DE3813514A1 - Vorrichtung zur temperaturbestimmung von periodisch bewegten teilen von kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Temperaturbestimmung von thermisch hoch belasteten Kraftfahrzeug-Teilen ist notwendig, aber auch schwierig. Diese Belastung kann zu Verringerung der Standzeit des Teiles sowie zu einem vorübergehenden oder vollständi­ gen Ausfall der Betriebsfunktion führen, die von diesem Teil abhängig ist. Im Falle von Bremsscheiben beispiels­ weise kann dies der Ausfall der Bremse selbst sein mit der Folge einer unübersehbaren Gefährdung für die Verkehrsteilnehmer. Die Schwierigkeit der Temperatur­ bestimmung resultiert aus dem häufig nur kurzzeitigen Auftreten kritisch hoher Temperaturen, der Unzugäng­ lichkeit des Teiles sowie zusätzlichen Belastungen aus der Umwelt bzw. dem Kraftfahrzeug selbst in Form bei­ spielsweise von extrem hohen Beschleunigungen des Teiles oder in dessen Umgebung.

Die Verwendung eines Pyrometers zur Temperaturbestimmung mit Hilfe der von dem Teil ausgesandten Strahlung ihrerseits führt zu physikalischen Problemen, die ihre Ursache in der unterschiedlichen Strahlenemission von Teilen unterschiedlichen Materials bei derselben Tem­ peratur haben. Es wurde daher bereits versucht, Vor­ richtungen der eingangs genannten Art mit Hilfe eines Zusatzteils in einen schwarzen Strahler zu verwandeln, aus dessen Strahlenemission unmittelbar auf die Tem­ peratur geschlossen werden kann (US-PS 45 76 486 und 36 26 758). Derartige Vorrichtungen sind konstruktiv aufwendig und im Falle von nur kurzzeitig auftretenden hohen Temperaturen praktisch wirkungslos, da sie als Vorraussetzung für ihre Wirkung ein Temperaturgleich­ gewicht zwischen dem untersuchten Teil und dem als schwarzen Strahler dienenden Zusatzkörper erfordern. Dieses Gleichgewicht stellt sich jedoch erst nach einer gewissen Zeit ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kon­ struktiv einfach ist und eine zuverlässige Bestimmung auch nur kurzzeitig auftretender Temperaturänderungen bzw. extremer Temperaturen eines untersuchten bewegten Teiles von Kraftfahrzeugen ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung basiert somit auf einer Differenzmessung der Strahlung des untersuchten Teiles und der Referenzstelle. Sofern die Emissionskoeffizien­ ten des Teiles sowie die Temperatur der Referenzstelle bekannt sind, läßt sich daraus unmittelbar die Tempera­ tur des Teiles bestimmen. Da die emittierte Strahlung unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung eines nach Art eines schwarzen Körpers strahlenden Zusatzkörpers aufgenommen wird, kann aus der emittierten Strahlung jede Temperaturänderung unmittelbar erkannt werden.

Konstruktive Verbesserungen der Erfindung können darin bestehen, das Teil mit mindestens einer Öffnung zu versehen, durch die hindurch bei einer definierten Lage des Teiles der Geber die von der Referenzstelle emit­ tierte Strahlung aufnimmt. Sofern das Teil mehrere derartige Öffnungen besitzt bzw. die Bewegungsgeschwin­ digkeit des Teiles hoch ist, kann aufgrund der mit hoher Frequenz eingehenden Meßwerte die interessierende Temperatur mit geringstmöglichem Meßfehler bestimmt werden.

Eine meßtechnische Verbesserung der Erfindung kann darin bestehen, das Ausgangssignal des Gebers hinsichtlich seiner Frequenz zu analysieren und als Drehzahl des Teiles an weitere Einrichtungen des Kraftfahrzeugs, wie einem Antiblockiersystem, einer Anti-Schlupf-Regelung oder einem Drehzahl-Anzeigegerät weiterzugeben. Damit erfüllt die Vorrichtung neben dem Zweck der Temperatur­ bestimmung auch die Aufgabe einer Drehzahlmessung des Teiles ohne zusätzlichen Geber.

Eine weitere meßtechnische Verbesserung, die sich auf die Qualität der Vorrichtung selbst auswirkt, kann darin bestehen, die Temperatur der Referenzstelle mit Hilfe eines gesonderten Absolutgebers zu bestimmen. Ein derartiger Geber kann in der Regel relativ träge arbei­ ten, da die Referenzstelle nur geringen Temperatur­ schwankungen unterliegt. Alternativ dazu kann anstelle der Referenzstelle auch die Temperatur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs oder eines anderen, temperaturmäßig nicht belasteten Teiles des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, sofern annähernd dieselbe Temperatur wie an der Referenzstelle besteht.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung liegt im Falle einer Bremsscheibe als rotierendes, d. h. periodisch bewegtes Teil, vor. Die Referenzstelle kann ein Teil der Kraftfahrzeugkarosserie bzw. des Fahrwerks sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den konstruktiven Aufbau für die Anwendung der Erfindung zur Temperaturbestimmung einer Bremsscheibe eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 die Anordnung von Fig. 1 von der Seite,

Fig. 3 eine Schaltung für die Vorrichtung von Fig. 1 und

Fig. 4 den Temperaturverlauf der Vorrichtung von Fig. 1.

In Fig. 1 ist als Ausschnitt eine Bremsscheibe 1 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Diese besitzt in ihrer Reib­ fläche, die mit nicht dargestellten Bremsbelägen Löcher 2, die in regelmäßigen Abständen auf einem Umfangskreis 3 angeordnet sind.

Ein als Pyrometer ausgebildeter Temperatur-Geber 4 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, in Höhe des Umfangskreises 3 angeordnet. Er empfängt die von der Bremsscheibe 1 sowie die von einer Referenzstelle 5 einfallende Strahlung. Letzteres geschieht dann, wenn eines der Löcher den "Blick" des Gebers 4 auf der Referenzstelle 5 freigibt. Bei der Rotation der Bremsscheibe 1 geschieht dies unter der Voraussetzung konstanter Rotationsgeschwindigkeit in zeitlich gleicher Folge. Diese Folge ist wiederum von der Drehzahl der Bremsscheibe 1 abhängig und diese umgekehrt proportional.

Der Geber 1 empfängt somit abwechselnd die von der Bremsscheibe 1 und von der Referenzstelle 5 ausgehende Strahlung. Beide Strahlungen sind charakteristisch für die Temperatur der Strahlungsquelle und hängen in bekannter Weise vom Emissionskoeffizienten sowie dieser Temperatur ab. Da die beiden Emissionskoeffizienten in der Regel bekannt sind, kann unter der Voraussetzung bekannter Temperatur der Referenzstelle 5 unmittelbar die Temperatur der Bremsscheibe 1 aus deren Strahlungs­ verhalten bestimmt werden.

Die Temperatur der Referenzstelle 5 kann in erster Näherung als konstant angenommen werden. Diese Annahme ist im Hinblick auf die im wesentlichen interessierenden hohen Temperaturen der Bremsscheibe 1 von ca. 900°C in aller Regel ohne wesentlichen Einfluß auf das Ergebnis der Temperaturbestimmung. Als weitere Näherung kann auch die bekannte Temperatur der Anlaßfarben der Bremsscheibe benutzt werden. Bei diesen Temperaturen ändert die Strahlung besonders stark ihre Intensität. Dies kann bei entsprechender Gestaltung der nachgeordneten Auswerte­ schaltung ohne weiteres erkannt werden.

Aus der bekannten Temperatur der Anlaßfarben der Brems­ scheibe und den Emissionskoeffizienten von Bremsscheibe 1 und Referenzstelle 5 kann damit unmittelbar auf die Temperatur der Referenzstelle 5 geschlossen werden und Temperaturen unter und über der Anlaßfarbe im folgenden ohne weiteres detektiert werden. Hierbei wird die zumeist zutreffende Annahme zugrundegelegt, daß die Temperatur der Referenzstelle 5 sich nicht oder nur unwesentlich ändert.

Weiter kann die Temperatur der Referenzstelle 5 unmit­ telbar mit Hilfe eines separaten Gebers 6 am Ort der Referenzstelle 5 bestimmt werden. Dabei kann es sich um einen üblichen Temperaturgeber handeln, der zudem relativ träge und kostengünstig sein kann.

Die in Fig. 3 gezeigte Schaltanordnung zeigt schematisch die wesentlichen Elemente der Vorrichtung von Fig. 1 und 2. Die Ausgangssignale der beiden Geber 4 und 6 für die Temperatur der Referenzstelle 5 und der Bremsscheibe 1 bzw. allein der Referenzstelle 5 sind über eine Signal­ aufbereitungsstufe 7, in der zusätzlich eine Multiplex­ einrichtung sowie ein Analog-/Digital-Wandler vorgesehen ist, über eine Schnittstelle 8 einer Recheneinheit 9 zugeführt. Über diese Schnittstelle 8 sind weitere Systeme, wie z. B. eine elektronische Motorleistungs­ steuerung oder Motor-Zünd/Einspritzleistung, mit der Recheneinheit 9 verbunden.

Ferner ist über eine weitere Schnittstelle 10 eine Verbindung der Recheneinheit 9 mit weiteren Gebern, wie beispielsweise dem Bremsdruck, die Außentemperatur, Beladung sowie weitere, für den Verlauf einer Fahr­ strecke charakteristischer Daten wie Steigungen oder Gefälle oder dgl., mit der Recheneinheit 9 hergestellt. Damit ist es möglich, mit Hilfe der Recheneinheit 9 ein Temperaturprofil der Bremsscheibe zu errechnen. Dieses entspricht dem zu erwartenden Sollverhalten der Brems­ scheibentemperatur. Dieses Sollverhalten kann mit der tatsächlichen Temperatur bzw. dem tatsächlichen Tem­ peraturverhalten der Bremsscheibe 1 verglichen werden und beispielsweise dazu dienen, das Temperaturverhalten der Bremsscheibe 1 vorherzusehen.

Nötigenfalls können dann auch entsprechende Zwangs­ steuerungen für die Brennkraftmaschine vorgesehen werden. Dies kann durch entsprechende Leistungseingriffe in die Brennkraftmaschine erreicht werden, mit denen die Bremsscheiben voraussehbar in ihrer Belastung verringert werden. Damit wird eine Funktionsbeeinträchtigung bzw. ein Funktionsausfall der Bremsscheibe 1 und damit der gesamten Bremsanlage des Kraftfahrzeugs vermieden.

Schließlich zeigt Fig. 4 den Temperaturverlauf der Bremsscheibe 1, wie er sich aus dem Ausgangssignal des Gebers 4 ergibt. Der angenommen ansteigende Verlauf der Temperatur wird im Ausgangssignal des Gebers 4 wieder­ gegeben. Dabei ist der Verlauf durch die Temperatur der Referenzstelle 5 unterbrochen. Die Unterbrechung ergibt sich bei Deckungsgleichheit bei einem der Löcher 2 und der Referenzstelle 5. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß die Temperatur der Referenzstelle 5, wie anzunehmen, während eines Meßzeitintervalls konstant ist und ihr Absolutwert, verglichen mit dem der Bremsscheibe 1 insbesondere bei kritisch hohen Temperaturen der Brems­ scheibe 1 nur von geringem Einfluß ist.

Die Erfindung ermöglicht damit auf einfache Weise eine sichere und schnelle Temperaturbestimmung insbesondere von thermisch hoch belasteten, periodisch bewegten Teilen des Kraftfahrzeugs.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Temperaturbestimmung von periodisch bewegten Teilen von Kraftfahrzeugen mittels eines auf Temperaturänderungen ansprechenden Gebers, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Gebers (4) und die Form des Teiles (1) so aufeinander abge­ stimmt sind, daß das Teil bei seiner Bewegung eine Referenzstelle bekannter Temperatur für den orts­ festen Geber freigibt und wieder verdeckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (1) mindestens eine Öffnung (21) aufweist, durch die hindurch bei definierter Lage des Teiles der Geber auf die Referenzstelle (5) ausgerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Gebers (4) hinsichtlich seiner Frequenz analysiert und einer Drehzahlmeß- und/oder Anzeigeeinrichtung des Teiles zugeführt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Referenzstelle (5) mittels eines gesonderten Absolutgebers (6) bestimmt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Verwendung bei einer Brems­ scheibe (1) als periodisch bewegtes Teil und einer Stelle der Fahrzeugkarosserie als Referenzstelle (5).