnittstelle natürlich eingehalten werden, ohne die herkömmliche bzw. die jeweilige Bremsenschnittstelle zu verändern.
Es wird zuerst die Verschleißerfassung zur Überwachung des Verschleißzustands (Summe aus Verschleiß von Bremsbelägen 3, 3’ und Bremsscheibe 2) zusammen mit der Erfassung eines Betätigungshubs der Zuspannvorrichtung (hier des Bremsdrehhebels 8) zur Erfassung des Lüftspiels erläutert.
Dazu ist die Fahrzeugbremse 1 mit einer Sensoreinrichtung 9 ausgerüstet, welche ein Sensorgetriebe 9a aufweist. Hier ist die Sensoreinrichtung 9 sowohl zur Erfassung einer ersten Größe, nämlich des Verschleißes der Bremsbeläge 3, 3’ einschließlich der Bremsscheibe 2, als auch zur Erfassung einer zweiten Größe, nämlich eines Betätigungshubs der Zuspannvorrichtung, d.h. des Bremsdrehhebels 8, ausgebildet. Das Sensorgetriebe 9a ist mit einem Aufnehmer der Sensoreinrichtung 9 gekoppelt. Dieser Aufnehmer erfasst zwei Größen und wird daher hier als Gesamtverschleißaufnehmer 10 bezeichnet.
Die Erfassung der ersten Größe, nämlich des Verschleißes, erfolgt z.B. durch die Erfassung der Nachstellbewegung der Gewindespindel 6. Diese Drehbewegung wird auf das Sensorgetriebe 9a übertragen. Die zweite Größe, der Betätigungshub der Zuspannvorrichtung, hier der Betätigungshub des Bremsdrehhebels 8, wird auch mittels des Sensorgetriebes 9a erfasst, welches dazu einen Zusatzeingang aufweist. Die erste Größe und die zweite Größe können über unterschiedliche Getriebestufen zur mechanischen Verstärkung eines Messeffekts mit dem Sensorgetriebe 9a gekoppelt sein. Diese erfassten zwei Größen werden mittels des Sensorgetriebes 9a, das z.B. als ein Überlagerungsgetriebe ausgebildet ist, überlagert auf den Aufnehmer 10 der Sensoreinrichtung 9 übertragen. Zur allgemeinen Funktion einer solchen Sensoreinrichtung 9 wird auf die Beschreibung in dem Dokument DE 10 2010 032 515 A1 verwiesen.
Der Gesamtverschleißaufnehmer 10 weist ein Aufnehmerelement, z.B. ein Hall-Sensor, Potentiometer, induktiver, oder/und optischer oder/und akustisches Aufnehmerelement, und ist über eine Gesamtverschleißaufnehmerleitung 10a mit einer Auswerteeinheit 13 verbunden. Die Auswerteeinheit 13 wird unten noch ausführlich beschrieben.
Der Gesamtverschleißaufnehmer 10 gibt ein Signal aus, in welchem der Summenverschleiß der Bremsbeläge 3, 3’ und der Bremsscheibe 2, sowie der Betätigungshub überlagert sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Summenverschleiß mittels eines Drehaufnehmers (z.B. Potentiometer), der die Verdrehung eines Nachstellgliedes bzw. der Gewindespindel 7a, 7’a erfasst, bestimmt. Die Überlagerung des Betätigungshubs wird mittels des Sensorgetriebes 9a in Form eines Planetengetriebes und einem Abgriff der Schwenkbewegung des Bremsdrehhebels 8 um die Hebelschwenkachse 8a erreicht. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung ist die kompakte Bauweise und die mechanische Verstärkung des Betätigungshubs, der üblicherweise im Vergleich zu dem Nachstellweg (Verschleiß) viel geringer ist.
Es ist aber auch denkbar, einen Linearaufnehmer, der die Längsbewegung des Nachstellglieds, hier der Gewindespindel 7a, 7’a, erfasst, zu verwenden. Da das Nachstellglied, nämlich die Gewindespindel 7a, 7’a den Betätigungshub durch die Zuspann- und Lösebewegung der Brücke 7b mit erfährt, kann der Betätigungshub gleichzeitig mit erfasst werden.
Für eine hydraulisch betätigte Bremse (Scheiben- und/oder Trommelbremse) wird in der Regel die Position des Zylinders im unbetätigten Zustand durch die Nachstellung korrigiert (z.B. mittels eines Vierkantrings). Somit kann auch hier mit einem Linearaufnehmer, der die Position des Zylinders erfasst, Verschleiß mit überlagertem Betätigungshub erfasst werden.
Bei einer pneumatisch betätigten Trommelbremse erfolgt die Zuspannung in der Regel mit einer so genannten S-Nocke. Die Nachstellung wird dabei ermöglicht, indem die Position der S-Nocke im unbetätigten Zustand verstellt wird. Hierbei wäre ein Drehaufnehmer/Winkelaufnehmer, welcher die Winkelstellung der S-Nocke erfasst, vorstellbar. Auch in diesem Fall ist eine Überlagerung von Verschleiß und Betätigungshub vorhanden.
Für die Ermittlung eines Verschleißzustands zwischen der Innenseite (Zuspannseite) und der Außenseite (Reaktionsseite) ist ein weiterer Aufnehmer 11 angeordnet.
Der Sattelpositionsaufnehmer 11 dient zur Erfassung einer Verschiebung des Bremssattels 4. Durch den Verschleiß des außenseitigen Bremsbelags 3’ und der Bremsscheibe 2 wandert der Bremssattel 4 mit dem Verschleiß immer weiter parallel zu der Bremsscheibenachse 2a in Richtung auf eine Fahrzeugmitte FM eines Fahrzeugs hin, in welchem die Fahrzeugbremse 1 zugeordnet ist. Die Verschiebung des Bremssattels 4 entspricht somit in etwa dem Verschleiß des außenseitigen Bremsbelags 3’ und dem Verschleiß der diesem außenseitigen Bremsbelag 3’ zugeordneten Außenseite der Bremsscheibe 2. Der Sattelpositionsaufnehmer 11 ist mit einer der Sattelführungen 4a, 4’a oder beiden gekoppelt und nur im Falle eines Schiebesattels erforderlich.
Als Aufnehmer des Sattelpositionsaufnehmers 11 ist hier ein Linearaufnehmer, der die feste Sattelführung 4a, 4’a als Referenz und die Position des Bremssattels 4 ermittelt, denkbar. Diese lineare Bewegung kann auch z.B. über ein Steilgewinde in eine Verdrehbewegung umgewandelt werden, wobei ein Drehaufnehmer Verwendung findet.
Bei Betätigung der Bremse ist zusätzlich zum Verschleiß der Betätigungshub anteilig dem Aufnehmersignal überlagert. Der Betätigungshub ist nur anteilig vorhanden, da nur das äußere Lüftspiel und die Verformung des Bremssattels 4 von Sattelrücken bis zur Position des Aufnehmers zum Tragen kommen.
Für eine Festsattelbremse wäre ein zusätzlicher Betätigungshubaufnehmer (analog zum Gesamtverschleißaufnehmer mit der Erfassung von zwei Größen) für die Außenseite oder ein Scheibenpositionssensor erforderlich, um die entsprechenden Informationen zu erhalten. Das gleiche wäre für eine hydraulische Trommelbremse mit zwei oder mehreren Kolben notwendig.
Der Sattelpositionsaufnehmer 11 ist über eine Sattelpositionsaufnehmerleitung 11a mit der Auswerteeinheit 13 verbunden.
Schließlich ist zur Erfassung eines Verschleißzustands der einzelnen Bremsbeläge 3 und 3’ in den Bremsbelägen 3, 3’ hier jeweils ein Belagverschleißaufnehmer 12, 12’ vorgesehen. Diese Aufnehmer 12, 12’ liefern jeweils ein temperaturkompensiertes Signal, welches proportional zum Belagverschleiß des zugeordneten Bremsbelags 3, 3’ ist. Hier sind resistive und mit dem Belagmaterial verschleißende Elemente, wie z.B. in dem Dokument DE 10 2011 113 526 A1 beschrieben, vorstellbar. Bei einer Verwendung solcher Elemente ist auch eine Linearisierung der zugehörigen Aufnehmerkennlinie erforderlich. Dies kann in der unten noch näher beschriebenen Auswerteeinheit 13 z.B. mittels einer gespeicherten Tabelle (Look-Up-Table) ausgeführt werden. Vorzugsweise ist in diesem Ausführungsbeispiel die Linearisierung in den Belagverschleißaufnehmer 12, 12’ integriert.
Jeder Aufnehmer 10, 11, 12 und 12’ nimmt eine mechanische Messgröße auf und formt die aufgenommene Messgröße in ein elektrisches Messsignal um und gibt dieses der aufgenommenen Messgröße entsprechende Messsignal als Ausgangsgröße aus. Das jeweilige elektrische Messsignal kann entsprechend angepasst, z.B. linearisiert, temperaturkompensiert usw., sein. In diesem Ausführungsbeispiel wird das elektrische Messsignal als eine elektrische Spannung U verwendet. Es ist natürlich auch möglich, dass das Messsignal ein elektrischer Strom ist. Denkbar ist auch ein optisches Messsignal. Die Ausgangsgröße hat einen Einfluss auf die konstruktive Ausführung der Auswerteeinheit.
In 2 ist eine graphische Darstellung einer allgemeinen Sensorkennlinie S gezeigt.
Es ist eine Spannung U_n über einem Messwert x_n aufgetragen, wobei der Index n als eine laufende Nummer des jeweiligen Aufnehmers 10, 11, 12, 12’ steht. In vereinfachter Weise wird angenommen, dass jeder Aufnehmer 10, 11, 12 und 12’ eine ideal lineare Sensorkennlinie S mit einer gleichen Spannungsamplitude von ΔU_n = U_max,n – U_min,n zwischen einem minimalen Messwert x_min und einem maximalen Messwert x_max der jeweiligen Messgröße besitzt.
Der jeweilige Aufnehmer 10, 11, 12, 12’ gibt somit für seinen kleinsten Messwert x_min;1...4 die zugehörige Spannung U_min und für seinen größten Messwert x_max;1...4 die zugehörige Spannung U_max aus. Natürlich sind unterschiedliche Spannungsamplituden für die unterschiedlichen Aufnehmer 10, 11, 12, 12’ möglich. Diese Unterschiede werden dann in der Auswerteeinheit 13 in geeigneter Weise berücksichtigt, z.B. in einer Vorrangschaltung einer Steuerschaltung 16, welche unten weiter noch ausführlich erläutert wird.
In dem Ausführungsbeispiel wird weiterhin angenommen, dass eine Spannung U_n, die als Ausgangsspannung vorhanden ist und einen Wert kleiner als U_min aufweist, eine Fehlfunktion oder ein nicht Vorhandensein des zugehörigen Aufnehmers 10, 11, 12, 12’ bedeutet. So kann ein Spannungsintervall von U_min bis U_max beispielsweise 2 bis 10 V betragen. Es wird bevorzugt, dass U_min > 0 V ist, da somit eine Fehlerwahrscheinlichkeit reduziert wird. Andere Spannungsintervalle, welche zuvor festgelegten Intervallen nicht entsprechen, können natürlich auch als Anzeichen für eine Fehlfunktion gedeutet werden. Dies wird in der weiter unten im Detail erläuterten Vorrangschaltung berücksichtigt.
3 stellt ein beispielhaftes Blockschaltbild der Auswerteeinheit 13 dar.
Die Auswerteeinheit 13 weist Anschlüsse zur Verbindung mit der Steuervorrichtung 14, Anschlüsse zur Verbindung mit jeweils einem Aufnehmer 10, 11, 12, 12’ und eine Steuerschaltung 16 auf.
Die Auswerteeinheit 13 stellt eine Verbindung zwischen der Steuervorrichtung 14 und somit zwischen dem Fahrzeugsteuersystem und den einzelnen Aufnehmern 10, 11, 12, 12’ her. Die Auswerteeinheit 13 weist dazu die Schnittstelle mit den drei Anschlüsse U_in, U_out und M auf. Hier ist sie mit der herkömmlichen Bremsenschnittstelle zur Verbindung mit der Steuervorrichtung 14 ausgerüstet. Die Anschlüsse U_in und M (Masse bzw. Fahrzeugmasse) sind mit einer von der Steuervorrichtung 14 bereitgestellten Versorgungsspannung beaufschlagt. Der Anschluss U_out stellt das von der Auswerteeinheit 13 bearbeitete bzw. angepasste und aufbereitete Ausgangssignal als eine Linearkombination der Ausgangssignale der Aufnehmer 10, 11, 12, 12’ für die Steuervorrichtung 14 bereit. Dieses Ausgangssignal wird von der Steuerschaltung 16 an den Anschluss U_out geleitet, was unten noch näher beschrieben wird.
Jeweils ein Aufnehmer 10, 11, 12, 12’ ist über seine, hier dreiadrige, Aufnehmerleitung 10a, 11a, 12a, 12’a an jeweils einem für sie vorgesehenen Anschlüsse angeschlossen, z.B. mit einem dreipoligen Stecker. Von diesen Anschlüssen sind Versorgungsspannungsanschlüsse U10, U11, U12, U12’ mit dem Anschluss U_in der Versorgungsspannung der Steuervorrichtung 14 verbunden. Masseanschlüsse M10, M11, M12, M12’ sind an den Masseanschluss M der Steuervorrichtung 14 angeschlossen. Auf diese Weise ist jeder Aufnehmer 10, 11, 12, 12’ mit der Versorgungsspannung der Steuervorrichtung 14 der Anschlüsse U_in und M durch die Auswerteeinheit 13 verbunden.
Sensorsignalanschlüsse S10, S11, S12, S12’ der Aufnehmer 10, 11, 12, 12’ führen das jeweilige Aufnehmerausgangssignal in Abhängigkeit von dem jeweiligen Messwert und sind jeweils über einen Widerstand R1, R2, R3, R4 mit Masse M verbunden. Eine jeweilige Aufnehmerausgangssignalspannung U₁, U₂, U₃, U₄ fällt über dem zugehörigen Widerstand R1, R2, R3, R4 gegenüber Masse M ab. Diese Aufnehmerausgangssignalspannungen U₁, U₂, U₃, U₄ werden der Steuerschaltung 16 an deren Anschlüssen a₁, a₂, a₃, a₄ als Eingangsspannungen zugeführt. Die zugehörige Verschaltung ist in geeigneter Weise ausgeführt und angepasst (z.B. mit Verstärkerstufen), was nicht gezeigt, aber für den Fachmann verständlich ist.
Es außerdem möglich, dass die Auswerteeinheit 13 bei Anschluss von Aufnehmern, deren jeweilige Aufnehmerkennlinie linearisiert werden muss, mit entsprechenden Linearisierungsschaltungen ausgerüstet ist. Diese können beispielsweise mit einem Look-Up-Table ausgebildet und in der Steuerschaltung 16 angeordnet sein.
Die Steuerschaltung 16 führt eine Auswertung der Aufnehmerausgangssignalspannungen U₁, U₂, U₃, U₄ in einer Signalauswerteschaltung 17 (siehe 4), die Bestandteil der Steuerschaltung 16 ist, aus. Ein Ausgang der Signalauswerteschaltung 17 ist mit einem Ausgang 16b der Steuerschaltung 16 verbunden, welcher seinerseits mit dem Anschluss U_out der herkömmlichen Bremsenschnittstelle zur Verbindung mit der Steuervorrichtung 14 verbunden ist und als Ausgangsgröße der Auswerteeinheit 13 eine Linearkombination der Aufnehmerausgangssignalspannungen U₁, U₂, U₃, U₄ führt.
4 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild der Steuerschaltung 17.
Die Steuerschaltung 17 ist eine Vorrangschaltung, die bei jeder Auswertung fünf Entscheidungen trifft. Dazu ist die Steuerschaltung 16 mit fünf Auswerteblöcken 17a...17e ausgebildet.

An den Anschlüssen a₁...a₄ liegen die jeweiligen Aufnehmerausgangssignalspannungen U₁...U₄ an, welche in der folgenden Tabelle 1 als Eingangsgrößen aufgeführt sind. Tabelle 1: Eingangsgrößen der Signalauswerteschaltung 17

Aufnehmerausgangssignalspannung (Aufnehmer)	Eingangsgröße
U₁(10)	Summenverschleiß Bremsbeläge 3, 3’ und Bremsscheibe 2 sowie Betätigungshub
U₂(11)	Verschleiß außenseitiger Bremsbelag 3’ und Außenseite der Bremsscheibe 2
U₃(12)	Verschleiß innenseitiger Bremsbelag 3
U₄(12’)	Verschleiß außenseitiger Bremsbelag 3’

Auswerteblock 17a weist als Eingangsgrößen U₁ und U₂ auf und nimmt eine Bestimmung von Innenverschleiß einschließlich Scheibenverschleiß vor. Damit ist der Verschleiß des innenseitigen Bremsbelags 3 und der zugehörigen Innenseite der Bremsscheibe 2 gemeint. Stehen der Summenverschleiß (U₁) und der Verschleiß (U2) vom äußeren Bremsbelag 3’ und der Außenseite der Bremsscheibe 2 zur Verfügung, kann durch eine Differenzbildung der Verschleiß des inneren Bremsbelags 3 und der Innenseite der Bremsscheibe 2 als eine Ausgangsgröße U5 des Auswerteblocks 17a bestimmt werden. Dabei ist der Spannungswert der Eingangsgröße Aufnehmerausgangssignalspannung U2 größer als die oder gleich der Mindestspannung U_min (siehe 2)
Steht lediglich der Summenverschleiß (U₁) zur Verfügung, ist der Spannungswert der Eingangsgröße Aufnehmerausgangssignalspannung U2 kleiner als die Mindestspannung U_min (siehe 2) und der Summenverschleiß (U₁) wird als Ausgangsgröße U5 weiterverwendet.

Dies ist der Tabelle 2 übersichtlich dargestellt. Tabelle 2 Auswerteblock 17a

Eingangsgröße (Aufnehmer)	Ausgangsgröße	bestimmt
U₁ und U₂ (10 und 11)	U₅ = U₁ – U₂, wenn U₂ ≥ U_min	Verschleiß Bremsbelag 3, 3’ und Innenseite der Bremsscheibe 2
U₁ und U₂ (10 und 11, oder nur 10)	U₅ = U₁, wenn U₂ < U_min	Summenverschleiß

Der Auswerteblock 17b dient zur Bestimmung von maximalem Verschleiß von innenseitigem und außenseitigem Bremsbelag 3, 3’ und verwertet als seine Eingangsgrößen den Verschleiß (U₂) vom äußeren Bremsbelag 3’ und der Außenseite der Bremsscheibe 2 und die Ausgangsgröße des Auswerteblocks 17a, nämlich U₅.
Ist ein Sattelpositionsaufnehmer 11 vorhanden, ist die eine Eingangsgröße des Auswerteblocks 17b U₅ Verschleiß Bremsbelag 3, 3’ und Innenseite der Bremsscheibe 2. Die andere Eingangsgröße U₂ liefert den Verschleiß außenseitiger Bremsbelag 3’ und Außenseite der Bremsscheibe 2. Eine Ausgangsgröße U₆ von Auswerteblock 17b ist dann die größere dieser beiden Eingangsgrößen.
In dem Falle, in welchem kein Sattelpositionsaufnehmer 11 vorhanden ist, ist die eine Eingangsgröße U₅ der Summenverschleiß U₁, und die andere Eingangsgröße U₂ eine Nullspannung. Dann ist die Ausgangsgröße U₆ von Auswerteblock 17b der Summenverschleiß U₅ = U₁.

Dies zeigt Tabelle 3. Tabelle 3 Auswerteblock 17b

Eingangsgröße (Aufnehmer)	Ausgangsgröße	bestimmt
U₂ und U₅ (10 und 11)	U₆ = U₂, wenn U₂ ≥ U₅	Maximalwert von Verschleiß Bremsbelag 3, 3’ und Innenseite der Bremsscheibe 2 und Verschleiß außenseitiger Bremsbelag 3’ und Außenseite der Bremsscheibe 2
U₅ (10 und 11, oder nur 10)	U₆ = U₅ = U₁, wenn U₅ > U₂	Summenverschleiß

Zur Bestimmung von maximalem Belagverschleiß von innenseitigem Bremsbelag 3 und außenseitigem Bremsbelag 3’ ist der Auswerteblock 17c vorgesehen.
Die Eingangsgrößen des Auswerteblocks 17c sind die Aufnehmerausgangssignalspannungen U₃ und U₄ der Belagverschleißaufnehmer 12 und 12’.

Eine Ausgangsgröße U₇ des Auswerteblocks 17c ergibt sich als der größte Wert des Verschleißes von innenseitigem Bremsbelag 3 und außenseitigem Bremsbelag 3’, wie in der Tabelle 4 aufgeführt ist. Tabelle 4 Auswerteblock 17c

Eingangsgröße (Aufnehmer)	Ausgangsgröße	bestimmt
U₃ und U₄ (12 und 12’)	U₇ = U₃, wenn U₃ ≥ U₄ U₇ = U₄, wenn U₄ > U₃	Maximalwert von Verschleiß innenseitiger Bremsbelag 3 und außenseitiger Bremsbelag 4

Der Auswerteblock 17d bestimmt eine Priorität von Belagverschleiß und weist als eine Eingangsgröße als U₇ den Maximalwertwert von Verschleiß innenseitiger Bremsbelag 3 und außenseitiger Bremsbelag 4 auf. Die andere Eingangsgröße als U₆ ist der Maximalwert von Verschleiß Bremsbelag 3, 3’ und Innenseite der Bremsscheibe 2 und Verschleiß außenseitiger Bremsbelag 3’ und Außenseite der Bremsscheibe 2, oder der Summenverschleiß.
Bei vorhandenen Belagverschleißaufnehmern 12, 12’ wird deren Maximalwert als U₇ zu einer Ausgangsgröße U₈ des Auswerteblocks 17d bestimmt, da die Belagverschleißaufnehmer 12, 12’ eine exakteren Wert liefern.
Sind keine Belagverschleißaufnehmern 12, 12’ vorhanden, ist die Spannung U₇ eine Nullspannung, und nur U₆ liegt als Maximalwert von Verschleiß Bremsbelag 3, 3’ und Innenseite der Bremsscheibe 2 und Verschleiß außenseitiger Bremsbelag 3’ und Außenseite der Bremsscheibe 2, oder als Summenverschleiß an. In diesem Fall wird U₆ als Ausgangsgröße U₈ des Auswerteblocks 17d weitergeleitet.

Hierzu fasst Tabelle 5 die Bestimmung Priorität von Belagverschleiß zusammen. Tabelle 5 Auswerteblock 17d

Eingangsgröße (Aufnehmer)	Ausgangsgröße	bestimmt
U₆ und U₇ (10, 11, 12 und 12’)	U₈ = U₇ (= U₃ oder U₄), wenn U₇ > 0	Maximaler Verschleißwert
U₆ (10, 11)	U₈ = U₆, wenn U₇ = 0	Maximalwert von Verschleiß Bremsbelag 3, 3’ und Innenseite der Bremsscheibe 2 und Verschleiß außenseitiger Bremsbelag 3’ und Außenseite der Bremsscheibe 2, oder Summenverschleiß

Der Auswerteblock 17e bestimmt eine Priorität von Summenverschleiß. Dazu ist eine Eingangsgröße des Auswerteblocks 17e die Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ Summenverschleiß Bremsbeläge 3, 3’ und Bremsscheibe 2 sowie Betätigungshub. Eine weitere Eingangsgröße ist die Ausgangsgröße U₈ des Auswerteblocks 17d als maximaler Verschleißwert.
Damit das Lüftspiel oder der Betätigungshub, hier Hub des Bremsdrehhebels 8, bestimmt werden kann, muss für eine bestimmte Zeit ausschließlich die Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ von der Signalauswerteschaltung 17 der Steuerschaltung 16 von der Auswerteeinheit 13 als U_out ausgegeben werden. Da die Sensoreinrichtung 9, d.h. der Gesamtverschleißaufnehmer 10 nicht konstant, sondern nur mit dem Anfang eines Bremsvorgangs bestromt wird, kann für die Variante mit der Erfassung des Betätigungshubs ein Zeitfenster (siehe 5) festgelegt werden, in welchem unabhängig von vorhandenen anderen Aufnehmern 11, 12, 12’ bzw. Erweiterungseinheiten und Verschleißzustand der Wert der Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ als Ausgangsgröße U_out bereitgestellt wird. Dies wird unten im Zusammenhang mit 5 noch beschrieben.

Die Ausgangsgröße des Auswerteblocks 17e ist U_out als maximaler Verschleißwert außerhalb des vorher festgelegten Zeitfensters. Innerhalb des vorher festgelegten Zeitfensters wird von dem Auswerteblock 17e bestimmt, dass gilt: U_out = U₁. Dies zeigt Tabelle 6. Tabelle 6 Auswerteblock 17e

Eingangsgröße (Aufnehmer)	Ausgangsgröße	bestimmt
U₁ und U₈ (10, 11, 12 und 12’)	U_out = U₈, wenn t ≠ t₁ – t₄	Maximaler Verschleißwert
U₁ und U₈ (10, 11, 12 und 12’)	U_out = U₁, wenn t = t₁ – t₄	Summenverschleiß mit Betätigungshub

Ein Ausgang b der Signalauswerteschaltung 17 ist mit dem Ausgang des Auswerteblocks 17e verbunden und an dem Ausgang 16b der Steuerschaltung 16 angeschlossen. Der Ausgang 16b ist mit dem Anschluss U_out der Auswerteeinheit 13 verbunden (3). Auf diese Weise ist die Signalauswerteschaltung 17 mit dem Anschluss U_out und der herkömmlichen Bremsenschnittstelle zur Steuervorrichtung 14 bzw. zum Fahrzeugsteuersystem verbunden.
Die Signalauswerteschaltung 17 mit ihren Auswerteblöcken 17a...e ist beispielsweise als Software in einer internen Steuereinrichtung, z.B. Mikrocomputer, der Steuerschaltung 16 angeordnet.
5 zeigt eine graphische Darstellung einer beispielhaften Betätigungshubkennlinie 18.
Es ist die Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ des Gesamtverschleißaufnehmers 10 über der Zeit t aufgetragen. Die beispielhafte Betätigungshubkennlinie 18 ist zur Erläuterung des oben bereits erwähnten Zeitfensters nur schematisch und vereinfacht dargestellt.
Vor einem Zeitpunkt t₁ ist die Fahrzeugbremse 1 unbetätigt, und die Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ weist einen konstanten Wert auf, der hier einem Ausgangswert mit einer Spannung U_1A entspricht. Diese Spannung U_1A gibt den aktuellen Summenverschleiß an, der bis zu diesem Zeitpunkt t₁ erfasst worden ist.
In dem Zeitpunkt t₁ wird ein Bremsvorgang begonnen, wobei der Bremsdrehhebel 8 betätigt wird und die Fahrzeugbremse 1 zuspannt. Dabei wird die Bewegung des Bremsdrehhebels 8 als Betätigungshub auf den Gesamtverschleißaufnehmer 10 übertragen und dessen Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ steigt in diesem Beispiel in Abhängigkeit von dem Betätigungshub in einem ersten Betätigungshubabschnitt 18a an. Dabei verschwenkt der Bremsdrehhebel 8 durch das Lüftspiel bis zum Erreichen des Reibepunkts, in dem der Bremsbelag 3 an der Innenseite der Bremsscheibe 2 anliegt. Besonderheiten der Betätigungshubkennlinie 18 in dem ersten Betätigungshubabschnitt 18a bei Erreichen des Reibepunkts und Nachstellen des Lüftspiels und bei weiterem Zuspannen sind nicht näher dargestellt.
Der Bremsdrehhebel 8 verschwenkt nach dem Reibepunkt weiter, bis er im Zeitpunkt t₂ stillsteht, wobei dieses Stillstehen als ein zweiter Betätigungshubabschnitt 18b bis zum Zeitpunkt t₃ fortdauert. Die dabei eingenommene Spannung U_1B der Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ bleibt nun ebenfalls in dem Zeitabschnitt t₂ bis t₃ konstant.
In einem sich daran anschließenden, nach unten verlaufenden dritten Betätigungshubabschnitt 18c beginnend im Zeitpunkt t₃ und fortdauernd bis zum Zeitpunkt t₄ erfolgt ein Rückhub bzw. Zurückschwenken des Bremsdrehhebels 8 zum Lösen der Bremse. Die Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ verringert sich nun bis auf einen Endwert mit der Spannung U_1C im Zeitpunkt t₄.
Der Betätigungshub des Bremsdrehhebels 8 ist hier die Differenz zwischen der größten Spannung U_1B Aufnehmerausgangssignalspannung U1 im Zeitpunkt t₂ und dem nun erreichten Endwert U_1C der Aufnehmerausgangssignalspannung U₁.
Der Endwert U_1C der Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ ist hier mit einem kleineren Wert als der Anfangswert U_1A dargestellt, da eine Nachstellung des Lüftspiels erfolgte. Dadurch hat sich der Gesamtverschleiß, der auch in der Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ abgebildet wird, verändert. Ohne eine Nachstellung des Lüftspiels liegt keine Veränderung des Gesamtverschleißes vor, und der Endwert U_1C der Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ entspricht in diesem Fall dann dem Anfangswert U_1A.
Ab dem Zeitpunkt t4 bildet der dann wieder konstante Wert U_1C der Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ den neuen Gesamtverschleiß.
Das oben erwähnte Zeitfenster wird nun als ein Zeitabschnitt festgelegt, z.B. als der Zeitabschnitt t₁–t₄, in welchem der Betätigungshub bei einem Bremsvorgang stattfindet und sich die Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ entsprechend dem Betätigungshub als Betätigungshubkennlinie 18 verändert. Bei dieser Festlegung des Zeitfensters muss die Auswertung der Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ als Ausgangsgröße U_out in der Steuervorrichtung 14 bzw. dem Fahrzeugsteuersystem entsprechend angepasst werden. Dies ist beispielsweise softwaremäßig in der Steuervorrichtung 14 möglich, indem ein Programm der Steuervorrichtung 14 das Zeitfenster t1–t4 zur Unterscheidung von Gesamtverschleiß und Betätigungshub verwendet, wobei während des Zeitfensters t1–t4 ein andere Auswerteroutine zur Auswertung des der Aufnehmerausgangssignalspannung U₁ als Ausgangsgröße U_out benutzt wird. Dadurch wird weder ein Hardwareaufbau der Steuervorrichtung 14 noch der herkömmlichen Bremsenschnittstelle verändert.
Die Überwachungsvorrichtung 15 der Fahrzeugbremse 1 gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiels kann

– den Verschleißzustand der Fahrzeugbremse 1 erfassen,
– den Betätigungshub und daraus das Lüftspiel der Fahrzeugbremse 1 ermitteln,
– den Verschleißzustand zwischen dem inneren und äußeren Bremsbelag 3, 3’ und der Innenseite und Außenseite der Bremsscheibe 2 unterscheiden, und
– den Verschleißzustand der einzelnen Bremsbeläge 3, 3’ bestimmen.

Die Überwachungsvorrichtung 15 ist außerdem modular aufbaubar. So ist eine Basisausstattung beispielsweise mit einem Gesamtverschleißaufnehmer 10 (ohne Betätigungshub) möglich. So ist es möglich, die Überwachungsvorrichtung 15 mit modularen Erweiterungseinheiten, nämlich den Gesamtverschleißaufnehmer 10 mit Erfassung des Betätigungshubs, den Sattelpositionsaufnehmer 11, die Belagverschleißaufnehmer 12, 12’, zu versehen. Dabei kann die Überwachungsvorrichtung 15 schon hard- und softwaremäßig für die maximale Erweiterung oder wenigstens teilweise vorbereitet sein, so dass nur ein Verbinden mit den Erweiterungsaufnehmern notwendig ist.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel schränkt die Erfindung nicht ein. Sie ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar.
Es ist beispielsweise denkbar, dass nur einer der zwei gezeigten Belagverschleißaufnehmer 12, 12’ eingesetzt ist, oder mehrere vorhanden sind.
Die Überwachungsvorrichtung 15 kann auch nur einen Aufnehmer oder mehr als die oben beschriebenen aufweisen, wie z.B. Temperaturaufnehmer. Die dazu gehörenden Messsignale übersendet die Auswerteeinheit 13 dann in bestimmten, vorher festgelegten weiteren Zeitfenstern. Diese Zeitfenster können z.B. in festgelegten Zeitabständen automatisch festgelegt werden, wobei eine Unterscheidung bei mehreren Zeitfenstern mit unterschiedlichen Messsignalen von unterschiedlichen Aufnehmern festgelegt ist.
Weiterhin ist es denkbar, dass anstelle der Sensoreinrichtung 9 für Gesamtverschleiß und Betätigungshub zwei separate Aufnehmer vorgesehen sind.
Es ist auch möglich, dass unterschiedliche Aufnehmer unterschiedliche Ausgangssignale, beispielsweise Spannungs-, Strom-, Lichtsignale aufweisen. In diesem Fall ist die Auswerteeinheit 13 mit entsprechenden Wandlern ausgerüstet, die das jeweilige Aufnehmerausgangssignal an die herkömmliche Bremsenschnittstelle für die Steuervorrichtung 14 entsprechend anpassen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugbremse
2: Bremsscheibe
2a: Bremsscheibenachse
3: Bremsbelag
4: Bremssattel
4a, 4’a: Sattelführung
5, 5’: Spindeleinheit
6, 6’: Druckstück
7: Nachstelleinrichtung
7a, 7’a: Gewindespindel
7b: Brücke
8: Bremsdrehhebel
8a: Hebelschwenkachse
9: Sensoreinrichtung
9a: Sensorgetriebe
10: Gesamtverschleißaufnehmer
10a: Gesamtverschleißaufnehmerleitung
11: Sattelpositionsaufnehmer
11a: Sattelpositionsaufnehmerleitung
12, 12’: Belagverschleißaufnehmer
12a, 12’a: Belagverschleißaufnehmerleitung
13: Auswerteeinheit
13a: Übertragungsleitung
14: Steuervorrichtung
15: Überwachungsvorrichtung
16: Steuerschaltung
16a: Eingang
16b: Ausgang
17: Signalauswerteschaltung
17a–17e: Auswerteblock
18: Betätigungshubkennlinie
18a–18c: Betätigungshubabschnitt
a₁–a₄, b: Anschluss
FM: Fahrzeugmitte
M: Masse
M10, M11, M12, M12’: Masseanschluss
R1–4: Widerstand
S: Sensorkennlinie
S10, S11, S12, S12’: Sensorsignalanschluss
t, t₁–t₄: Zeit
U: Spannung
U₁–U₄: Aufnehmerausgangssignalspannung
U10, U11, U12, U12’: Versorgungsspannungsanschluss
x: Messwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004037771 A1 [0006, 0054]
EP 1892435 B1 [0007]
DE 102010032515 A1 [0008, 0065]
DE 4312377 C2 [0009]
DE 10216871 A1 [0010]
DE 102011113526 A1 [0077]

Claims

Überwachungsvorrichtung (15) für eine Fahrzeugbremse (1), insbesondere Scheibenbremse, aufweisend mindestens einen Aufnehmer (10, 11, 12, 12’), der für einen Gesamtverschleiß, ein Lüftspiel oder einen Einzelverschleiß der Fahrzeugbremse (1) ausgebildet ist, und eine Auswerteeinheit (13), welche mit dem mindestens einen Aufnehmer (10, 11, 12, 12’) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (13) eine Steuerschaltung (16) mit einer Schnittstelle aufweist, wobei die Steuerschaltung (16) zur Anpassung des mindestens einen Aufnehmers (10, 11, 12, 12’) an die Schnittstelle ausgebildet ist, und wobei die Schnittstelle eine Bremsenschnittstelle zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung (14) einer zuzuordnenden Fahrzeugbremse (1) bildet.
Überwachungsvorrichtung (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle der Steuerschaltung (16) der Auswerteeinheit (13) mindestens einen Anschluss (U_in, U_out, M) als eine herkömmliche Bremsenschnittstelle für Nutzfahrzeuge aufweist.
Überwachungsvorrichtung (15) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (13) eine elektrische Versorgungsspannung für den mindestens einen Aufnehmer (10, 11, 12, 12’) bereitstellt.
Überwachungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (16) eine Signalauswerteschaltung (17) mit Auswerteblöcken (17a, 17b, 17c, 17d, 17e) zur Bestimmung eines Vorrangs eines Aufnehmerausgangssignals (U_1...4) zur Weiterleitung an die Schnittstelle der Steuerschaltung (16) aufweist.
Überwachungsvorrichtung (15) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteblock (17a) einen logischen Schaltungsaufbau zur Bildung einer Differenz zwischen zwei Aufnehmerausgangssignalen (U_1;2) und zum Vergleich der so ermittelten Differenz mit einem vorher festlegbaren Wert aufweist.
Überwachungsvorrichtung (15) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteblock (17c) einen logischen Schaltungsaufbau zum Vergleich zweier Aufnehmerausgangssignale (U_3;4) aufweist.
Überwachungsvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteblock (17b) einen logischen Schaltungsaufbau zum Vergleich eines Aufnehmerausgangssignals (U₂) und eines Ausgangssignals (U₅) eines Auswerteblocks (17a) aufweist.
Überwachungsvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteblock (17d) einen logischen Schaltungsaufbau zum Vergleich zweier Ausgangssignale (U_6;7) zweier Auswerteblöcke (17b, 17c) aufweist.
Überwachungsvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteblock (17e) einen Schaltungsaufbau aufweist, welcher ein eigenes Ausgangssignal in Abhängigkeit von einem Zeitfenster (t₁–t₄) von einem Aufnehmerausgangssignal (U₁) auf ein Ausgangssignal (U₈) eines Auswerteblocks (17d) und wieder zurück umschaltet.
Überwachungsvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswerteschaltung (17) einen Auswerteblock mit einem Schaltungsaufbau aufweist, welcher ein eigenes Ausgangssignal aus einer Gruppe, die unterschiedliche Aufnehmerausgangssignale und unterschiedliche Ausgangssignale von Auswerteblöcken der Signalauswerteschaltung (17) aufweist, in Abhängigkeit von unterschiedlich vorher festgelegten Zeitfenstern nacheinander, in einer festlegbaren Reihenfolge oder zufällig auswählt und ausgibt.
Überwachungsvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswerteschaltung (17) mindestens eine Linearisierungsschaltung zur Linearisierung einer Aufnehmerkennlinie des mindestens einen Aufnehmers (10, 11, 12, 12’) aufweist.
Überwachungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufnehmer (10, 11, 12, 12’) in die Auswerteeinheit (13) integriert ist.
Überwachungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle der Steuerschaltung (16) für eine elektrische, optische oder auch drahtlose Übertragung, z.B. per Funk oder in Kombinationen davon ausgebildet ist.
Fahrzeugbremse (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Zuspannvorrichtung, welche mit mindestens einem Bremsbelag (3, 3’) zusammenwirkt, einer Nachstelleinrichtung (7), und einer Steuervorrichtung (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbremse (1) mit einer Überwachungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist.
Fahrzeugbremse (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aufnehmer ein Gesamtverschleißaufnehmer (10) ist, welcher mit der Nachstelleinrichtung (7) zur Erfassung von Verschleiß der Fahrzeugbremse (1) und mit der Zuspannvorrichtung zur Ermittlung des Lüftspiels der Fahrzeugbremse (1) gekoppelt ist.
Fahrzeugbremse (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbremse (1) eine druckluftbetätigte Scheibenbremse ist.