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Diese
Erfindung betrifft ein Bremssystem, insbesondere ein Bremssystem
zur Verwendung zum Bremsen von Fahrzeugen.
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Herkömmliche
Bremssysteme für
Fahrzeuge umfassen ein Bremselement, das angebracht ist, um mit
einem gebremsten Element mit einer Eingriffsfläche davon in Eingriff zu stehen,
um dadurch eine Bremskraft darauf aufzubringen, und ein Betriebsmittel,
das betreibbar ist, eine relative Annäherungsbewegung von dem Bremselement
und dem gebremsten Element zu verursachen. Insofern das Bremssystem
vom Scheibenbremsentyp ist, ist das gebremste Element eine Scheibe,
das zur Rotation mit einem Rad des Fahrzeugs angebracht ist, und
ist das Bremselement ein Belag, der Reibmaterial umfasst, der angebracht
ist, mit einer Seitenfläche
der Scheibe in Eingriff zu stehen, um eine Bremskraft darauf and
somit auf das Rad aufzubringen. Insofern das Bremssystem vom Trommelbremsentyp
ist, ist das gebremste Element in der Form einer Trommel, die zur Rotation
mit einem Rad des Fahrzeugs angebracht ist, und ist das Bremselement
ist ein Schuh, der einen Belag an Reibmaterial umfasst, der angebracht
ist, mit einer inneren Oberfläche
der Trommel in Eingriff zu stehen, um Bremskraft darauf aufzubringen.
Es ist für
das gebremste Element ebenso möglich,
das Rad selbst zu sein, und für
das Bremselement, unmittelbar mit einem Randbereich des Rads in
Eingriff zustehen, wobei dieser Bremsentyp häufig in Schienenfahrzeugen
verwendet wird.
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Insofern
ein Bremssystem Reibmaterial umfasst, wird das Reibmaterial im Betrieb
abgenutzt und benötig
eventuell Austausch. Es ist daher wünschenswert, die Abnutzung
zu erfassen, damit Ersatz erfolgen kann, bevor die Bremse unbrauchbar
oder ineffizient wird. Zu diesem Zweck umfassen einige Bremssysteme
ebenfalls einen Abnutzungssensor, der betreibbar ist, um Abnutzung
des Bremselements im Betrieb zu erfassen. Viele Typen von Abnutzungssensoren
sind vorgeschlagen worden. Zum Beispiel sind elektrische Kontakte
in dem Reibmaterial eingebettet worden, um Stromkreise zu schließen, wenn Abnutzung
des Reibmaterials den Kontakt freilegt. In einem anderen Beispiel,
siehe DE 42 31 107 A, ist eine mit einem weiteren Widerstand gekoppelte
metallische Folie in dem Reibmaterial eingebettet, damit die Folie
allmählich
mit dem Reibmaterial abgeschliffen wird, und wird die Änderung
in dem elektrischen Widerstand der Folie gemessen. Jedoch verkompliziert
das Einbetten von Objekten in dem Reibmaterial die Herstellung des
Materials und kann einen abträglichen
Effekt auf seine Funktion haben. Ein anderer Ansatz ist, den Abstand
zwischen der Träger
für das Reibmaterial
und dem gebremsten Element zu messen, da sich dieser Abstand reduziert,
wenn sich das Reibmaterial abnutzt, wobei jedoch dies hoch entwickelte
Elektronik benötigt,
die in einer rauen Umgebung arbeiten muss.
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Beispiele
von Abnutzungssensoren, in denen sich ein Element mit dem Reibmaterial
abnutzt können
in
US 6250429 ,
US 5559286 , FR 2319880, EP
1052423a und GB 2270383 gefunden werden. In GB 2270383 und FR 2319880
umfasst der Sensor ein Netzwerk an Widerständen, die nacheinander abgeschliffen
werden. In den anderen drei Fällen,
wird ein einzelner Widerstand stetig abgeschliffen. Da der Widerstand
eine relativ kleine Fläche
der Scheibe zeigt, verursacht dies lediglich eine kleine Verringerung
im Widerstand für
einen gegebenen Abnutzungsbetrag.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bremssystem bereitzustellen,
das ermöglicht,
einen einfachen und genauen Abnutzungssensor ohne Einbetten elektrischer
Komponenten in das Reibmaterial zu verwenden.
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Die
Erfindung stellt ein Bremssystem mit einem Bremsbelag-Abnutzungssystem
gemäß Anspruch
1 bereit, wobei Folie abgeschliffen wird, wenn sich das Bremselement
abnutzt, wobei das Erfassungsmittel betreibbar ist, den elektrischen
Widerstand des Blatts aus Folie zu erfassen.
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In
einem erfindungsgemäßen Bremssystem ist
der Abnutzungssensor von dem Bremselement separiert, so dass das
Reibmaterial nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.
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In
einem erfindungsgemäßen Bremssystem wird
das Blatt aus Folie fortschreitend zerstört, wenn sich die Abnutzungsoberfläche abnutzt.
Dies ermöglicht,
die Abnutzung kontinuierlich zu erfassen, da der elektrische Widerstand
des Blatts aus Folie mit seinem Volumen variiert. Der Widerstand
wird in einer Richtung transversal zu der Abnutzungsrichtung gemessen.
Die Folie kann derart angebracht sein, dass sie sich im wesentlichen
normal zu der Abnutzungsoberfläche
des Sensorkopfs erstreckt oder so dass sie sich unter einem Winkel
zu der Abnutzungsfläche erstreckt.
Die Folie kann sich über
die gesamte Länge
des Sensorkopfs oder nur einem Teil der Länge davon erstrecken, wobei
dies angebracht ist, wenn eine anfängliche Abnutzung nicht gemessen
werden soll und/oder wenn der Sensorkopf länger ist als die Tiefe des
Reibmaterials.
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Vorzugsweise
ist die Folie gefaltet und/oder aufgewickelt, so dass die Fläche der
Folie, die der Abnutzung ausgesetzt ist, vergrößert ist und daher die Genauigkeit
der Änderung
der elektrischen Widerstandsmessung ebenso erhöht ist. Somit folgt die Folie
einem verschlungenen Pfad durch den Block (in einer transversalen
Richtung, d. h. parallel zu den Abnutzungsoberfläche), so dass die Länge der
Kante der Folie, die der Abnutzung ausgesetzt ist, vergrößert ist.
Eine besonders vorteilhafte Form des verschlungenen Pfads wird erreicht,
wenn die Folie in eine Spirale geformt ist. Die Folie kann Öffnungen definieren,
durch die das elektrisch isolierende Material des Blocks läuft, so
dass die Intaktheit verbessert ist.
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Der
Sensorkopf umfasst einen Block an elektrisch isolierendem Material,
das nicht mehr abnutzungsbeständig
als das Bremselement ist, und die elektrische Komponente kann in
dem Block eingebettet sein, wobei jedoch das elektrisch isolierende
Material dem Zweck dient, die elektrische Komponente in Position
zu halten und ebenso Kurzschlüsse
zu verhindern. Der Block kann ein elektrisch isolierendes Material
umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gläser, Keramiken
und warm-aushärtende
Harze umfasst.
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In
einem erfindungsgemäßen Bremssystem kann
das gebremste Element eine Scheibe sein und das Bremseelement kann
ein Belag an Reibmaterial sein, der angebracht ist, um mit der Seitenfläche der Scheibe
in Eingriff zu stehen. In diesem Fall ist die Abnutzungsoberfläche des
Sensorkopfs im wesentlichen planar. Das gebremste Element kann alternativ eine
Trommel sein und das Bremselement kann ein Belag an Reibmaterial
sein, der angebracht ist, mit der inneren Oberfläche der Trommel in Eingriff
zu stehen. In diesem Fall ist die Abnutzungsoberfläche des
Sensorkopfs gekrümmt,
um an die Krümmung der
Trommel angepasst zu sein.
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Der
Block kann in einer Ausnehmung angebracht sein, die durch das Reibmaterial
des Bremselements definiert ist. Die Ausnehmung kann von dem Reibmaterial
vollständig
umgeben sein, d. h. der Block ist in ein Loch in dem Reibmaterial
eingefügt, das
entweder gebildet werden kann, wenn das Reibmaterial geformt wird,
oder maschinell hergestellt werden kann. Alternativ kann die Ausnehmung
in eine Kante des Reibmaterials geformt oder maschinell hergestellt
werden, so dass der Block nur teilweise durch das Reibmaterial umgeben
ist. Der Block kann von dem Reibmaterial getragen werden oder der
Block kann auf einem Träger
für das
Reibmaterial des Bremselements, zum Beispiel eine Stahl- oder Gusseisen-Rückplatte
für das
Reibmaterial, angebracht sein. Vorteilhafterweise ist der Block
zur einfachen Entfernung und Austausch zum Beispiel durch eine Klippanordnung
oder durch Schrauben angebracht.
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Nun
folgt eine detaillierte unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
zu lesende Beschreibung von Bremssystemen, die beispielhaft für die Erfindung
sind.
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In
den Zeichnungen:
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1 ist eine schematische
Endansicht eines Abnutzungssensors eines ersten beispielhaften Bremssystems;
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2 ist eine perspektivische
Ansicht des in 1 gezeigten
Abnutzungssensors;
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3 ist eine perspektivische
Ansicht einer Modifikation des in 1 und 2 gezeigten Abnutzungssensors;
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4 ist eine seitliche Aufrissansicht
des in 3 gezeigten Abnutzungssensors;
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5 ist eine diagrammatische
Querschnittsansicht eines Teils eines ersten beispielhaften Bremssystems,
das den in 1 und 2 gezeigten Abnutzungssensor
umfasst;
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6 ist eine Ansicht, die ähnlich zu 5 ist, die jedoch eine Modifikation
an dem Bremssystem zeigt;
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7 ist eine Planansicht eines
Bremselements des in 5 gezeigten
Bremssystems, jedoch in einem verringerten Maßstab;
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8 ist eine Ansicht, die ähnlich zu 7 ist, die jedoch eine weitere
Modifikation an dem in 5 gezeigten
Bremssystem illustriert;
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9 ist eine diagrammatische
Ansicht, die eine Schaltung des in 5 gezeigten
Bremssystems zeigt;
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10 bzw. 11 sind graphische Darstellungen der
Eingabe- und Ausgabesignale der in 9 gezeigten
Schaltung; und
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12 ist eine schematische
perspektivische Ansicht eines zweiten beispielhaften Bremssystems.
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Das
erste beispielhafte Bremssystem 10 ist vom Scheibenbremsentyp
und umfasst zwei Bremselemente 12 (von denen lediglich
eines in den Zeichnungen gezeigt ist), die auf gegenüberliegenden
Seiten eines gebremsten Elements in der Form einer Scheibe 14 angeordnet
sind. Jedes Bremselement 12 umfasst einen Block an Reibmaterial 12a,
der auf einer tragenden Rückplatte 12b angebracht
ist. Die Scheibe 14 ist in herkömmlicher Weise an einer Nabe (nicht
gezeigt) angebracht, die zur Rotation an einem Fahrzeug angebracht
ist und angeordnet ist, ein Rad des Fahrzeugs zu tragen. Das Bremssystem 10 umfasst
ebenso ein Betriebsmittel (nicht gezeigt) in der Form einer hydraulischen
Kolben- und Zylinder-Anordnung, das betreibbar ist, die Bremselemente 12 zu
veranlassen, sich in Richtung auf gegenüberliegende Seiten der Scheibe 14 zu
bewegen. Jedes Bremselement 12 ist derart angebracht, dass
eine im wesentlichen planare Eingriffsoberfläche 12c davon mit
der Scheibe 14 im Eingriff stehen kann, um eine Bremskraft
darauf aufzubringen.
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Das
Bremssystem 10 umfasst ebenso zwei Abnutzungssensoren 20,
von denen jeder betreibbar ist, die Abnutzung des Blocks an Reibmaterial 12a von
einem der beiden Bremselemente 12 zu erfassen. Jeder Sensor 20 ist
betreibbar, um die Abnutzung zu erfassen, während das Bremssystem 10 in Betrieb
ist.
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Jeder
Abnutzungssensor 20 umfasst einen Sensorkopf 22 (siehe 1 und 2), der angrenzend an die Bremselemente 12 angebracht
ist, dem er zugeordnet ist. Insbesondere ist der Sensorkopf 22 in einer
zylindrischen Ausnehmung 24 angebracht, die in dem Reibmaterial 12a des
Elements 12 wie in 5 und 7 gezeigt gebildet ist. Die
Ausnehmung 24 wird, nachdem das Reibmaterial gebildet worden
ist, in dem Reibmaterial 12a durch Bohren in die Oberfläche 12c gebildet,
so dass die Ausnehmung 24 eine Öffnung in der Oberfläche 12c aufweist.
Der Boden der Ausnehmung 24 wird durch die Rückplatte 12b gebildet.
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Der
Sensorkopf 22 umfasst einen Block an elektrisch isolierendem
Material 22a und eine elektrische Komponente 22b,
die in das Material 22a eingebettet ist. Der Block an Material 22a ist
in Form eines Zylinders, der einen Durchmesser ausweist, der ein wenig
geringer ist als der Durchmesser der Ausnehmung 24, so
dass der Block genau in die Ausnehmung passen kann. Die Länge des
Blocks ist im wesentlichen gleich der Tiefe des Reibmaterials 12a des Bremselements 12,
so dass, wenn der Abnutzungssensor 22 in die Ausnehmung 24 eingefügt ist,
ein Endoberfläche 22d des
Blocks mit der Rückplatte 12b in
Eingriff steht und das andere Ende eine Oberfläche 22c aufweist,
die im wesentlichen bündig
mit der Eingriffsoberfläche 12c (siehe 5) ist. Auf die Oberfläche 22c wird
hier nachfolgend als die Abnutzungsoberfläche des Sensorkopfs 22 Bezug
genommen.
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Das
elektrisch isolierende Material 22a, das in diesem Fall
ein phenolisches Harz ist, ist ausgewählt, nicht mehr abnutzungsbeständig als
das Reibmaterial 12a des Bremselements 12 zu sein.
In diesem Fall ist das Reibmaterial vom herkömmlichen Typ, bei dem partikelförmige Materialien
durch ein phenolisches Harz gebunden sind. Die elektrische Komponente 22b ist
in das Material 22a eingebettet, indem die Komponente in
einem Hohlraum einer Gussform (nicht gezeigt) angeordnet wird, der
Hohlraum mit dem phenolischen Harz in einem nichtausgehärteten Zustand
befüllt
wird, und das Harz unter Wärme
und Druck ausgehärtet
wird. Die Komponente 22b ist in der Form einer Metallfolie,
die rechteckig ist und eine Dicke von 0,05 mm aufweist. Die Folie
ist in eine Spiralgestalt mit der Achse der Spirale, die mit der
Achse des zylindrischen Blocks des Materials 22a zusammenfällt, geformt.
Die Länge
der Spirale ist gleich der Länge
des Blocks an Material 22a, so dass die Enden der Spirale,
die durch die Folie gebildet ist, an den Endoberflächen des
Blocks 22c und 22d freiliegen. Die Spiralform
der Folie 22b ermöglicht
dem Material 22a, durchgängig durch den Block vorzuliegen,
wobei dadurch die Intaktheit des Blocks gewährleistet ist. Das Material 22a dient
sowohl, die Folie 22b in ihrer Spiralform zu bewahren,
als auch ebenso, sicherzustellen, dass Strom nicht von einem Teil
der Folie zu einem anderen springen kann, d. h. Kurzschlüsse werden
verhindert. Die Folie 22b ist aus der Legierung gebildet,
die als Konstantan bekannt ist. Die Oberfläche 22d des Blocks 22a,
die mit der Rückplatte 12b in
Eingriff steht, weist zwei elektrische Kontakte 26 auf,
die davon hervorstehen (nicht gezeigt in 2 aber sichtbar in 5). Einer der Kontakte 26 ist
mit der Folie 22b an der äußeren Kante der Spirale, die
durch die Folie gebildet ist, verbunden und der andere Kontakt 26 ist
mit der Folie an dem inneren Ende der Spirale verbunden. Somit fließt ein elektrischer
Strom, der zwischen den Kontakten 26 geführt wird,
um die Spirale herum, die durch die Folie 22b gebildet
ist.
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3 und 4 illustrieren eine alternative Form des
Sensorkopfs 22, in dem die Gestalt des Blocks, der durch
das Material 22a gebildet ist, im transversalen Querschnitt
quadratisch ist. Abgesehen von seinem transversalen Querschnitt
ist die alternative Form des Sensorkopfs identisch mit dem Sensorkopf,
der in 1 und 2 gezeigt ist, und gleiche
Bezugszeichen werden für
seine Komponenten ohne deren weitere Beschreibung verwendet.
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Die
Kontakte 26 sind angeordnet, durch die Löcher in
der Rückplatte 12b vorzustehen,
und sind mit einem Kabel 28 verbunden, das zu einer elektrischen
Schaltung 30 (siehe 9)
führt.
Die elektrische Schaltung stellt ein Erfassungsmittel bereit, das betreibbar
ist, um die Abnutzung des Sensorkopfs zu erfassen.
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In
der Modifikation des Bremssystems 10, das in 6 gezeigt ist, stehen die
Kontakte 26 durch die Löcher
in der Rückplatte 12b hervor,
jedoch stattdessen ist ein Stecker 32 in einem Loch in
der Rückplatte
angebracht und die Kontakte 26 ragen in den Stecker 32 hinein,
der ebenso mit dem Kabel 28 verbunden ist.
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In
dem Betrieb des Bremssystems 10, wenn das Reibmaterial 12a mit
der Scheibe 14 über
die Eingriffsoberfläche 12c in
Eingriff steht, steht die Abnutzungsoberfläche 22c ebenso mit
der Scheibe 14 in Eingriff. Da das Material 22a weniger
abnutzungsbeständig
ist als das Reibmaterial 12a, wird der Sensorkopf 22 mit
der gleichen Rate wie das Reibmaterial 12a abgeschliffen
und beschädigt
nicht die Scheibe 14. Da die Abnutzungsoberfläche 22c abgeschliffen
wird, wird die Folie 22b ebenfall abgeschliffen, so dass
sich die Länge
der Folie verringert und sich ihr elektrischer Widerstand erhöht. Dieser
elektrischer Widerstand kann durch die elektrische Schaltung 30 erfasst
werden, die dadurch eine Messung der Länge des Sensorkopfs 22 ergibt
und, da die Länge
des Sensorkopfs 22 der Tiefe des Reibmaterials 12a entspricht,
ergibt dies eine Messung der verbleibenden Menge an Reibmaterial.
Insbesondere umfasst die elektrische Schaltung 30 einen
Stecker 30a, in den eine Prozessoreinheit 34 eingesteckt
werden kann, um periodisch oder kontinuierlich Abnutzung des Reibmaterials
prüfen
kann. 10 zeigt Spannung gegen
Reibmaterialabnutzung, wobei die y-Achse die Spannung wiedergibt.
Die Prozessoreinheit 34 empfängt Signale von allen Reibmaterialblöcken in dem
Fahrzeug und wandelt alle individuellen Signale in eine Form um,
die von einem Bordcomputer des Fahrzeugs verwendet werden kann,
um Anzeigen über
den Grad der Abnutzung und/oder Warnungen zu geben, wenn die Abnutzung
bis einen gewissen Punkt vorangeschritten ist. 11 zeigt ein typisches Beispiel der Ausgabe,
wobei in diesem Fall die y-Achse die Abnutzung wiedergibt.
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In
dem Bremssystem 10 ist der Sensorkopf 22 von dem
Reibmaterial 12a umgeben, so dass sichergestellt ist, dass
die gesamte Abnutzungsoberfläche 22c mit
der Schreibe 14 in Eingriff stehen wird und der Sensorkopf
wird durch das umgebende Reibmaterial gegen eine Verschiebung gehalten.
Vorausgesetzt jedoch, dass die gesamte Abnutzungsoberfläche 22c mit
der Scheibe 14 in Eingriff steht und der Sensorkopf gegen
eine Verschiebung gehalten wird, kann der Sensorkopf in einer Ausnehmung 36 in
der Kante des Blocks an Reibmaterial 12a angebracht sein
(wie in 8 gezeigt) und
ist daher lediglich teilweise von dem Reibmaterial 12a umgeben,
oder der Sensorkopf kann auf der Rückplatte 12b an einem Teil
davon angebracht sein, das sich über
die Kante des Reibmaterials hinaus erstreckt, zum Beispiel kann
der Sensorkopf an die Rückplatte 12b angeklippt
oder angeschraubt sein.
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12 illustriert ein zweites
beispielhaftes Bremssystem 50, das vom Trommelbremsentyp
ist. Das Bremssystem 50 ist darin ähnlich dem Bremssystem 10,
dass es einen Abnutzungssensor 60 umfasst, der identische
mit dem Abnutzungssensor 20 ist, ausgenommen, dass er in
einer Ausnehmung in dem Reibmaterial 52a angebracht ist,
das auf einem Bremselement 52 in der Form eines Schuhs
einer Trommelbremse angebracht ist.