DE102018116268A1

DE102018116268A1 - Scheibenbremse und Verfahren zum Zustandsüberwachen einer Scheibenbremse

Info

Publication number: DE102018116268A1
Application number: DE102018116268.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Blessing; Alexander Fuchs; Jens Fricke; Alexander Werth
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2020-01-09
Also published as: WO2020007672A1

Abstract

Eine Scheibenbremse, vorzugsweise druckluftbetätigt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst einen eine Bremsscheibe übergreifenden, als Schiebesattel ausgebildeten Bremssattel (4), der an einem ortsfesten Bremsträger mittels Schiebelager, die ein Festlager (6) und ein Loslager umfassen, verschiebbar geführt angebracht ist, eine Nachstelleinrichtung, und eine Sensoreinrichtung (15) mit einem Verschleißsensor und einer Sattelpositionssensoreinheit (100) zur Erfassung einer Position des Bremssattels (4) in Richtung einer Bremsscheibenachse der Bremsscheibe. Die Sattelpositionssensoreinheit (100) weist mindestens einen Drucksensor auf, welcher mit einem luftdichten Lagerinnenraum eines Schiebelagers des Bremssattels (4) kommuniziert. Ein Verfahren zum Zustandsüberwachen der Scheibenbremse wird bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zustandsüberwachen einer Scheibenbremse.
Im Personenkraftwagen- und im Nutzfahrzeugbereich gehören heutzutage Scheibenbremsen zum Standard. Bei der typischen Bauform einer Scheibenbremse besteht diese aus einem Bremssattel, der häufig als ein Schiebesattel (Schwimmsattel) ausgeführt ist, samt innerer Mechanik, aus in der Regel zwei Bremsbelägen und der Bremsscheibe.
Eine Bremsbetätigung erfolgt durch einen Nutzer/Fahrer oder ein Assistenzsystem, wobei eine innere Mechanik eine Zuspannkraft über Gewindestempel auf Bremsbeläge und Bremsscheibe überträgt. Die innere Mechanik wird auch als Zuspannvorrichtung bezeichnet und weist z.B. einen Bremsdrehhebel auf, welcher mit einer Brücke, in der die Gewindestempel eingeschraubt sind, in Zusammenwirkung steht. Beim Zuspannen werden die Gewindestempel gegen einen zuspannseitigen (inneren) Bremsbelag und somit gegen die Bremsscheibe gedrückt. Im weiteren Verlauf des Bremsvorgangs wird nun der Bremssattel, bezogen auf die Bremsscheibe, entgegen der Zuspannrichtung des zuspannseitigen Bremsbelags unter Mitnahme und Anpressen des gegenüberliegenden, rückenseitigen (äußeren) Bremsbelags an die andere Seite der Bremsscheibe verschoben. Die Schiebebewegung des Bremssattels wird durch Bremssattellager ermöglicht. Die Bremssattellager werden auch als Schiebelager bezeichnet.
Grundlegend für die Funktionsweise der Scheibenbremse ist eine funktionierende Sattellagerung. Eine dysfunktionale Sattellagerung hat eine schwergängige Verschiebbarkeit des Schwimmsattels zur Folge, was zu Ungleichverschleiß zwischen innerem und äußerem Bremsbelag bzw. tangentialem Schrägverschleiß der Bremsbeläge führt.
Für eine Früherkennung einer dysfunktionalen Lagerung eines Bremssattels ist es daher nützlich, die Verschiebbarkeit der Sattellagerung zu sensieren und somit zu überwachen. Dann können geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
DE 10 2013 112 527 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Überwachung von Lüftspiel, Einzelverschleiß und Gesamtverschleiß einer Bremse. Ein Sattelpositionssensor ist hier mit mindestens einer Sattelführung gekoppelt. Ein Hebelhub sowie das Lüftspiel werden durch einen Wegsensor mit Steuereinheit überwacht.
DE 10 2012 017 961 A1 beschreibt einen Sattelpositionssensor, der als ein Magnetfeldsensor zur Erfassung des Zustellweges der Scheibenbremse ausgebildet ist. Die Auswertung erfolgt über eine elektronische Auswerteeinheit mit einem Subtraktionsglied, welche ebenfalls mit dem Abstandssensor der Scheibenbremse verbunden ist.
DE 10 2012 006 105 A1 beschreibt einen Verschleißsensor ausgeführt als Linearsensor, welcher den Verschiebeweg des Bremssattels erfasst. Der Linearsensor ist mit einem zweiten Verschleißsensor sowie einer Auswerteschaltung verbunden.
US 9,222,534 B2 beschreibt einen linearen Positionssensor, welcher in der Sattellagerung den Verschiebeweg des Sattels aufzeichnet. Hierdurch kann die translatorische Bewegung direkt gemessen oder zuvor in eine rotatorische Bewegung gewandelt werden.
Die beschriebenen Ausführungen haben alle gemein, dass als Sensorart ein linearer Positionssensor verwendet wird um einen Einzelbelagverschleiß zu messen. Als nachteilig wird dabei gesehen, dass die verwendete Sensorart sowie die notwendige Verkabelung mit vergleichsweise hohen Kosten einhergehen.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Scheibenbremse mit einer verbesserten Sattelpositionssensoreinrichtung bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Zustandsüberwachen einer Scheibenbremse anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Scheibenbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Außerdem wird die weitere Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Ein Gedanke der Erfindung besteht darin, den Druck eines abgedichteten Lagerinnenraums eines oder beider Schiebelager der Bremssattellagerung zu erfassen, da sich der Luftdruck innerhalb des Lagerinnenraums verändert, wenn der Bremssattel verschoben wird. Diese gemessene Druckveränderung repräsentiert die Sattelverschiebung.
Eine erfindungsgemäße Scheibenbremse, vorzugsweise druckluftbetätigt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst einen eine Bremsscheibe übergreifenden, als Schiebesattel ausgebildeten Bremssattel, der an einem ortsfesten Bremsträger mittels Schiebelager, die ein Festlager und ein Loslager umfassen, verschiebbar geführt angebracht ist, eine Nachstelleinrichtung, und eine Sensoreinrichtung mit einem Verschleißsensor und einer Sattelpositionssensoreinheit zur Erfassung einer Position des Bremssattels in Richtung einer Bremsscheibenachse der Bremsscheibe. Die Sattelpositionssensoreinheit weist mindestens einen Drucksensor auf, welcher mit einem luftdichten Lagerinnenraum eines Schiebelagers des Bremssattels kommuniziert.
Auf diese Weise ist es mit nur geringem Aufwand, d.h. geringer Änderung bzw. Ergänzung eines Schiebelagers, möglich, zur Ermittlung einer Bewegung des Bremssattels einen Druck des Lagerinnenraums zu erfassen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Zustandsüberwachen einer oben angegebenen Scheibenbremse, vorzugsweise druckluftbetätigt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem eine Bremsscheibe übergreifenden, als Schiebesattel ausgebildeten Bremssattel, der an einem ortsfesten Bremsträger mittels Schiebelager, die ein Festlager und ein Loslager umfassen, verschiebbar geführt angebracht ist, einer Nachstelleinrichtung, einer Sensoreinrichtung mit einem Verschleißsensor und einer Sattelpositionssensoreinheit zur Erfassung einer Position des Bremssattels in Richtung einer Bremsscheibenachse der Bremsscheibe weist die folgenden Verfahrensschritte auf: S1 Erfassen eines Druckes eines Lagerinnenraums des Festlagers oder/und des Loslagers mittels eines Drucksensors zu Beginn eines Bremsvorgangs als Startdruck und am Ende eines Bremsvorgangs als Enddruck; S2 Bilden einer Differenz aus Startdruck und Enddruck, Ermitteln einer Verschiebung des Bremssattels anhand der gebildeten Differenz; Vergleichen der Differenz mit vorher festgelegten Werten; und S3 Ausgeben einer Anzeige zum Zustandsüberwachen der Scheibenbremse.
Eine Veränderung bzw. fehlende Veränderung des Drucks im Lagerbereich ermöglicht vorteilhaft eine Erkennung ob

- sich der Schiebesattel bewegt, wenn zugespannt wird (bewegt sich der Sattel nicht zurück in die Mittelstellung kann Verschleiß am äußeren Belag entstehen);
- die Lagerfaltenbälge undicht sind.

In einer Ausführung kann der mindestens eine Drucksensor in dem luftdichten Lagerinnenraum des einen Schiebelagers des Bremssattels angeordnet sein. Dies ergibt einen vorteilhaft kompakten Aufbau.
Weiterhin kann jedes Schiebelager, nämlich das Festlager und das Loslager, mit einem Drucksensor versehen sein. Dies ist vorteilhaft, da so eine Überwachung verbessert wird.
Eine alternative Ausführung sieht vor, dass der mindestens eine Drucksensor in der Sensoreinrichtung angeordnet ist und über ein Leitungselement mit dem luftdichten Lagerinnenraum des einen Schiebelagers des Bremssattels kommuniziert. Der Vorteil hierbei ist eine zentrale Anordnung.
Ein Leitungselement als Schlauch/Rohr/Kanal ist eine vorteilhaft günstigere Verbindung zur „zentralen“ Sensoreinheit im Vergleich zu einer elektrischen Verbindung.
Alternativ kann das Leitungselement ein Verbindungskanal in dem Gehäuse des Bremssattels sein, wobei der Verbindungskanal mit dem luftdichten Lagerinnenraum des einen Schiebelager des Bremssattels und dem Drucksensor kommuniziert. Damit entfallen externe, zusätzliche Leitungselemente, was eine vorteilhaft geringe Anzahl von Bauteilen ermöglicht. Durch eine solche kanalartige Verbindung vom mindestens einen Lager zur „zentralen“ Sensoreinheit (weitere Sensoren in Sensoreinheit) können eine Leiterplatte und weitere elektronische/elektrische Bauelemente im Lager entfallen, was den Vorteil einer Kostenersparnis erbringt.
In einer Erweiterung der Ausführung der zentralen Sensoreinrichtung kann für jedes Schiebelager, nämlich für das Festlager und das Loslager jeweils ein Drucksensor in der Sensoreinrichtung angeordnet sein und jeweils über ein Leitungselement mit dem jeweiligen luftdichten Lagerinnenraum des jeweiligen Schiebelagers des Bremssattels kommunizieren. Dies ergibt einen kompakten Aufbau.
Es ist in einer anderen Ausführung vorgesehen, dass der mindestens eine Drucksensor als ein Relativdrucksensor ausgebildet ist und gleichzeitig mit einem Bremseninnenraum des Bremssattels und mit dem Lagerinnenraum des Festlagers oder des Loslagers kommuniziert. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise sowohl die Sattelbewegung als auch die Dichtheit des Sattelinnenraumes erkannt werden kann.
Wenn der mindestens eine Drucksensor als ein Relativdrucksensor ausgebildet ist und gleichzeitig mit dem Lagerinnenraum des Festlagers und mit dem Lagerinnenraum des Loslagers kommuniziert, ergibt sich der Vorteil, dass ein Schrägverschleiß der Bremsbeläge bzw. eine Schrägstellung des Bremssattels erkannt werden kann. Weiterhin ist dies von Vorteil, da bei einer zentralen Auswertung beider Lagerdrücke unter Verwendung eines Relativdrucksensors ein Drucksensor eingespart werden kann.
Eine noch weitere Ausführung sieht vor, dass die Sensoreinrichtung einen Drucksensor aufweist, welcher mit einem Bremseninnenraum des Bremssattels kommuniziert. Dieser zusätzliche Sensor ermöglicht eine vorteilhaft unabhängige Überwachung des Bremseninnenraums.
Es ist für eine erhöhte Genauigkeit der Druckmessungen von großem Vorteil, wenn die Sensoreinrichtung mindestens einen Temperatursensor aufweist, welcher mit dem Bremssattel in einem wärmeleitenden Kontakt steht.
In einer noch weiteren Ausführung weist die Sensoreinrichtung mindestens einen Temperatursensor auf, welcher mit einem Luftvolumen des Bremseninnenraums zur Erfassung einer Innenlufttemperatur des Bremseninnenraums in Kontakt steht. Damit kann eine Genauigkeit der Messeinrichtung erhöht werden.
Die Sensoreinrichtung kann Bestandteil einer Messeinrichtung sein, welche die Sensoreinrichtung, eine Auswerteeinheit und eine Ausgabeeinheit umfasst. So kann ein kompakter Aufbau erreicht werden.
In einer noch weiteren Ausführung ist die Auswerteeinheit mit einem Bremssteuergerät verbunden. Auf diese Weise können ein Beginn und ein Ende eines Bremsvorgangs exakt bestimmt und zur Auswertung der gemessenen Druckwerte herangezogen werden.
Wenn ein Lagerinnenvolumen eines jeweiligen Lagerinnenraums des Festlagers und des Loslager mittels eines Bauelementes reduziert ist, kann ein Startvolumen klein gehalten werden. Dies ist z.B. durch eine zusätzliche Kappe möglich, die das zu messende Lagerinnenvolumen reduziert. Durch das reduzierte Startinnenvolumen wird ein größerer Druckunterschied bei gleicher Verschiebung erzeugt. Dies ist vorteilhaft für die Genauigkeit der Ermittlung des Verschiebewegs
In einer Ausführung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass in dem Verfahrensschritt Erfassen eines Druckes zuvor ein Startvolumen ermittelt wird, wobei Werte des Verschleißsensors eines Verschleißes zum Bestimmen einer ungefähren groben Position des Bremssattels und somit eines aktuellen Startvolumens des Druckes verwendet werden. Da ein Verschleißsensor in der Scheibenbremse bereits vorhanden ist, ist es somit von Vorteil auf vorhandene Signale und Daten zurückgreifen zu können.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn in dem Verfahrensschritt Erfassen des Druckes des Lagerinnenraums des Festlagers oder/und des Loslagers ein Druck eines Bremseninnenraums eines Zuspannabschnitts des Bremssattels erfasst wird. Damit kann eine Genauigkeit der Druckerfassung vorteilhaft erhöht werden. Hierzu ist es zudem von besonderem Vorteil, wenn die erfassten Druckwerte bzw. deren Signale in entsprechender Weise gefiltert werden, womit sie exakter ausgewertet werden können. Beispielsweise sind durch Filterung Druckanstiegsursachen leichter unterscheidbar.
Für eine vorteilhaft größere Genauigkeit bei der Auswertung der Druckmesswerte ist es vorgesehen, dass in dem Verfahrensschritt Erfassen des Druckes des Lagerinnenraums des Festlagers oder/und des Loslagers gleichzeitig eine Temperatur des Bremssattels erfasst wird. Dazu werden im Verfahrensschritt Vergleichen des erfassten Druckes Temperaturwerte des Bremssattels mit einbezogen.
Eine weitere vorteilhafte Erhöhung der Genauigkeit kann im Verfahrensschritt Vergleichen des erfassten Druckes erreicht werden, wenn Temperaturwerte der Innenluft eines Bremseninnenraums des Bremssattels mit einbezogen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem Verfahrensschritt Vergleichen des erfassten Druckes der Druck des Festlagers und der Druck des Loslager zum Überwachen und Erkennen von Schrägverschleiß von Bremsbelägen der Scheibenbremse verglichen und ausgewertet werden.
Die Erfindung wird nun anhand beispielhafter Ausführungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht einer Scheibenbremse aus dem Stand der Technik;
2 eine schematische Schnittansicht eines Festlagers eines Bremssattels einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse;
3 eine schematische Schnittansicht eines Loslagers eines Bremssattels der erfindungsgemäßen Scheibenbremse;
4 eine schematische Perspektivansicht einer Sensoreinrichtung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse;
5 eine schematische Schnittansicht der Sensoreinrichtung nach 4;
6 ein schematisches Blockschaltbild einer Messeinrichtung der erfindungsgemäßen Scheibenbremse; und
7 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zustandsüberwachen der erfindungsgemäßen Scheibenbremse.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Scheibenbremse 1 aus dem Stand der Technik.
Die Scheibenbremse 1 aus dem Stand der Technik wird im Folgenden zur Übersicht nur kurz beschrieben. Aufbau und Funktion sind in dem Dokument DE 10 2012 108 672 B3 ausführlich erläutert.
Koordinaten x, y, z erleichtern die Orientierung. Die x-Achse verläuft parallel zu einer Bremsscheibendrehachse 2a einer Bremsscheibe 2. Die y-Achse liegt rechtwinklig zu der Bremsscheibendrehachse 2a, und die z-Achse ist eine Vertikalachse.
Die Scheibenbremse 1 ist hier eine zweistempelige Bremse und umfasst die Bremsscheibe 2 mit der Bremsscheibenachse 2a, einen Bremsträger 3, einen Bremssattel 4, Bremsbeläge 5, 5a, eine Zuspannvorrichtung 8, eine Nachstelleinrichtung 13, eine Mitnehmereinrichtung 14 und eine Sensoreinrichtung 15 mit einem Verschleißsensor 37 und einer Sattelpositionssensoreinheit 100, sowie eine nicht näher bezeichnete Synchroneinrichtung.
Die Zuspannvorrichtung 8 ist hier mit einem Bremsdrehhebel 9 versehen und umfasst eine Brücke 10, in die zwei Gewindestempel 11, 12 eingeschraubt sind. An den zur Bremsscheibe 2 weisenden Enden sind die Gewindestempel 11, 12 jeweils mit einem Druckstück 11b, 12b versehen.
Die Bremsscheibe 2 ist von dem hier als Schwimmsattel ausgeführten Bremssattel 4 übergriffen. Der Bremssattel 4 weist einen Zuspannabschnitt 4a und einen Rückenabschnitt 4b auf, welche durch zwei Zugstreben 4c verbunden sind.
Beiderseits der Bremsscheibe 2 ist jeweils ein Bremsbelag 5, 5a angeordnet. Die Druckstücke 11b, 12b der Gewindestempel 11, 12 stehen mit dem Bremsbelag 5 in Kontakt. Der Bremsbelag 5 wird auch zuspannseitiger Bremsbelag 5 genannt. Der andere Bremsbelag 5a, der als reaktionsseitiger Bremsbelag 5 bezeichnet wird, ist auf der anderen Seite der Bremsscheibe 2 im Rückenabschnitt 4b des Bremssattels 4 festgelegt.
Der Bremssattel 4 ist mit dem Zuspannabschnitt 4a über Schiebelager an dem ortsfesten Bremsträger 3 in Richtung der Bremsscheibenachse 2a verschiebbar geführt angebracht. Hier sind zwei Schiebelager vorgesehen, welche ein Festlager 6 und ein Loslager 7 umfassen.
Das Festlager 6 ist in einem Festlagerabschnitt 4f des Zuspannabschnitts 4a des Bremssattels 4 angeordnet, wobei das Loslager 7 in einem Loslagerabschnitt 4g des Zuspannabschnitts 4a angeordnet ist. Eine Festlagerachse 6a des Festlagers 6 und eine Loslagerachse 7a des Loslagers 7 verlaufen parallel zueinander und parallel zu der Bremsscheibenachse 2a.
In dem Zuspannabschnitt 4a des Bremssattels 4 ist die Zuspannvorrichtung 8 in einem Bremseninnenraum 4d angeordnet. Der Bremseninnenraum 4d ist auf der Seite des Zuspannabschnitts 4a, welche zur Bremsscheibe 2 weist, durch eine Bodenplatte 16, die auch Bodenblech genannt wird, verschlossen. Die Gewindestempel 11, 12 erstrecken sich jeweils mit den Druckstücken 11b, 12b durch eine Öffnung durch die Bodenplatte 16. Dabei sind die Druckstücke 11b, 12b jeweils durch eine Dichtung 16a, 16b, hier ein Faltenbalg, gegenüber der Bodenplatte 16 abgedichtet. Der Zuspannabschnitt 4a ist hier mit einer nicht weiter beschriebenen Bearbeitungsöffnung 4e versehen, welche in geeigneter Weise (nicht gezeigt) abgedichtet ist.
Der Bremseninnenraum 4d des Zuspannabschnitts 4a ist zudem im Bereich der anderen Enden der Gewindestempel 11, 12 durch eine nicht bezeichnete Außenwand des Zuspannabschnitts 4a festgelegt. In der Außenwand ist jeweils eine Durchgangsöffnung 4j koaxial zu den Gewindestempeln 11, 12 eingebracht. Die zu dem Gewindestempel 11 mit der Nachstelleinrichtung 13 gehörende Durchgangsöffnung 4j (nur angedeutet) in den Bremseninnenraum 4d ist durch einen Verschlussdeckel 13a dicht verschlossen. Die andere Durchgangsöffnung 4j, welche dem anderen Gewindestempel 12 mit der Mitnehmereinrichtung 14 zugeordnet ist, ist durch ein Sensorgehäuse 15a der Sensoreinrichtung 15 dicht verschlossen.
Die Brücke 10 und somit die in ihr eingeschraubten Gewindestempel 11,12 sind von dem Bremsdrehhebel 9 in Richtung der Bremsscheibenachse 2a verstellbar. Eine Bewegung auf die Bremsscheibe 2 zu wird als Zuspannbewegung bezeichnet, und eine Bewegung in Gegenrichtung wird Lösebewegung genannt. Mittels einer Rückstellfeder 10a wird die Brücke 10 bei der Lösebewegung in die in 1 gezeigte gelöste Stellung der Scheibenbremse 1 zurück verstellt. Die Rückstellfeder 10a ist zwischen der Brücke 10 und der Bodenplatte 8 angeordnet und stützt sich an der Bodenplatte 8 ab.
Ein Abstand zwischen den Bremsbelägen 5, 5a und der Bremsscheibe 2 in der gelösten Stellung wird als Lüftspiel bezeichnet.
Die Nachstelleinrichtung 13 ist zur Verschleißnachstellung eines vorher festgelegten Lüftspiels, das als Nominallüftspiel bezeichnet wird, ausgebildet. Eine detaillierte Beschreibung der Nachstelleinrichtung 13, der Mitnehmereinrichtung 14 und der Synchroneinrichtung kann z.B. dem Dokument DE 10 2012 108 672 B3 entnommen werden.
Ein Aufnehmerelement des Verschleißsensors 37 der Sensoreinrichtung 15 ist z.B. ein Winkelsensor und erfasst die Winkellage des Gewindestempels 12 um die Mitnehmerachse 12a. Die Auswertung dieser Winkellage lässt einen Rückschluss auf den Verschleißzustand der Bremsbeläge 5, 5a und der Bremsscheibe 2 zu. Der Verschleißsensor 37 befindet sich hier z.B. in dem Sensorgehäuse 15a und ist über einen Anschluss 15b über eine Schnittstelle, z.B. eine Kabelschnittstelle, durch nicht gezeigte Kabel (elektrisch oder optisch leitend) mit einer Auswerteeinheit 38 (siehe 6) verbunden.
Die Sattelpositionssensoreinheit 100 erfasst einen Verschiebeweg des Bremssattels 4 in x-Richtung, d.h. in Richtung der Bremsscheibenachse 2a. Die Sattelpositionssensoreinheit 100 wird unten noch ausführlich erläutert.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Festlagers 6 des Bremssattels 4 der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1. 3 stellt eine schematische Schnittansicht des Loslagers 7 des Bremssattels 4 der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 dar. In 4 ist eine schematische Perspektivansicht der Sensoreinrichtung 15 der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 gezeigt.
Beim Zuspannen der Scheibenbremse 1 durch Betätigung der Zuspannvorrichtung 8 werden die Gewindestempel 11, 12 gegen den zuspannseitigen Bremsbelag 5 in negativer x-Richtung gepresst. Im weiteren Verlauf des Bremsvorgangs wird nun der Bremssattel 4, bezogen auf die Bremsscheibe 2, entgegen der Zuspannrichtung des zuspannseitigen Bremsbelags 5 unter Mitnahme und Anpressen des gegenüberliegenden, rückenseitigen Bremsbelags 5a an die andere Seite der Bremsscheibe 8 in positiver x-Richtung verschoben.
Die Schiebebewegung des Bremssattels 4 wird durch die Bremssattellager, nämlich das Festlager 6 und das Loslager 7, ermöglicht, welche den Bremssattel 4 verschiebbar führen.
Das dargestellte Festlager 6 umfasst einen Lagerholm 17, eine Schraube als ein Befestigungselement 18, eine Distanzhülse 19, zwei Gleithülsen 20, einen Rollbalg 21 mit einem Rollbalgschutz 21a, und eine Verschlusskappe 22.
Der Lagerholm 17 weist einen durchgehenden Innenraum auf, welcher durch zwei Bohrungen 17a, 17b mit unterschiedlich großen Durchmessern gebildet ist. Die Bohrungen 17a, 17b verlaufen in Längsrichtung des Lagerholms 17 in der Festlagerachse 6a und gehen über eine Abstufung ineinander über. Die eine Bohrung 17a, welche von dem von dem Bremsträger 3 weg weist, besitzt den größeren Durchmesser und eine Öffnung 17d. An der Öffnung ist eine umlaufende Stirnfläche 17c angeordnet.
Der tragende Lagerholm 17 ist mit dem Befestigungselement 18 am Bremsträger 3 starr befestigt. Das Befestigungselement 18 ist innerhalb des Lagerholms 17 in den Bohrungen 17a, 17b angeordnet, wobei ein Schaft des Befestigungselementes 18 in der Bohrung 17a mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist. Ein Kopf, hier ein Schraubenkopf, des Befestigungselementes 18 ist in der Bohrung 17b mit dem größeren Durchmesser angeordnet und drückt gegen eine Schulter der Abstufung.
An der Außenfläche des zum Bremsträger 3 weisenden Endes des Lagerholms 17 ist der abdichtende Rollbalg 21 (inkl. Stahleinlage) und der Rollbagschutz 21a angeordnet. Die Distanzhülse 19 ist auf dem Außendurchmesser des Lagerholms 7 zwischen den beiden Gleithülsen 20, welche für eine geringe Gleitreibung sorgen, angeordnet. Um die Hülsen 19, 20 ist eine Lagerbohrung 6b des verschiebbaren Bremssattels 4, welcher sich im Zuge des Belag- und Scheibenverschleißes langsam in x-Richtung bewegt, angeordnet.
Die Lagerbohrung 6b des Festlagerabschnitts 4f des Bremssattels 4 weist in ihrem offenen Ende ein Innengewinde 4i auf. An dem Ende der Öffnung ist eine Stirnfläche 4h angebracht.
Weitere Längsbewegungen (bidirektional) des Bremssattels 4 in x-Richtung finden beim Bremsen statt, während das Lüftspiel überfahren wird. Zusätzlich können Dehnungen am Bremssattel 4 bzw. Kompression der Bremsbeläge 5, 5a auftreten, wenn diese gegen die Bremsscheibe 2 gedrückt werden. Diese Verformungen führen ebenfalls zu einer axialen Bewegung des Bremssattels 4 in x-Richtung im Bereich der Schiebelagerung, d.h. von Festlager 6 und Loslager 7.
Eine Öffnung der Lagerbohrung 6b in dem Festlagerabschnitt 4f des Bremssattels 4 ist durch die Verschlusskappe 22 verschlossen. Die Verschlusskappe 22 umfasst einen, hier kreisrunden, Deckabschnitt 22a mit einem umlaufenden Kragen 22d, einen Anschlussabschnitt 22b, und eine kreiszylinderförmige Wand 22c mit einem Außengewinde 22e und einer Innenseite 22f. Auf der einen Seite des Deckabschnitts 22a, die zu der Lagerbohrung 6b weist, ist die Wand 22c konzentrisch zum Deckabschnitt 22a an diesem angebracht, wobei der umlaufende Kragen 22d übersteht. An der anderen Seite des Deckabschnitts 22a ist der Anschlussabschnitt 22b in positiver x-Richtung hervorstehend angeformt und mit einem Anschluss 23 versehen, der in diesem Beispiel zum Anbringen eines Schlauches ausgebildet ist.
Im zusammengebauten Zustand, den 2 zeigt, ist die Verschlusskappe 22 mit der zylinderförmigen Wand 22c in das offene Ende der Lagerbohrung 6b eingeschraubt, wobei das Außengewinde 22e der Wand 22c mit dem Innengewinde 4i der Lagerbohrung 6b in Eingriff steht. Zum Ansetzen eines Werkzeug für den Schraubvorgang ist der Anschlussabschnitt 22b mit einer entsprechenden Kontur versehen, z.B. ein Vierkant oder Sechskant (siehe auch 4). Der Kragen 22d liegt in dem zusammengebauten Zustand auf der Stirnfläche 4h des Festlagerabschnitts 4f auf. Zwischen der Wand 22c, dem Kragen 22d und der Innenwand der Lagerbohrung 6b in deren Endbereich ist eine Dichtung 24 angeordnet, welche die Verschlusskappe 22 gegenüber der Lagerbohrung 6b abdichtet.
Auf diese Weise ist ein gegenüber der Umgebung dichter Lagerinnenraum 26 des Festlagers 6 gebildet, welcher auf der zum Bremsträger 3 weisenden Seite des Festlagers 6 durch den Rollbalg 21 und auf der anderen Seite durch die Verschlusskappe 22 mit der Dichtung 24 abgedichtet ist. Der Lagerinnenraum 26 kommuniziert weiterhin mit einem Innenraum 26a des Anschlussabschnitts 22b. Der Innenraum 26a mündet in einen Kanal 23a des Anschlusses 23. Der Kanal 23a ist seinerseits über ein Leitungselement 27 mit der Sensoreinrichtung 15 verbunden (4). Dies wird unten noch weiter beschrieben.
Da das Festlager 6 auf diese Weise einen abgedichteten Bereich darstellt, verändert sich der Luftdruck innerhalb des Lagerbereiches, d.h. des Lagerinnenraums 26 (und hier auch des Lagernnenraums 26a), wenn der Bremssattel 4 verschoben wird. Diese Druckänderung repräsentiert die Sattelverschiebung, welche hierdurch berechnet werden kann.
Gemessen werden kann der Luftdruck der Lagerinnenräume 26, 26a mit Hilfe eines Drucksensors 30, welcher innerhalb des Lagerinnenraumes 26 (oder des Innenraums 26a) des Festlagers 6 (nicht dargestellt) angeordnet ist. Dabei kann sich der Drucksensor 30 z.B. in der Verschlusskappe 22 oder in einer Kappe 25 befinden. Der Anschluss 23 mit dem Kanal 23a ist dann nicht erforderlich. Eine elektrische Verbindung des Drucksensors 30 kann z.B. über eine elektrisch leitende Leitung mit der Sensoreinrichtung 15 erfolgen. Dies ist nicht dargestellt, aber leicht vorstellbar.
Weiterhin kann der Luftdruck der Lagerinnenräume 26, 26a mit einem „externen“ bzw. „zentral“ liegenden Drucksensor 30 (5) der Sattelpositionssensoreinheit 100 z. B. in der Sensoreinrichtung 15 über den Kanal 23a gemessen werden.
Hierfür besitzt die Verschlusskappe 22 den Anschlussabschnitt 22b mit dem Anschluss 23 und den Kanal 23a als eine Schnittstelle zu dem Leitungselement 27, das z.B. ein Schlauch oder ein Rohr ist (4), worüber der Lagerinnenraum 26 mit dem Drucksensor 30 (5) kommuniziert.
In dem in 3 gezeigten Beispiel ist die Kappe 25 als eine zusätzliche Kappe 25 in die Öffnung 17d der Bohrung 17b mit dem größeren Durchmesser eingesetzt und dichtet so die Bohrungen 17a und 17b gegenüber dem Lagerinnenraum 26 des Festlagers 6 ab.
Die Kappe 25 ist topfförmig mit einer kreiszylindrischen Wand 25a, einem Boden 25b und einem umgebördelten Kragen 25c mit einem Rand 25d ausgebildet. Im zusammengebauten Zustand ist der topfförmige Abschnitt mit der Wand 25a und dem Boden 25b durch die Öffnung 17d in die Bohrung 17a mit dem größeren Durchmesser des Lagerholms 17 eingesetzt. Dabei steht die Außenseite der Wand 25a der Kappe 25 mit der Innenseite der Bohrung 17a in Kontakt. Der Rand 25d des Kragens 25c liegt auf der Stirnfläche 17c an der Öffnung 17d auf.
Mittels dem Bauelement Kappe 25 ist ein Lagerinnenvolumen des Lagerinnenraums 26 reduziert. Dies wird unten noch näher erläutert. Das Lagerinnenvolumen des Lagerinnenraums 26 wird auch als Messvolumen des Lagerinnenraums 26 bezeichnet.
Für das Loslager 7, das in 3 gezeigt ist, gilt grundsätzlich die Beschreibung für das Festlager 6 nach 2, wobei die Bauteile Lagerholm 17', Befestigungselement 18', Distanzhülse 19', Rollbalg 21', und Rollbalgschutz 21'a gleiche Funktionen wie beim Festlager 6 erfüllen.
Die Lagerbohrung 7b für das Loslager 7 ist in dem Loslagerabschnitt 4g des Zuspannabschnitts 4a des Bremssattels 4 angeordnet.
Die Verschlusskappe 22' ist hier ohne Anschlussabschnitt 22b ausgeführt. Der Anschluss 23' mit dem Kanal 23'a ist direkt mittig und konzentrisch mit dem Deckabschnitt 22'a der Verschlusskappe 22' verbunden und wie der Anschluss 23 des Festlagers 6 aufgebaut. Die Verschlusskappe 22' ist ohne Kragen ausgebildet. Die kreiszylindrische Wand 22'c weist an ihrer Innenseite 22'f einen Oberflächenabschnitt zur Kontaktierung eines Dichtabschnitts 21-1a eines zweiten Rollbalgs 21-1 auf.
Die Kappe 25' ist wie die Kappe 25 des Festlagers 6 aufgebaut und in die Öffnung 17' der Bohrung 17'a eingesetzt. Die Kappe 25' hat die gleiche Funktion wie die Kappe 25 des Festlagers 6.
Das Loslager 7 weist zudem den zweiten Rollbalg 21-1 mit mehreren Dichtabschnitten 21-1a, 21-1b, 21-1c auf, welcher mit dem ersten Rollbalg 21' verbunden ist und sich zu dem Ende des Lagerholms 17' mit der Öffnung 17'd erstreckt. Ein erster Dichtabschnitt 21-1a steht mit der Innenseite 22'f der Verschlusskappe 22 in Dichtkontakt. Ein zweiter Dichtabschnitt 21-1b bildet am Ende des zweiten Rollbalgs 21-1 eine umlaufende Wulst und ist in dem umgebördelten Kragen 25'c und dem Rand 25'd der Kappe 25' aufgenommen. Der dritte Dichtabschnitt 21-1c steht mit dem zweiten Dichtabschnitt 21-1b direkt in Verbindung und steht in Gegenrichtung in negativer x-Richtung mit der Stirnfläche 17'c der Öffnung 17'd des Lagerholms 17' in Dichtkontakt.
Die dargestellte Verschlusskappe 22' bildet aber den Anschluss und die Umhüllung des Messvolumens des Lagerinnenraums 26'. Die Kappe 25' und der zweite Rollbag 21-1 dienen ebenfalls zur Umhüllung des Messvolumens des Lagerinnenraums 26'.
Auch bei dem Loslager 7 kann der Luftdruck des Lagerinnenraums 26' mit Hilfe eines Drucksensors 30, welcher innerhalb des Lagerinnenraumes 26' des Loslagers 7 (nicht dargestellt) angeordnet ist, gemessen werden. Dabei kann sich der Drucksensor 30 z.B. in der Verschlusskappe 22' oder in der Kappe 25' befinden. Der Anschluss 23' mit dem Kanal 23'a ist dann nicht erforderlich. Auch hier kann eine elektrische Verbindung des Drucksensors 30 z.B. über eine elektrisch leitende Leitung mit der Sensoreinrichtung 15 erfolgen. Dies ist nicht dargestellt, aber leicht vorstellbar.
In 4 ist das Festlager 6 mit der Verschlusskappe 22 und die Sensoreinrichtung 15 mit der Sattelpositionssensoreinheit 100 von außen gesehen dargestellt. Das Leitungselement 27, ein Schlauch oder ein Rohr, ist mit einem Ende über den Anschluss 23 geschoben und daran in geeigneter, aber nicht dargestellter Weise befestigt. Das andere Ende des Leitungselementes 27 ist mit einem Anschlussabschnitt 28 des Sensorgehäuses 15a verbunden. Ebenso kann das Leitungselement 27 mit dem Anschluss 23' des Loslagers 7 verbunden sein. Es ist auch denkbar, dass das Sensorgehäuse 15a zwei Anschlussabschnitte 28 aufweist, an denen jeweils ein Leitungselement 27 des Festlagers 6 und ein Leitungselement 27 des Loslagers 7 angeschlossen ist. Dabei bildet die Sensoreinrichtung 15 mit der Sattelpositionssensoreinheit 100 eine „zentrale“ Sensoreinrichtung 15.
Vorstellbar (nicht dargestellt) sind auch Ausführungen, bei denen kein Leitungselement 27 vorgesehen ist und ein Verbindungskanal im Gehäuse des Zuspannabschnitts 4a des Bremssattels 4 von mindestens einem Lager 6, 7 zur Sensoreinrichtung 15 verläuft. Auch eine Verbindung zwischen mindestens einem Lager 6, 7 zum Bremseninnenraum 4d des Zuspannabschnitts 4a ist möglich. Dies kann durch eine Rohteilkontur oder durch mindestens eine Bohrung ausgebildet sein.
Da es Ausführungen für rechte und linke Bremsen gibt, können das Festlager 6 und das Loslager 7 je nach Ausführung vertauscht sein. Um eine kurze Leitungselementlösung (Schlauch-/Rohr-/Verbindungskanal-Lösung) realisieren zu können, sind Lösungen für beide Lagerarten, Festlager 6 und Loslager 7 dargestellt. Natürlich ist es auch denkbar, immer die gleiche Lagerart anzubinden und ein längeres Leitungselement zu verwenden.
Weiterhin ist das Sensorgehäuse 15a mit dem Anschluss 15b versehen, welcher elektrisch leitende oder/und optische Steckverbindungen zum Anschluss an ein Steuergerät und/oder eine Auswerteeinrichtung aufweist.
In 5 ist eine schematische Schnittansicht der Sensoreinrichtung 15 nach 4 mit der Sattelpositionssensoreinheit 100 dargestellt.
Die Sensoreinrichtung 15 beinhaltet mehrere Sensoren, welche nicht weiter erläutert werden, und von denen nur der Drucksensor 30 der Sattelpositionssensoreinheit 100 gezeigt ist.
Das Sensorgehäuse 15a ist im Verlauf der Mitnehmerachse 12a hohl mit einem Innenraum 33 ausgebildet, welcher an der Oberseite durch eine Deckplatte 15c geschlossen ist. Der Innenraum 33 ist hier kreiszylindrisch ausgebildet. Das Sensorgehäuse 15a weist einen kreiszylindrischen Endabschnitt 15d auf, mit dem es in die Durchgangsöffnung 4j in dem Zuspannabschnitt 4a des Bremssattels 4 im eingebauten Zustand eingesteckt ist (siehe 1). Der Endabschnitt 15d ist mit einer Dichtung 34 versehen, welche eine Abdichtung des Sensorgehäuses 15a gegenüber dem Zuspannabschnitt 4a in der Durchgangsöffnung 4j und dem Bremseninnenraum 4d des Zuspannabschnitts 4a bildet.
Ein Anschluss 28, der ähnlich ausgebildet ist wie der Anschluss 23 der Verschlusskappen 22, 22', erstreckt sich radial in der Deckplatte 15c nach außen. Der Anschluss 28 bildet eine Schnittstelle zu dem Leitungselement 28.
Der Anschluss 28 weist einen Kanal 29 auf, welcher bei angeschlossenem Leitungselement 27 mit dem Lagerinnenraum 26, 26' des angeschlossenen Lagers 6, 7 kommuniziert. Der Anschluss 28 kann natürlich auch anders ausgeformt sein.
Der Kanal 29 erstreckt sich durch den Anschluss 28 und mündet in einer Aufnahme 31, die in den die Unterseite der Deckplatte 15c eingeformt ist.
Die Deckplatte 15d, der Anschluss 28 und die Aufnahme 31 sind hier einstückig mit dem Sensorgehäuse 15a hergestellt.
Die Aufnahme 31 steht mit einem Eingang des Drucksensors 30 in Eingriff. Eine Dichtung 31a dichtet den Eingang des Drucksensors 30 gegenüber der Aufnahme 31 ab. Auf diese Weise kommuniziert der Drucksensor 30 über den Kanal 29 im Anschluss 28, das Leitungselement 27 und den Kanal 23a, 23'a im Anschluss 23, 23' mit dem Innenraum 26, 26' des jeweiligen Lagers 6, 7.
Der Drucksensor 30 ist hier auf einer Leiterplatte 32 angeordnet, welche unterhalb der Deckplatte 15c in nicht näher beschriebener Weise befestigt ist. Die Leiterplatte 32 ist mit dem Anschluss 15b der Sensoreinrichtung 15 in diesem Beispiel elektrisch leitend über entsprechende Leitungen verbunden.
Die Dichtung 31a zwischen dem Eingang des Drucksensors 30 und der Aufnahme 31 ermöglicht eine Lagerdruckmessung unabhängig vom Bremseninnendruck, d.h. unabhängig von dem Innendruck des Bremseninnenraums 4d des Zuspannabschnitts 4a des Bremssattels 4 (siehe 1). Dieser Innendruck des Bremseninnenraums 4d kann innerhalb des Sensorgehäuses 15a (großes Luftvolumen) in dessen Innenraum 33 gemessen werden, da das Sensorgehäuse 15a und der Bremseninnenraum 4d dasselbe Luftvolumen umschließen. Der Drucksensor 30 befindet sich zusammen mit anderen Sensoren auf der Leiterplatte 32. Hierdurch entsteht eine Kostenersparnis, weil nur eine Leiterplatte 32 erforderlich ist und die Signale aller Sensoren bremsenzentral gesteuert und aufbereitet werden können.
6 stellt ein schematisches Blockschaltbild einer Messeinrichtung 40 der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1 mit der Sattelpositionssensoreinheit 100 dar.
In 6 ist eine beispielhafte Ausführung der Messeinrichtung 40 gezeigt. Die Messeinrichtung 40 umfasst verschiedene Sensoren der Sattelpositionssensoreinheit 100, eine Auswerteeinheit 38 und eine Ausgabeeinheit 39.
Die Auswerteeinheit 38 wertet die Signale der Sensoren aus und gibt dementsprechende Werte bzw. Anzeigen mit der Ausgabeeinheit 39, z.B. ein Display, für den Fahrer des der Scheibenbremse 1 zugeordneten Fahrzeugs aus. Die Ausgabeeinheit 39 kann auch einen Speicher und/oder einen Wechselspeicher zur Registrierung der gemessenen Werte besitzen.
In einer Ausführung weist die Messeinrichtung 40 die Sattelpositionssensoreinheit 100 mit einem Drucksensor 30 für den Druck P6 des Lagerinnenraums 26 des Festlagers 6 oder einen Drucksensor 30' für den Druck P7 des Lagerinnenraums 26' des Loslagers 7 auf. Dem Drucksensor 30, 30' kann jeweils ein Temperatursensor 36, 36' für eine Temperatur T6 des Festlagers 6 oder für eine Temperatur T7 des Loslagers 7 zugeordnet sein. Der Drucksensor 30, 30' und ggf. der Temperatursensor 36, 36' sind an der Auswerteeinheit 38 angeschlossen.
Es ist auch möglich, dass nur ein gemeinsamer Temperatursensor 36" an dem Bremssattel 4 angebracht ist, welcher die Temperatur T4 des Bremssattels 4 ermittelt.
Weiterhin kann eine Innenlufttemperatur des Bremseninnenraums 4d mittels eines weiteren Temperatursensors erfasst werden. Dazu ist dieser Temperatursensor in dem Bremseninnenraum 4d angeordnet und steht mit dem Luftvolumen des Bremseninnenraums 4d in Kontakt. Denkbar sind auch Messungen der Innenlufttemperatur der jeweiligen Lagerinnenräume 26, 26' mittels geeigneter Temperatursensoren, die in dem jeweiligen Lagerinnenraum 26, 26' angeordnet sind und mit dem jeweiligen Luftvolumen bzw. Fluidvolumen in Kontakt stehen.
Hilfreich sind hierbei Daten, d.h. gemessene Werte, des Verschleißsensors 37 über den Verschleiß VS, wodurch sich die grobe Position des Bremssattels 4 und somit das aktuelle Startvolumen des jeweiligen Lagerinnenraums 26, 26' des Festagers 6/Loslagers 7 ungefähr bestimmen lässt. Der Verschleißsensor 37 ist dazu auch an die Auswerteeinheit 38 angeschlossen.
Das ermittelte Startvolumen, der gemessene Startdruck (dieser ist auch abhängig von der aktuellen Temperatur T6, T7) und der gemessene Enddruck ermöglichen eine Ermittlung der Verschiebung des Bremssattels 4 während der Bremsbetätigung. Dies gilt für kurze Zeiträume, in denen sich die Temperatur T6, T7 in dem Festlager 6/Loslager 7 nicht verändert.
Eine Bremsbetätigung wird der Auswerteeinheit 38 über ein Bremssignal 35, z.B. von einem Bremssteuergerät (nicht gezeigt) übermittelt.
Um das Startvolumen klein zu halten, reduziert die zusätzliche Kappe 25, 25' das zu messende Lagerinnenvolumen des jeweiligen Lagerinnenraums 26, 26'. Durch das reduzierte Startinnenvolumen wird ein größerer Druckunterschied bei gleicher Verschiebung des Bremssattels 4 erzeugt. Dies ist vorteilhaft für die Genauigkeit der Ermittlung des Verschiebewegs des Bremssattels 4. Es ist auch denkbar, dass bei Bedarf die 25, 25' mit einer zusätzlichen Dichtung versehen ist (nicht dargestellt).
In einer weiteren Ausführung weist die Messeinrichtung 40 die Sattelpositionssensoreinheit 100 mit zwei Drucksensoren 30 und 30' auf, d.h. einen Drucksensor 30 für das Festlager 6 und einen Drucksensor 30' für das Loslager 7.
Bei einer noch weiteren Ausführung erfasst ein dritter Drucksensor 30" den Druck P4 des Bremseninnenraums 4d und eine Temperatursensor 36" die Temperatur T4 des Bremseninnenraums 4d bzw. der Scheibenbremse 1.
Die Drucksensoren 30, 30', 30" können z.B. Absolutdrucksensoren sein.
Es ist aber auch möglich, Relativdrucksensoren bzw. Differenzdrucksensoren zu verwenden. Ein Relativdrucksensor bietet den Vorteil, dass gleichzeitig der Bremseninnendruck (Druck P4 des Bremseninnenraums 4d) und der Lagerinnendruck (Druck P6 oder P7) des Festlagers 6 oder des Loslagers 7 ausgewertet werden können. Dies ist in 6 durch den Drucksensor 30a mit zwei Eingängen dargestellt. Hierfür muss jedoch das Signal so gefiltert werden, dass man die Druckanstiegsursachen unterscheiden kann. Dies wird von der Auswerteeinheit 38 durchgeführt.
Weiterhin ist es vorstellbar, beide Lager (Festlager 6 und Loslager 7) gleichzeitig auszuwerten und an einen Relativdrucksensor anzuschließen. 6 zeigt dieses mit einem Differenzdrucksensor 30'a, der sowohl mit dem Druck P6 des Festlagers 6 als auch mit dem Druck P7 des Loslagers 7 beaufschlagt ist. Dies ermöglicht die Feststellung von Schrägverschleiß der Bremsbeläge 5, 5', da sich in einem solchen Fall das Festlager 6 und das Loslager 7 unterschiedlich weit verschieben und somit jeweils unterschiedliche Druckwerte P6, P7 aufweisen.
7 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zustandsüberwachen der erfindungsgemäßen Scheibenbremse 1.
Mit dem Verfahren wird eine Veränderung oder eine fehlende Veränderung eines von der Sattelpositionssensoreinheit 100 erfassten Drucks P6, P7 im Lagerbereich, d.h. in den Lagerinnenräumen 26, 26' der Schiebelager, d.h. von Festlager 6 und Loslager 7, erfasst. Damit ist es möglich, Folgendes zu erkennen:

- eine Bewegung des Bremssattels 4 beim Zuspannen der Scheibenbremse 1 (bewegt sich der Bremssattel 4 nicht zurück in die Mittelstellung, kann Verschleiß am äußeren, d.h. rückenseitigen Bremsbelag 5a entstehen)
- eine ungewollte Bewegung des Bremssattels 4, obwohl nicht zugespannt wird (verschiebt sich der Bremssattel 4 ungewollt, obwohl nicht zugespannt wird, kann ebenfalls Verschleiß an den Bremsbelägen 5, 5' entstehen)
- Undichtigkeit(en) der Lagerfaltenbälge (Dichtungen 21, 21', 21-1)
- eine Bewegungsweite, d.h. Verschiebeweg, des Bremssattels 4 durch Berechnung aus Druckänderung von P6, P7
- eine Schrägstellung des Bremssattels 4 durch Messen des Drucks P6 des Festlagers 6 und des Drucks P7 des Loslagers 7

In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird mindestens ein Druck P6, P7 des Lagerinnenraums 26, 26' des Festlagers 6 oder des Loslagers 7 mittels eines Drucksensors 30, 30' zu Beginn eines Bremsvorgangs als Startdruck und am Ende eines Bremsvorgangs als Enddruck erfasst.
Hierzu kann auch mindestens eine Temperatur T6, T7 des Festlagers 6, des Loslagers 7 mit einem Temperatursensor 36, 36' gemessen werden. Der mindestens eine Druck P6, P7 wird auch bei nicht zugespannter Bremse gemessen.
Der Drucksensor 30, 30' wandelt den gemessenen Druck P6, P7 in eine elektrische Größe um, welche an die Auswerteeinheit 38 weitergeleitet wird. Der Temperatursensor T6, T7 wandelt die gemessene Temperatur T6, T7 auch in eine elektrische Größe um, und leitet sie an die Auswerteeinheit 38.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird von der Auswerteeinheit eine Differenz aus Startdruck und Enddruck gebildet. Dann wird aus der so gebildeten Druckänderung eine Verschiebung des Bremssattels berechnet bzw. ermittelt.
Die Auswerteeinheit 38 vergleicht dann die so erhaltene Differenz mit vorher festgelegten Werten. Diese festgelegten Werte wurden zuvor durch Druckmessreihen mit der vorliegenden Scheibenbremse (auch in Abhängigkeit von entsprechenden Temperaturen) ermittelt, bestimmten Zuständen, beispielsweise Normalzustand, Übergangszustand, Warnzustand der Scheibenbremse 1 zugeordnet und in der Auswerteeinheit 38 gespeichert. Die Temperaturwerte werden von der Auswerteeinheit 38 beim Vergleichen zur Auswertung mit herangezogen.
Es können beim Vergleichen des erfassten Druckes P6, P7 auch Temperaturwerte der Innenluft eines Bremseninnenraums des Bremssattels mit einbezogen werden.
Die Auswerteeinheit verwendet auch Daten des Verschleißsensors 37 über den Verschleiß VS, und bestimmt damit ungefähr die grobe Position des Bremssattels 4 und somit das aktuelle Startvolumen des jeweiligen Lagerinnenraums 26, 26' des Festagers 6/Loslagers 7.
Das ermittelte Startvolumen, der gemessene Startdruck (dieser ist auch abhängig von der aktuellen Temperatur T6, T7) und der gemessene Enddruck ermöglichen eine Ermittlung der Verschiebung des Bremssattels 4 während der Bremsbetätigung. Dies gilt für kurze Zeiträume, in denen sich die Temperatur T6, T7 in dem Festlager 6/Loslager 7 nicht verändert.
Eine Bremsbetätigung wird der Auswerteeinheit 38 über ein Bremssignal 35, z.B. von einem Bremssteuergerät (nicht gezeigt) übermittelt.
In Abhängigkeit von dem Vergleich aus Verfahrensschritt S2 gibt die Auswerteeinheit 38 mittels der Ausgabeeinheit 39 eine Anzeige in einem dritten Verfahrensschritt S3 aus. Eine solche Anzeige kann z.B. ein Leuchtmelder sein, der durch eine Farbe einen Normalzustand, einen Übergangszustand oder/und einen Warnzustand anzeigt. Selbstverständlich können auch akustische Ausgaben mittels Sprache oder Ton erfolgen. Eine Speicherung der ermittelten Werte und ausgegebenen Meldungen kann zudem erfolgen.
Wenn Differenzdrucksensoren (Relativdrucksensoren) verwendet werden, wird deren Signal von der Auswerteeinheit 38 so ausgewertet, dass die Art des Drucksensors berücksichtigt wird. Dazu ist die Auswerteeinheit 38 bei Zusammenbau der Messeinrichtung in entsprechender Weise voreingestellt, z.B. durch Einstellschalter oder durch passende Software.
Zur Erkennung von Schrägverschleiß wertet die Auswerteeinheit 38 zwei Signale aus, nämlich das Signal des dem Festlager 6 zugeordneten Drucksensors 30 und das Signal des zum Loslager 7 gehörenden Drucksensors 30'.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele von Festlager 6 und Loslager 7 sind nur beispielhaft. Selbstverständlich können das Festlager 6 und das Loslager 7 auch einen anderen Aufbau besitzen.
Die Verschlusskappe 22, 22' und die Kappe 25, 25' können aus einem geeigneten Kunststoff, aber auch aus einem metallischen Werkstoff oder einer Kombination aus beiden hergestellt sein.
Die Erfindung ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche modifizierbar.
Der Drucksensor 30, 30' kann auch im Lagerbereich des Festlagers 6/Loslagers 7 angeordnet sein, z.B. in der Verschlusskappe 22, 22'.
Alternativ zu Luftdruckmessungen können auch Volumenstrommessungen die gleichen Informationen liefern.
Das Medium Luft kann auch durch ein anderes gasiges oder flüssiges Medium ersetzt werden.
Die Verschlusskappe 22, 22' kann so robust ausgebildet sein, dass sie einen Transportschutz für das jeweilige Schiebelager 6, 7 bildet.
Bezugszeichenliste

1: Scheibenbremse
2: Bremsscheibe
2a: Bremsscheibenachse
3: Bremsträger
4: Bremssattel
4a: Zuspannabschnitt
4b: Rückenabschnitt
4c: Zugstrebe
4d: Bremseninnenraum
4e: Öffnung
4f: Festlagerabschnitt
4g: Loslagerabschnitt
4h: Stirnfläche
4i: Gewinde
4j: Bohrung
5, 5a: Bremsbelag
6: Festlager
6a: Festlagerachse
6b: Lagerbohrung
7: Loslager
7a: Loslagerachse
7b: Lagerbohrung
8: Zuspannvorrichtung
9: Bremsdrehhebel
10: Brücke
10a: Rückstellfeder
11, 12: Gewindestempel
11a: Nachstellerachse
12a: Mitnehmerachse
11b, 12b: Druckstück
13: Nachstelleinrichtung
13a: Verschlussdeckel
14: Mitnehmereinrichtung
15: Sensoreinrichtung
15a: Sensorgehäuse
15b: Anschluss
15c: Deckplatte
15d: Endabschnitt
16: Bodenplatte
16a, 16b: Dichtung
17, 17': Lagerholm
17a, 17'a; 17b, 17'b: Bohrung
17c: Stirnfläche
17d, 17'd: Öffnung
18, 18': Befestigungselement
19: Distanzhülse
20: Gleithülse
21,21-1: Rollbalg
21a, 21'a: Rollbalgschutz
21-1a,21-1b: Dichtabschnitt
22, 22': Verschlusskappe
22a, 22'a: Deckabschnitt
22b, 22'b: Anschlussabschnitt
22c: Wand
22d: Kragen
22e: Außengewinde
22f, 22'f: Innenwand
23: Anschluss
23a: Kanal
24: Dichtung
25, 25': Kappe
25a, 25'a: Wand
25b, 25'b: Boden
25c, 25'c: Kragen
25d, 25'd: Rand
26, 26'; 26a: Lagerinnenraum
27: Leitungselement
28: Anschlussabschnitt
29: Kanal
30, 30', 30"; 30a, 30'a: Drucksensor
31: Aufnahme
31a: Dichtung
32: Leiterplatte
33: Innenraum
34: Dichtung
35: Bremssignal
36, 36', 36": Temperatursensor
37: Verschleißsensor
38: Auswerteeinheit
39: Ausgabeeinheit
40: Messeinrichtung
100: Sattelpositionssensoreinheit
P: Druck
S: Weg
T, ϑ: Temperatur
S1...3: Verfahrensschritt
VS: Verschleiß
x, y, z: Koordinate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013112527 A1 [0006]
DE 102012017961 A1 [0007]
DE 102012006105 A1 [0008]
US 9222534 B2 [0009]
DE 102012108672 B3 [0040, 0052]

Claims

Scheibenbremse (1), vorzugsweise druckluftbetätigt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem eine Bremsscheibe (2) übergreifenden, als Schiebesattel ausgebildeten Bremssattel (4), der an einem ortsfesten Bremsträger (3) mittels Schiebelager, die ein Festlager (6) und ein Loslager (7) umfassen, verschiebbar geführt angebracht ist, einer Nachstelleinrichtung (13), einer Sensoreinrichtung (15) mit einem Verschleißsensor (37) und einer Sattelpositionssensoreinheit (100) zur Erfassung einer Position des Bremssattels (4) in Richtung einer Bremsscheibenachse (2a) der Bremsscheibe (2) dadurch gekennzeichnet, dass die Sattelpositionssensoreinheit (100) mindestens einen Drucksensor (30, 30', 30a, 30'a) aufweist, welcher mit einem luftdichten Lagerinnenraum (26, 26') eines Schiebelagers des Bremssattels (4) kommuniziert.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drucksensor (30, 30') in dem luftdichten Lagerinnenraum (26, 26') des einen Schiebelagers des Bremssattels (4) angeordnet ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schiebelager, nämlich das Festlager (6) und das Loslager (7), mit einem Drucksensor (30, 30') versehen ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drucksensor (30, 30') in der Sensoreinrichtung (15) angeordnet ist und über ein Leitungselement (27) mit dem luftdichten Lagerinnenraum (26, 26') des einen Schiebelager des Bremssattels (4) kommuniziert.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement (27) ein Schlauch oder ein Rohr ist.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement (27) ein Verbindungskanal in dem Gehäuse des Bremssattels (4) ist, wobei der Verbindungskanal mit dem luftdichten Lagerinnenraum (26, 26') des einen Schiebelager des Bremssattels (4) und dem Drucksensor (30, 30') kommuniziert.
Scheibenbremse (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Schiebelager, nämlich für das Festlager (6) und das Loslager (7) jeweils ein Drucksensor (30, 30') in der Sensoreinrichtung (15) angeordnet ist und jeweils über ein Leitungselement (27) mit dem jeweiligen luftdichten Lagerinnenraum (26, 26') des jeweiligen Schiebelagers des Bremssattels (4) kommuniziert.
Scheibenbremse (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drucksensor (30a) als ein Relativdrucksensor ausgebildet ist und gleichzeitig mit einem Bremseninnenraum (4d) des Bremssattels (4) und mit dem Lagerinnenraum (26, 26') des Festlagers (6) oder des Loslagers (7) kommuniziert.
Scheibenbremse (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drucksensor (30'a) als ein Relativdrucksensor ausgebildet ist und gleichzeitig mit dem Lagerinnenraum (26) des Festlagers (6) und mit dem Lagerinnenraum (26') des Loslagers (7) kommuniziert.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (15) einen Drucksensor (30") aufweist, welcher mit einem Bremseninnenraum (4d) des Bremssattels (4) kommuniziert.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (15) mindestens einen Temperatursensor (36, 36', 36") aufweist, welcher mit dem Bremssattel (4) in einem wärmeleitenden Kontakt steht.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (15) mindestens einen Temperatursensor (36, 36', 36") aufweist, welcher mit einem Luftvolumen des Bremseninnenraums (4d) zur Erfassung einer Innenlufttemperatur des Bremseninnenraums (4d) in Kontakt steht.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (15) Bestandteil einer Messeinrichtung (40) ist, welche die Sensoreinrichtung (15), eine Auswerteeinheit (38) und eine Ausgabeeinheit (39) umfasst.
Scheibenbremse (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (38) mit einem Bremssteuergerät verbunden ist.
Scheibenbremse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerinnenvolumen eines jeweiligen Lagerinnenraums (26, 26') des Festlagers (6) und des Loslager (7) mittels eines Bauelementes reduziert ist.
Verfahren zum Zustandsüberwachen einer Scheibenbremse (1), vorzugsweise druckluftbetätigt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem eine Bremsscheibe (2) übergreifenden, als Schiebesattel ausgebildeten Bremssattel (4), der an einem ortsfesten Bremsträger (3) mittels Schiebelager, die ein Festlager (6) und ein Loslager (7) umfassen, verschiebbar geführt angebracht ist, einer Nachstelleinrichtung (13), einer Sensoreinrichtung (15) mit einem Verschleißsensor (37) und einer Sattelpositionssensoreinheit (100) zur Erfassung einer Position des Bremssattels (4) in Richtung einer Bremsscheibenachse (2a) der Bremsscheibe (2), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte S1 Erfassen eines Druckes (P6, P7) eines Lagerinnenraums (26, 26') des Festlagers (6) oder/und des Loslagers (7) mittels eines Drucksensors (30, 30') zu Beginn eines Bremsvorgangs als Startdruck und am Ende eines Bremsvorgangs als Enddruck; S2 Bilden einer Differenz aus Startdruck und Enddruck, Ermitteln einer Verschiebung des Bremssattels (4) anhand der gebildeten Differenz; Vergleichen der Differenz mit vorher festgelegten Werten; und S3 Ausgeben einer Anzeige zum Zustandsüberwachen der Scheibenbremse (1).
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt Erfassen eines Druckes (P6, P7) zuvor ein Startvolumen ermittelt wird, wobei Werte des Verschleißsensors (37) eines Verschleißes (VS) zum Bestimmen einer ungefähren groben Position des Bremssattels (4) und somit eines aktuellen Startvolumens des Druckes (P6, P7) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt Erfassen des Druckes (P6, P7) des Lagerinnenraums (26, 26') des Festlagers (6) oder/und des Loslagers (7) ein Druck (P4) eines Bremseninnenraums (4d) eines Zuspannabschnitts (4a) des Bremssattels (4) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt Erfassen des Druckes (P6, P7) des Lagerinnenraums (26, 26') des Festlagers (6) oder/und des Loslagers (7) gleichzeitig eine Temperatur (T6, T7, T4) des Bremssattels (4) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt Vergleichen des erfassten Druckes (P6, P7) Temperaturwerte (T6, T7, T4) des Bremssattels (4) mit einbezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt Vergleichen des erfassten Druckes (P6, P7) Temperaturwerte der Innenluft eines Bremseninnenraums (4d) des Bremssattels (4) mit einbezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt Vergleichen des erfassten Druckes (P6, P7) der Druck (P6) des Festlagers (6) und der Druck (P7) des Loslager (7) zum Überwachen und Erkennen von Schrägverschleiß von Bremsbelägen (5, 5') der Scheibenbremse (1) verglichen und ausgewertet werden.