DE102018203700A1

DE102018203700A1 - Drehwinkelerfassungseinrichtung für eine Komponente einer Bremse eines Fahrzeugs und Verfahren zum Bestimmen einer Drehwinkelposition der Komponente

Info

Publication number: DE102018203700A1
Application number: DE102018203700.0A
Authority: DE
Inventors: Aladár Ali Mustafa
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-03-13
Also published as: CN111837042A; DE102018203700B4; EP3765859A1; CN111837042B; WO2019174874A1

Abstract

Eine Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) für eine Komponente einer Bremse eines Fahrzeugs wird bereitgestellt. Die Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) weist eine bremsbare Komponente, die mit Rädern des Fahrzeugs verbunden ist, und die um eine Achse (4) drehbar ist, mindestens einen Schaltabschnitt, der sich über einen Umfangswinkelanteil der bremsbaren Komponente erstreckt und in die bremsbare Komponente integriert ist, einen Sensor (6) zum Erfassen der Schaltabschnitte und eine Sensorbefestigungseinrichtung (7), die relativ zu der Achse (4) unverdrehbar ist, auf, wobei der Sensor (6) an der Sensorbefestigungseinrichtung (7) so angeordnet ist, dass der mindestens eine Schaltabschnitt bei einem Drehen der bremsbaren Komponente durch den Sensor (6) erfassbar ist. Die Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) weist ferner eine Auswerteeinheit (8) auf, die ausgebildet ist, ein von dem Sensor (6) bei einer Erfassung des Schaltabschnitts ausgegebenes Signal zu verarbeiten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehwinkelerfassungseinrichtung für eine Komponente einer Bremse eines Fahrzeugs, insbesondere eine Drehwinkelerfassungseinrichtung, die ein Erfassen einer Drehzahl einer drehbaren Komponente einer Bremse eines Schienenfahrzeugs ermöglicht, und Verfahren zum Bestimmen einer Drehwinkelposition und einer Drehzahl der drehbaren Komponente.
Die Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs wird üblicherweise durch eine Drehzahlerfassungseinrichtung am Ende einer Achse erfasst und dann über den Raddurchmesser in eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs umgerechnet. Dazu muss jede Drehzahlerfassungseinrichtung individuell mit einem separaten Impulsrad versehen sein. Ferner besteht die Gefahr, dass die Drehzahlerfassungseinrichtung aufgrund ihrer Position am Ende der Achse leicht beschädigt wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Drehwinkelerfassungseinrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die die obigen Nachteile nicht aufweist, und eine kostengünstige, sichere Erfassung eines Drehwinkels, und somit einer Drehzahl und einer Geschwindigkeit, ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Drehwinkelerfassungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und Verfahren gemäß Anspruch 16 und 17 gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Drehwinkelerfassungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 ermöglicht es, Impulse eines Schaltabschnitts, der in einer vorhandenen drehbaren Komponente einer Bremse integriert ist, für eine Drehwinkelerfassung der drehbaren Komponente, und somit der Räder, zu verwenden. Ein Sensor ist so angeordnet, dass er durch eine bei einem Drehen der drehbaren Komponente zeitweise Anwesenheit des Schaltabschnitts im Bereich eines Schaltabstands des Sensors betätigt wird, und somit die Anwesenheit erfasst. Durch die Wahl von geometrischen Eigenschaften des Schaltabschnitts und der Einbauposition, des Schaltabstands oder, im Falle eines analogen Sensors, durch eine Festlegung eines Schwellwerts, des Sensors ist es möglich, dass der Sensor zwischen der Anwesenheit und einer Abwesenheit des Schaltabschnitts der drehbaren Komponente unterscheidet. Somit ist ein Vorsehen einer zusätzlichen Drehzahlerfassungseinrichtung mit einem separaten Impulsrads nicht erforderlich, was Kosten einspart. Der Drehwinkel und die Drehzahl werden direkt an der Bremsscheibe erfasst, anstatt durch eine zusätzlich angebrachte Drehzahlerfassungseinrichtung erfasst zu werden, was Ungenauigkeiten vermeidet. Durch eine Anordnung des Sensors im Bereich der Bremse ist dieser darüber hinaus, im Vergleich zu einer Anordnung am Ende der Achse, in einem geschützten Bereich vorgesehen.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist die bremsbare Komponente eine Bremsscheibe. Diese Ausführung bringt gegenüber beispielsweise Klotzbremsen von Schienenfahrzeugen Vorteile hinsichtlich eines geringeren Verschleißes von Radlaufflächen, einer besseren Kühlung mit einer damit verbundenen höheren Bremsleistung, und einer geringeren Lärmentwicklung.
Wenn die Bremsscheibe vorteilhafterweise in zumindest einer ihrer Seitenflächen Aussparungen, also beispielsweise Kühlluftbohrungen, aufweist, kann das umlaufend zu den Aussparungen benachbarte Bremsscheibenmaterial als Schaltabschnitt für den Sensor wirken, so dass keine zusätzlichen Schaltelemente erforderlich sind. Der Sensor erkennt bei einer sich drehenden Bremsscheibe einen Zustand, in dem sich aufgrund einer der Aussparungen kein Bremsscheibenmaterial in dem Bereich des Schaltabstands des Sensors befindet, also eine Abwesenheit des Schaltabschnitts, und einen Zustand, in dem sich das umlaufend zu den Aussparungen benachbarte Bremsscheibenmaterial im Erfassungsbereich des Sensors befindet, also die Anwesenheit des Schaltabschnitts.
In einer anderen vorteilhaften Weiterentwicklung, in der die Bremsscheibe alternativ oder zusätzlich in ihrer Umfangsfläche mit Aussparungen, vorzugsweise zur Kühlung der Bremsscheibe, versehen ist, kann das umlaufend zu den Aussparungen benachbarte Bremsscheibenmaterial als der Schaltabschnitt für den Sensor wirken.
Wenn die Bremsscheibe vorteilhafterweise in ihrer Umfangsfläche mit mindestens einer Vertiefung, beispielsweise für eine Gewichtsreduzierung oder für ein Auswuchten, versehen ist, kann das in den Vertiefungen vorgesehene Bremsscheibenmaterial als der Schaltabschnitt für den Sensor wirken.
Wenn die Vertiefung vorteilhafterweise von einer äußeren Umfangsfläche ausgehend vertieft ist, können sowohl das in der Vertiefung vorhandene Bremsscheibenmaterial als auch ein zu den Vertiefungen umlaufend benachbartes Bremsscheibenmaterial als der Schaltabschnitt für den Sensor wirken.
Bei einem vorteilhaften Vorsehen von Vertiefungen, die von einem äußeren Durchmesser der Bremsscheibe aus unterschiedliche Tiefen haben, ist es möglich, dass eine Winkelposition der Bremsscheibe über die unterschiedlichen Tiefen erfasst wird. Wenn beispielsweise eine der Vertiefungen eine von anderen Vertiefungen unterschiedliche Tiefe hat, ermöglicht dies, der Position dieser einen Vertiefung eine Winkelposition der Bremsscheibe zuzuordnen.
Weiter vorzugsweise können mehrere Vertiefungen unterschiedliche Tiefen haben, so dass über eine Zuordnung eines durch den Sensor erkennbaren Musters einer Abfolge der unterschiedlichen Tiefen die Winkelposition bestimmt werden kann.
Vorteilhafterweise wird das Bremsscheibenmaterial zwischen den Vertiefungen oder Aussparungen durch Stege gebildet, die zwischen zwei Scheiben, die jeweils eine der Seitenfläche der Bremsscheibe bilden, integral damit verbunden sind. Die Stege können entweder stiftartig als Dome zwischen den Scheiben angeordnet sein oder rippenförmig sein, so dass das Gewicht der Bremsscheibe, und somit einer bewegten Masse, eingespart werden kann. Die rippenförmigen Stege können radial angeordnet sein können oder so gekrümmt sein, dass dadurch Kühlluft zwischen den Scheiben transportiert wird. Das Bremsscheibenmaterial zwischen den Vertiefungen oder den Aussparungen kann dann ohne ein Vorsehen von zusätzlichen Schaltelementen verwendet werden, um den Sensor zu betätigen, und somit die Drehwinkelerfassung für die Bremsscheibe durchzuführen.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Drehzahlerfassungseinrichtung ist der Sensor ein induktiver Näherungssensor. Da die Bremsscheibe üblicherweise aus ferromagnetischem Metall besteht, können die Schaltabschnitte damit zuverlässig erkannt werden.
Wenn der Sensor vorteilhafterweise ein optischer Sensor ist, sind die ferromagnetischen Eigenschaften des Materials für eine Erfassung der Schaltabschnitte nicht von Bedeutung, so dass die Materialauswahl variabler ist.
Bei einem vorteilhaften Vorsehen des Sensors als ein kapazitiver Sensor besteht einerseits eine variablere Materialauswahl, andererseits ist der Sensor nicht empfindlich für Verschmutzungen bzw. können die Verschmutzungen einfacher kompensiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Sensor ein analoger Sensor. Dieser bringt bei der Erfassung der Schaltabschnitte bei geringer Geschwindigkeit Vorteile und vereinfacht eine Erkennung von unterschiedlichen Tiefen der Vertiefungen.
Ein alternatives vorteilhaftes Vorsehen des Sensors als digitaler Sensor vereinfacht eine Signalverarbeitung und bringt insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten Vorteile bei der Signalverarbeitung.
Vorteilhafterweise ist die Sensorbefestigungseinrichtung ein Bremssattel. Damit kann ein ohnehin vorhandenes zu der Achse unverdrehbares Bauelement der Bremse einfach und kostengünstig als Sensorbefestigungseinrichtung verwendet werden, ohne dass ein zusätzliches Bauteil benötigt wird.
Da in einem Schienenfahrzeug mehrere Drehwinkelerfassungseinrichtungen vorzusehen sind, wird sie vorzugsweise darin eingesetzt, um die zuvor genannten Vorteil zu dabei zu erlangen.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Drehwinkelposition der bremsbaren Komponente einfach ohne zusätzliche Bauteile erfasst werden. Die Signale werden durch die Auswerteeinheit analysiert und aus den beim Drehen der bremsbaren Komponente von dem Sensor erfassten Signalen wird entweder über unterschiedliche Tiefen von Vertiefungen oder unterschiedliche Abstände der Vertiefungen oder Aussparungen in Umfangsrichtung ein zeitabhängiges Muster aus den erfassten Signalen, deren Amplitude oder zeitlicher Abstand jeweils unterschiedlich sein kann, erstellt. Aus den Signalen wird dann ein entsprechendes zyklisches Muster erstellt. Alternativ kann auch nur eine Vertiefung eine von den weiteren Vertiefungen unterschiedliche Tiefe aufweisen um das zyklisches Muster zu erzeugen. Dem zyklischen Muster wird dann die Drehwinkelposition der bremsbaren Komponente zugeordnet.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Drehzahl der bremsbaren Komponente einfach ohne zusätzliche Bauteile erfasst werden. Aus den beim Drehen der bremsbaren Komponente von dem Sensor erfassten Signalen wird entweder über unterschiedliche Tiefen von Vertiefungen oder unterschiedliche Abstände der Vertiefungen oder Aussparungen in Umfangsrichtung ein zeitabhängiges Muster aus den erfassten Signalen, deren Amplitude oder zeitlicher Abstand jeweils unterschiedlich sein kann, erstellt. Dieses Muster wiederholt sich bei jeder vollständigen Umdrehung der drehbaren Komponente und ist somit zyklisch. Diesem zyklischen Muster kann dann eine Drehfrequenz zugeordnet werden woraus die Drehzahl der Bremsscheibe berechnet werden kann.
Die Erfindung wird nun mittels Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Insbesondere zeigen

1a und 1b eine schematische Darstellung einer Drehwinkelerfassungseinrichtung mit einer Bremsscheibe mit Aussparungen in ihren Seitenflächen;
2a und 2b eine schematische Darstellung der Drehwinkelerfassungseinrichtung mit einer Bremsscheibe mit Aussparungen und mit Vertiefungen in ihrer Umfangsfläche;
3a bis 3e jeweils eine Vergrößerung eines Abschnitts des äußeren Umfangs der Bremsscheibe mit den Aussparungen und mit den Vertiefungen in ihrer Umfangsfläche; und
4a und 4b eine schematische Darstellung einer Bremsscheibe, in der das zwischen den Aussparungen und in Vertiefungen vorgesehene Bremsscheibenmaterial durch Gussstege gebildet ist.

1a und 1b zeigen eine schematische Darstellung einer Drehwinkelerfassungseinrichtung 1 mit einer Bremsscheibe 2. 1a zeigt eine Ansicht in Richtung einer Achse 4 und 1 b eine Ansicht senkrecht zur Richtung der Achse 4. Die Bremsscheibe 2 ist eine bremsbare Komponente einer Bremse eines Fahrzeugs. Die Bremsscheibe 2 ist mit Rädern des Fahrzeugs verbunden und um die Achse 4 drehbar. Im Speziellen kann das Fahrzeug ein Schienenfahrzeug sein. Alternativ kann die bremsbare Komponente auch eine Bremstrommel des Fahrzeugs oder ein gebremstes Rad des Schienenfahrzeugs sein.
Die Bremsscheibe 2 ist mit Aussparungen 3 in ihren Seitenflächen versehen. Diese Aussparungen 3 können zusätzlich zur Belüftung, also zur Kühlung, der Bremsscheibe 2 dienen. Die Aussparungen 3 sind radial im selben Abstand zu der Achse 4 angeordnet und die Bremsscheibe 2 weist zwischen den Aussparungen 3 in einem Umfangswinkelanteil der Bremsscheibe 2 jeweils ein zu den Aussparungen 3 radial benachbartes Bremsscheibenmaterial 5 auf. Die Aussparungen 3 gehen vollständig durch die Bremsscheibe 2 hindurch. Alternativ können sie auch nur Aussparungen der Bremsscheibe 2 bilden, die nicht vollständig durch die Bremsscheibe durchgehen.
Die Drehwinkelerfassungseinrichtung 1 weist einen Sensor 6 auf. Der Sensor 6 ist so angeordnet, dass er Schaltabschnitte der Drehwinkelerfassungseinrichtung 1 erfassen kann. Bei einem Erfassen eines der Schaltabschnitte gibt der Sensor 6 ein entsprechendes Signal aus. Die Schaltabschnitte sind in der in 1 gezeigten Bremsscheibe 2 jeweils das Bremsscheibenmaterial 5, das sich radial benachbart zu den Aussparungen 3, also umlaufend dazwischen, befindet, wodurch die Schaltabschnitte in die Bremsscheibe 2 integriert sind. Die Aussparungen 3 werden durch den Sensor 6 nicht als Schaltabschnitte erfasst. Bremsscheibenmaterial, das sich gegebenenfalls in axialer Verlängerung einer der Aussparungen 3 in einem weiteren Abschnitt der Bremsscheibe 2 befindet, wird ebenfalls nicht von dem Sensor 6 erfasst. Alternativ kann auch eine Aussparung 3 als der Schaltabschnitt definiert werden.
Die Drehwinkelerfassungseinrichtung 1 ist mit einer Sensorbefestigungseinrichtung 7 versehen, mit deren Hilfe der Sensor 6 so befestigt ist, dass er relativ zu der Achse 4 unverdrehbar ist.
Die Drehwinkelerfassungseinrichtung 1 weist ferner eine Auswerteeinheit 8 auf, die das von dem Sensor 6 ausgegebene Signal verarbeitet und auswertet.
2a und 2b zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Drehwinkelerfassungseinrichtung 1 einer alternativen Ausführungsform mit einer anderen Bremsscheibe 2. 2a zeigt eine Ansicht in Richtung der Achse 4 und 2b eine Ansicht senkrecht zur Richtung der Achse 4.
Die Bremsscheibe 2 ist auch hier die bremsbare Komponente der Bremse des Fahrzeugs. Die Bremsscheibe 2 ist mit Rädern des Fahrzeugs verbunden und um die Achse 4 drehbar.
Im Unterschied zu der Bremsscheibe 2 in 1 a und 1 b weist die Bremsscheibe 2 hier die Aussparungen 3 und zusätzliche Vertiefungen 9 in ihrer Umfangsfläche auf. Alternativ kann die Bremsscheibe 2 auch Aussparungen 3 und Vertiefungen 9 sowohl in den Seitenflächen als auch in der Umfangsfläche aufweisen.
Die Aussparungen 3 sind so definiert, dass sie Ausnehmungen in Bremsscheibenmaterial, also Bereiche sind, in denen kein Bremsscheibenmaterial, das von dem Sensor 6 erfassbar ist, vorhanden ist. Die Aussparungen 3 sind entweder durch die Bremsscheibe 2 durchgehend oder weisen von der Bremsscheibenoberfläche aus eine Tiefe auf, so dass Bremsscheibenmaterial im Grund der Ausnehmung nicht durch den Sensor 6 erfassbar ist.
Die Vertiefungen 9 sind so definiert, dass das Bremsscheibenmaterial im Grund der Ausnehmung von dem Sensor 6 erfassbar ist, und das Bremsscheibenmaterial im Grund der Vertiefungen 9 somit auch die Schaltabschnitte bilden. Die Vertiefungen 9 sind gegenüber dem äußeren Durchmesser der Bremsscheibe 2 mit unterschiedlichen vorbestimmten Tiefen vertieft. Damit unterscheiden sich die Vertiefungen 9 von den Aussparungen 3, bei denen kein Bremsscheibenmaterial in den Aussparungen 3 von dem Sensor 6 erfassbar ist.
Der Sensor 6 und die Auswerteeinheit 8 sind so ausgebildet, dass unterschiedliche vorbestimmte Tiefen der Vertiefungen 9 erfasst bzw. verarbeitet werden. Der Sensor 6 ist als induktiver Sensor ausgebildet und arbeitet auf einem analogen Prinzip. Alternativ können auch optische oder kapazitive Sensoren eingesetzt werden, die ebenfalls nach einem analogen Prinzip arbeiten. Als eine weitere Alternative können auch digitale Sensoren eingesetzt werden.
Die Drehwinkelerfassungseinrichtung 1 ist in 2a und 2b mit einer Sensorbefestigungseinrichtung 7 versehen, die als Bremssattel mit Bremsbelägen 11 ausgebildet ist, und mit deren Hilfe der Sensor 6 auch hier so befestigt ist, dass er relativ zu der Achse 4 unverdrehbar ist.
Die Drehwinkelerfassungseinrichtung 1 weist ferner auch hier eine Auswerteeinheit 8 auf, die das von dem Sensor 6 ausgegebene Signal verarbeitet und auswertet.
In 3a bis 3e sind unterschiedliche Anordnungen der in der Umfangsfläche der Bremsscheibe 2 angeordneten Aussparungen 3 und unterschiedliche Anordnungen und Eigenschaften der in der Umfangsfläche der Bremsscheibe 2 angeordneten Vertiefungen 9 gezeigt und werden nachstehend erläutert.
Die Bremsscheibe 2 in 3a weist lediglich eine Aussparung 3 auf, die sich von der Umfangsfläche am äußeren Durchmesser der Bremsscheibe 2 aus nach innen erstreckt, wobei das zu der Aussparung 3 benachbarte Bremsscheibenmaterial 5 als der Schaltabschnitt dient.
In 3b sind zwei Aussparungen 3 in der Bremsscheibe 2 vorgesehen, wobei das zu den Aussparungen 3 benachbarte Bremsscheibenmaterial 5, also auch das Bremsscheibenmaterial 5 zwischen den Aussparungen 3, als der Schaltabschnitt dient.
Die Anordnung in 3c ist mit einer Vertiefung 9 in der Bremsscheibe 2 versehen. Hierbei dient sowohl das jeweils an die Vertiefung 9 angrenzende Bremsscheibenmaterial 5 als auch das Bremsscheibenmaterial 10 in der Vertiefung 9 als einer der Schaltabschnitte. Bei der Verwendung eines Typs des Sensors 6, der unterschiedliche Abstände von Schaltabschnitten erkennt, können die unterschiedlichen Abstände von dem Bremsscheibenmaterial 5 zwischen den Aussparungen 3 und von dem Bremsscheibenmaterial 10 in der Vertiefung 9 erkannt werden, wodurch unterschiedliche Signale ausgegeben werden, die dann für die Drehwinkelerfassung verwendet werden können.
Die Anordnung in 3d weist zwei Vertiefungen 9 in der Bremsscheibe 2 auf. Die Vertiefungen 9 haben von dem äußeren Bremsscheibendurchmesser aus unterschiedliche Tiefen. Die Schaltabschnitte sind auch hier sowohl das an die Vertiefungen 9 angrenzende Bremsscheibenmaterial 5 als auch das Bremsscheibenmaterial 10 in der Vertiefung 9.
In 3e ist die Anordnung mit aneinander angrenzenden Vertiefungen 9, die von dem äußeren Bremsscheibendurchmesser aus unterschiedliche Tiefen haben, und mit einer der Aussparungen 3 dargestellt. Somit bildet sowohl das an die Vertiefungen 9 und an die Aussparung 3 angrenzende Bremsscheibenmaterial 5 als auch das Bremsscheibenmaterial 10 in den Vertiefungen 9 jeweils einer der Schaltabschnitte.
4a und 4b zeigen in einem Halbschnitt eine schematische Darstellung einer anderen Bremsscheibe 2, in der das zwischen den Aussparungen 3 und in den Vertiefungen 9 vorgesehene Bremsscheibenmaterial 5, 10 durch Stege gebildet ist. 4a zeigt eine Ansicht in Richtung der Achse 4 und 4b eine Ansicht senkrecht zur Richtung der Achse 4. Die Stege, die das Bremsscheibenmaterial 5 zwischen den Aussparungen 3 und das Bremsscheibenmaterial 10 in den Vertiefungen 9 bilden, werden gemeinsam mit daran angrenzenden Scheiben, die jeweils eine der Bremsflächen der Bremsscheibe 2 bilden, in einem Gießvorgang integral hergestellt. Die Stege sind entweder als Rippen 12 oder als Dome 13 ausgebildet. Alternativ sind auch andere Herstellverfahren möglich.
Im Betrieb wird bei einem Fahren des Fahrzeugs, also bei einem Drehen der Bremsscheibe 2, das zu der Aussparung 3 oder der Vertiefung 9 benachbarte Bremsscheibenmaterial 5, 10 durch den Sensor 6 jeweils als der Schaltabschnitt erfasst. Zusätzlich werden auch unterschiedliche Tiefen der Vertiefungen 9 erfasst. Der Sensor 6 gibt dann ein Signal, das einer Anwesenheits- und ggf. einer Tiefeninformation des Schaltabschnitts entspricht, aus. Alternativ werden nur die Aussparungen 3 erfasst.
Die Auswerteeinheit 8 analysiert die Signale und bestimmt ein zyklisches Muster aus den Signalen, während die Bremsscheibe 2 gedreht wird. Für die Erfassung des zyklischen Musters sind mehrere Schaltabschnitte vorgesehen. Alternativ kann auch entweder nur ein Schaltabschnitt vorgesehen sein, oder die Schaltabschnitte müssen so ausgebildet sein, dass sich zumindest ein Schaltabschnitt bezüglich seiner Tiefe oder dem Abstand von anderen Schaltabschnitten unterscheidet.
Das zyklische Muster, also beispielsweise das einzelne Signal beim Vorliegen von nur einem Schaltabschnitt, oder das Muster, bei dem sich zumindest eines der Signale aufgrund des zumindest einen unterschiedlichen Schaltabschnitts von den verbleibenden Signalen unterscheidet, wird dann einer vollständigen Umdrehung zugeordnet.
Aus einer Wiederholfrequenz des einzelnen Signals oder des Musters der Signale, also einer Drehfrequenz von vollständigen Umdrehungen der Bremsscheibe, wird dann die Drehzahl der Bremsscheibe 2 ermittelt. Aus der Drehzahl der Bremsscheibe 2 kann dann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden.
Zusätzlich oder alternativ zu der Bestimmung der Drehzahl der Bremsscheibe 2, kann auch eine Drehwinkelposition der Bremsscheibe bestimmt werden. Auch hierbei analysiert die Auswerteeinheit 8 die Signale und bestimmt ein zyklisches Muster aus den Signalen, während die Bremsscheibe 2 gedreht wird. Für die Erfassung des zyklischen Musters darf auch hier entweder nur ein Schaltabschnitt vorgesehen sein, oder die Schaltabschnitte müssen so ausgebildet sein, dass sich zumindest ein Schaltabschnitt von anderen Schaltabschnitten unterscheidet. Das zyklische Muster, also beispielsweise das einzelne Signal beim Vorliegen von nur einem Schaltabschnitt, oder das Muster, bei dem sich zumindest eines der Signale aufgrund des zumindest einen unterschiedlichen Schaltabschnitts von den verbleibenden Signalen unterscheidet, wird dann einer vollständigen Umdrehung zugeordnet.
Das zyklische Muster wird einer Drehwinkelposition der Bremsscheibe 2 zugeordnet, so dass vorbestimmte Merkmale des zyklischen Musters vorbestimmten Stellen, also vorbestimmten Winkelangaben, entsprechen. Entsprechend einer gewünschten Genauigkeit der Drehwinkelposition werden nur die Signale der Sensoren durch die Schaltabschnitte ausgewertet oder, bei einem Wunsch einer größeren Genauigkeit, diese Signale interpoliert.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Drehwinkelerfassungseinrichtung
2: Bremsscheibe
3: Aussparung
4: Achse
5: benachbartes Bremsscheibenmaterial
6: Sensor
7: Sensorbefestigungseinrichtung
8: Auswerteeinheit
9: Vertiefung
10: Bremsscheibenmaterial in Vertiefung
11: Bremsbelag
12: Rippe
13: Dom

Claims

Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) für eine Komponente einer Bremse eines Fahrzeugs, aufweisend eine bremsbare Komponente, die mit Rädern des Fahrzeugs verbunden ist, und die um eine Achse (4) drehbar ist, mindestens ein Schaltabschnitt, der sich über einen Umfangswinkelanteil der bremsbaren Komponente erstreckt und in die bremsbare Komponente integriert ist, einen Sensor (6) zum Erfassen des mindestens einen Schaltabschnitts, eine Sensorbefestigungseinrichtung (7), die relativ zu der Achse (4) unverdrehbar ist, wobei der Sensor (6) an der Sensorbefestigungseinrichtung (7) so angeordnet ist, dass der mindestens eine Schaltabschnitt bei einem Drehen der bremsbaren Komponente durch den Sensor (6) erfassbar ist, und eine Auswerteeinheit (8), die ausgebildet ist, ein von dem Sensor (6) bei einer Erfassung des Schaltabschnitts ausgegebenes Signal zu verarbeiten.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die bremsbare Komponente eine Bremsscheibe (2) ist.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Bremsscheibe (2) in zumindest einer ihrer Seitenflächen mindestens eine Aussparung (3) aufweist, und ein zu der mindestens einen Aussparung (3) radial benachbartes Bremsscheibenmaterial (5), das von dem Sensor (6) erfassbar ist, den Schaltabschnitt bildet.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Bremsscheibe (2) in ihrer Umfangsfläche mindestens eine Aussparung (3) aufweist, und ein zu der mindestens einen Aussparung (3) benachbartes Bremsscheibenmaterial (5), das von dem Sensor (6) erfassbar ist, den Schaltabschnitt bildet.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Bremsscheibe (2) in ihrer Umfangsfläche mindestens eine Vertiefung (9), deren Tiefe mit dem Sensor (6) erfassbar ist, aufweist, und ein in der mindestens einen Vertiefung (9) vorhandenes Bremsscheibenmaterial (10), das von dem Sensor (6) erfassbar ist, den Schaltabschnitt bildet.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß Anspruch 5, wobei ein zu der mindestens einen Vertiefung (9) benachbartes Bremsscheibenmaterial (5) und das in der mindestens einen Vertiefung (9) vorhandene Bremsscheibenmaterial (10), die von dem Sensor erfassbar sind, jeweils einen der Schaltabschnitte bilden.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei mehrere Vertiefungen (9) vorgesehen sind, und die Vertiefungen (9), von einem äußeren Durchmesser der Bremsscheibe (2) aus, unterschiedliche Tiefen haben.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das zu der mindestens einen Vertiefung (9) oder Aussparung (3), den mehreren Vertiefungen (9) oder Aussparungen (3) benachbarte Bremsscheibenmaterial (5) und/oder das Bremsscheibenmaterial (10) in der mindestens einen Vertiefung (9) oder den mehreren Vertiefungen (9) durch Stege zwischen zwei Scheiben, die jeweils eine der Seitenflächen der Bremsscheibe (2) bilden, gebildet werden.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sensor (6) ein induktiver Näherungsschalter ist.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sensor (6) ein optischer Sensor ist.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sensor (6) ein kapazitiver Sensor ist.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Sensor (6) ein analoger Sensor ist.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Sensor (6) ein digitaler Sensor ist.
Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensorbefestigungseinrichtung (7) ein Bremssattel ist.
Schienenfahrzeug mit einer Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zum Bestimmen einer Drehwinkelposition einer bremsbaren Komponente mit einer Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit den Schritten: Erfassen von den Signalen mittels des Sensors (6); Analysieren der Signale mittels der Auswerteeinheit (8); Bestimmen eines zyklischen Musters aus den Signalen beim Drehen der bremsbaren Komponente; und Zuordnen des zyklischen Musters zu der Drehwinkelposition der bremsbaren Komponente.
Verfahren zum Bestimmen einer Drehzahl einer bremsbaren Komponente mit einer Drehwinkelerfassungseinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 mit den Schritten: Erfassen von den Signalen mittels des Sensors (6); Analysieren der Signale mittels der Auswerteeinheit (8); Bestimmen eines zyklischen Musters aus den Signalen beim Drehen der bremsbaren Komponente; Zuordnen des zyklischen Musters zu einer vollständigen Umdrehung der bremsbaren Komponente; Ermitteln einer Drehfrequenz aus einer Umlaufzeit der vollständigen Umdrehung; und Ermitteln der Drehzahl aus der Drehfrequenz von vollständigen Umdrehungen.