EP3853494A1

EP3853494A1 - MESSSYSTEM UND MESSVERFAHREN ZUM ERMITTELN EINES VERSCHLEIßES EINES BREMSBELAGS EINER REIBUNGSBREMSE

Info

Publication number: EP3853494A1
Application number: EP19762970.2A
Authority: EP
Inventors: Sebastian Kuss; Ovidiu Parasca
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-07-28
Also published as: DE102018122884A1; WO2020057973A1

Abstract

Ein Messsystem und ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags (6) einer Reibungsbremse, wobei in den Bremsbelag (6) ein Verschleißelement (11) eingearbeitet ist, dessen Verschleiß stellvertretend für den Bremsbelag (6) ermittelt wird oder durch das ein Verschleiß des Bremsbelags (6) erfasst wird. Das Messsystem umfasst einen Permanentmagneten (13) und einen Magnetfeldsensor, die in einem ferromagnetischen Kern (16) in einem geschlossenen ersten Magnetkreis angeordnet sind, und dass das Verschleißelement (11) ferromagnetisch ist und so ausgebildet, dass durch das Verschleißelement (11) und den Permanentmagneten (13) ein zweiter Magnetkreis führt.

Description

BESCHREIBUNG

Messsystem und Messverfahren zum Ermitteln eines Verschleißes eines Bremsbelags einer Reibungsbremse

Die Erfindung betrifft ein Messsystem und ein Messverfahren zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags einer Reibungsbremse, wobei in den Bremsbelag ein Verschleißelement eingearbeitet ist, dessen Verschleiß stellvertretend für den

Bremsbelag ermittelt wird.

Messsysteme und Messverfahren zur Verschleißermittlung können das Erreichen einer Verschleißgrenze des Bremsbelags während des Betriebs des Fahrzeugs erfassen und einen Hinweis auf einen notwendigen Austausch des Bremsbelags geben. Auf diese Weise kann die Länge eines Inspektionsintervalls, in dem eine Sichtprüfung der Belagstärke erfolgt, verlängert werden, wodurch Kosten der Inspektion und auch Folgekosten durch erhöhte Stillstandszeiten verringert werden.

Aus der Druckschrift DE 10 2006 042 777 B3 ist beispielsweise eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Stellspindel einer Zuspanneinrichtung der Bremse über ein Untersetzungsgetriebe mit einem Geber gekoppelt ist. Ein mit dem Geber bevorzugt berührungslos zusammenwirkender Sensor erkennt anhand der Position des Gebers einen Verschleißwert des Bremsbelags. Vorteilhaft wird bei dieser Anordnung ein jeweils aktueller Verschleißwert des Bremsbelags ausgegeben. Ein übermäßiger Verschleiß kann auf diese Weise erkannt werden, bevor eine Verschleißgrenze erreicht ist. Das System ist aufgrund der mechanischen Kopplung von Sensor und Stellspindel der Zuspanneinrichtung jedoch konstruktiv aufwändig.

Aus der Druckschrift US 2006/0273148 A1 ist ein berührungslos arbeitendes

Messystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem in dem Bremsbelag ein berührungslos auslesbarer Sensor als Verschleißelement eingearbeitet ist. Die

Druckschrift DE 10 2008 011 288 B4 zeigt ein ähnliches System, bei dem der Sensor jedoch abweichend nicht in dem Bremsbelag, sondern an dessen Außenseite angeordnet ist. Gemäß den beiden Druckschriften ist der Sensor beispielsweise als RFID (Radio Frequency Identification) Sensor ausgebildet. Über einen extern vom Bremsbelag angeordneten Transceiver kann regelmäßig eine intakte Funktion des eingebetteten Sensors abgefragt werden. Erreicht der Bremsbelag eine vorgegebene Verschleißgrenze, wird auch der eingebettete Sensor mit verschlissen und zerstört, woraufhin eine Anfrage des Transceivers nicht mehr beantwortet wird. Der Transceiver erkennt so das Erreichen der Verschleißgrenze und übermittelt diese bevorzugt drahtlos an eine Anzeigeeinrichtung. Der Aufbau ist konstruktiv einfach, da keine mechanisch bewegten Komponenten involviert sind.

Gegenüber dem zuvor genannten System ist jedoch keine den aktuellen Verschleiß widerspiegelnde Information verfügbar, sondern es wird nur das Erreichen der

Verschleißgrenze detektiert. Das beschriebene System ist konstruktiv einfach

umsetzbar, insbesondere wenn der Sensor an der Außenseite des Bremsbelags angeordnet ist. Geeignete Sensoren sind als Massenartikel auch kostengünstig verfügbar. Der Sensor ist bedingt durch seine Anordnung in oder an dem Bremsbelag unter Umständen jedoch hohen Temperaturen ausgesetzt. Dadurch kann seine

Lebensdauer vermindert sein.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Verschleißes eines Bremsbelags anzugeben, die berührungslos und ohne zusätzlich mechanisch bewegte Komponenten aufgebaut ist, und die auch bei den hohen Temperaturen, die im Bereich des Bremsbelags auftreten können, zuverlässig arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und

Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein erfindungsgemäßes Messsystem der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass das Messsystem einen Permanentmagneten umfasst und einen

Magnetfeldsensor, die in einem ferromagnetischen Kern in einem geschlossenen ersten Magnetkreis angeordnet sind, wobei das Verschleißelement ferromagnetisch ist und so ausgebildet, dass durch das Verschleißelement und den Permanentmagneten ein zweiter Magnetkreis führt.

Bei dem erfindungsgemäßen Messsystem werden somit zwei gekoppelte magnetische Kreise gebildet, deren durch sie führende magnetische Flüsse von dem

Permanentmagneten hervorgerufen werden und die sich bei ausreichend kleiner Reluktanz der beiden Magnetkreise gegenseitig dahingehend beeinflussen, dass ein sinkender Fluss in einem der Kreise zu einer Erhöhung des Flusses in dem anderen Kreis führt und umgekehrt. Eine Messung des Magnetflusses in dem ersten Kreis gibt somit Aufschluss über den Fluss im zweiten Kreis, der wiederum von dem Abrieb des Bremsbelags und damit des eingebetteten Verschleißelements beim Gebrauch der Bremse ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags einer Reibungsbremse ist in den Bremsbelag mindestens ein

Verschleißelement eingearbeitet, dessen Verschleiß stellvertretend für den Bremsbelag ermittelt wird oder durch das ein Verschleiß des Bremsbelags erfasst wird. Das

Verfahren weist die folgenden Schritte auf: In einem ersten Magnetkreis wird ein Messsensor und in einem zweiten, mit dem ersten gekoppelten Magnetkreis das Verschleißelement durch den Permanentmagneten mit einem Magnetfeld beaufschlagt. Es wird eine Magnetfeldstärke in dem ersten Magnetkreis erfasst und ein

Verschleißwert des Verschleißelements und/oder des Bremsbelags anhand der erfassten Magnetfeldstärke bestimmt.

Wie im Zusammenhang mit dem Messsystem ausgeführt ist, ist die Magnetfeldstärke im ersten Magnetkreis abhängig von der magnetischen Reluktanz des zweiten

Magnetkreises und damit von der Geometrie des Verschleißelements, die sich beim Verschleißen verändert. Mit dem Verschleiß der Bremsscheibe, mit dem ein Abrieb des Verschleißelements einhergeht, ändert sich dementsprechend die gemessene

Magnetfeldstärke, wodurch der Verschleißwert bestimmt werden kann. Es wird so eine berührungslose, unmittelbare Messung des aktuellen Verschleißes des Bremsbelags ermöglicht. Das Verschleißelement selbst ist kostengünstig und robust und insbesondere auch hitzebeständig, so dass es zuverlässig auch bei den hohen

Temperaturen, die im oder am Bremsbelag erreicht werden können, einsetzbar ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist das Verschleißelement im Wesentlichen senkrecht zu der Bremsscheibe in den Bremsbelag eingesetzt und ist an einer der Bremsscheibe gegenüber liegenden Seite mit einer Stirnfläche vor dem Magnetfeldsensor positioniert. Das Verschleißelement kann sich im unbenutzten Zustand des Bremsbelags über dessen gesamte Dicke erstrecken oder auch nur in einem rückwärtigen Teil des Bremsbelags. Eine fortschreitende Abnutzung des

Bremsbelags kann im ersten Fall für den gesamten Abnutzungsbereich des

Bremsbelags erfasst werden und im zweiten Fall erst ab einem bestimmten

Abnutzungszustand.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist der ferromagnetische Kern mehrteilig aus mindestens zwei L-förmigen Abschnitten gebildet, die sich zu einer u-förmigen Grundform mit einer Basis und zwei Schenkeln ergänzen. Der

Magnetfeldsensor ist dabei zwischen den beiden Abschnitten z.B. in der Basis angeordnet, um den durch den Kern fließenden Magnetfluss zu erfassen. Der

Permanentmagnet ist zwischen den beiden Schenkeln angeordnet. Stirnflächen der beiden Schenkel sind angrenzend an eine Rückseite des Bremsbelags positioniert, wobei beide Stirnflächen an dem Verschleißelement anliegen. Bevorzugt weist das Verschleißelement eine einer Leiter ähnliche Geometrie auf mit zwei voneinander beabstandeten Säulen, die sich senkrecht zur Reibfläche des Bremsbelags erstrecken, und mindestens einer die Säulen verbindenden und quer zu den Säulen ausgerichtete Sprosse. Dabei liegt jeweils eine der beiden Stirnflächen der Schenkel des Kerns gegenüber einer Stirnfläche jeweils einer der beiden Säulen des Verschleißelements, wodurch die beiden gekoppelten magnetischen Kreise gebildet werden. Das genannte leiterförmige Verschleißelement kann einstückig aus mehreren quaderförmigen

Abschnitten gebildet sein oder mehrteilig aus mehreren quaderförmigen Elementen zusammengesetzt sein. Die leiterförmige Geometrie führt zu einer sich nicht linear mit der Abnutzung des Bremsbelags ändernden Messsignal des Magnetfeldsensors. Beim Abrieb der Sprossen ändert sich das Messsignal stärker als in den zwischen den Sprossen liegenden Abschnitten. Der Abrieb der Sprossen und die damit verbundenen Verschleißzustände können so robust und sicher detektiert werden. Die Position(en) und die Anzahl der Sprossen können z.B. auf relevante Verschleißzustände abgestimmt sein, beispielsweise derart, dass zwei erste Stufen notwendige Bremsen- Wartungsintervalle anzeigen und eine dritte zum Belagtausch auffordert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist der

Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor. Bevorzugt sind der Magnetfeldsensor und/oder der Permanentmagnet und/oder der Kern in einem Sensorkopf angeordnet. Zur Auswertung der Signale des Magnetfeldsensors weist das Messsystem in einer Ausgestaltung eine Elektronikeinheit mit einer Auswerteeinheit auf, die mit dem Magnetfeldsensor verbunden ist. Ein von der Auswerteeinheit bestimmter Verschleißwert kann

beispielsweise von einem Funkmodul, das in der Elektronikeinheit angeordnet ist und mit der Auswerteeinheit gekoppelt ist, ausgesendet werden, z.B. zu einer

übergeordneten Überwachungs- und/oder Anzeigeeinrichtung. Weiter bevorzugt weist die Elektronikeinheit eine Batterie zur Stromversorgung der Auswerteeinheit, des Magnetfeldsensors und/oder des Funkmoduls auf. Eine derartige autarke

Energieversorgung ermöglicht es einfache Nachrüstung des Messsystems, auch wenn an einer nachzurüstenden Bremse eine Bordnetzversorgung nicht vorhanden ist.

Die gemessene Feldstärke ist nicht nur von der Geometrie des Verschleißelements abhängig, sondern verändert sich auch, wenn das Verschleißelement in mechanischen Kontakt mit der Bremsscheibe gelangt. Bei Kontakt des Verschleißelements wird ein Teil des vom Permanentmagneten ausgehenden Flusses durch die Bremsscheibe geleitet, was in einer sprunghaften Änderung des magnetischen Feldes am

Magnetfeldsensor resultiert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird mithilfe dieses Effekts zusätzlich ein Zuspannen und/oder Entspannen der Reibungsbremse anhand einer Änderung der erfassten Magnetfeldstärke ermittelt. Bevorzugt wird dabei das

Zuspannen und/oder Entspannen der Reibungsbremse anhand einer

Änderungsgeschwindigkeit der erfassten Magnetfeldstärke von einem Verschleißen des Bremsbelags unterschieden. Es wird so möglich, neben der Verschleißmessung das Messsystem zusätzlich zur Kontrolle der Funktionsfähigkeit der Reibungsbremse eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 einen Teil einer Reibungsbremse eines Schienenfahrzeuges mit einer

Vorrichtung zur Erfassung eines Verschleißes eines Bremsbelags in einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2a-c jeweils eine Ausschnittvergrößerung aus Fig. 1 , in der die Vorrichtung zur

Überwachung des Verschleißes detaillierter dargestellt ist, zu verschiedenen Verschleißzuständen des Bremsbelags;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Messsignals zur Messung eines

Verschleißes in Abhängigkeit einer Verschleißzeit;

Fig. 4 ein Sensorkopf einer Vorrichtung zur Messung eines Verschleißes mit angeschlossener Elektronikeinheit in einem schematischen Blockschaltbild.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer Reibungsbremse 1 eines Schienenfahrzeuges, beispielsweise eines Güterwagons, teilgeschnittenen wiedergegeben.

Die Reibungsbremse 1 ist eine Scheibenbremse, bei der auf einer Narbe 2 des

Fahrzeugs eine Bremsscheibe 3, vorliegend eine innenbelüftete Scheibe, befestigt ist. Es ist ein hier nicht näher dargestellter Zuspannmechanismus 4 vorhanden, der auf zwei von jeweils einem Belagträger 5 getragene Bremsbeläge 6 einwirkt. Der

Zuspannmechanismus 4 ist vorliegend nicht detaillierter dargestellt. Er kann in bekannter Weise pneumatisch, hydraulisch oder auch elektromotorisch betätigt sein. Beim Betätigen der Reibungsbremse 1 werden die Bremsbeläge 6 über den

Zuspannmechanismus 4 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt und so in einen

Reibungseingriff mit der Bremsscheibe 3 gebracht. Durch eine Bremsennutzung verschleißen sowohl die Bremsscheibe 3 als auch die Bremsbeläge 6, indem die Belagstärke (Belagdicke) abnimmt. Zur Vermeidung von direktem Reibkontakt der Bremsbelagträger 5 mit der Bremsscheibe 3 dürfen sich die Bremsbeläge 6 nur bis maximal auf ein vorgegebenes zulässiges Verschleißmaß abnutzen, das in der Fig. 1 beispielhaft jeweils durch eine gestrichelte Linie symbolisiert ist.

Zur Beobachtung des zunehmenden Verschleißes der Bremsbeläge 6 und zur

Überwachung, ob die Bremsbeläge 6 das maximal zulässige Verschleißmaß erreicht haben, ist bei der Reibungsbremse 1 ein Messsystem 10 zur Überwachung der

Belagstärke der Bremsbeläge 6 vorgesehen. Das Messsystem 10 umfasst ein

Verschleißelement 11 sowie einen Sensorkopf 12. Bei dem in Fig. 1 gezeigten

Ausführungsbeispiel ist das Messsystem 10 nur auf einer Seite der Reibungsbremse 1 , also bei einem der Bremsbeläge 6 ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung ist es möglich, bei beiden Bremsbelägen 6 ein entsprechendes Messsystem 10

vorzusehen.

Das Bremssystem 10 ist in den Fig. 2a-c in Form jeweils einer schematischen

Schnittzeichnung detaillierter dargestellt. Die Fig. 2a zeigt eine Anordnung mit einem Bremsbelag 6 im Auslieferungszustand bzw. mit einer Bremsbelagdicke, die weit über der Verschleißgrenze liegt. In der Fig. 2b ist die gleiche Anordnung bei fortschreitendem Verschleiß gezeigt. In der in Fig. 2c wiedergegebenen Anordnung hat der Bremsbelag 6 seine Verschleißgrenze erreicht.

Das Verschleißelement 11 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein ferromagnetisches Element, das in den Bremsbelag 6 eingesetzt ist. Das Verschleißelement 11 besteht im dargestellten Beispiel aus einer Anordnung mehrerer quaderförmiger Elemente 111 - 115, wobei sich jeweils zwei beabstandet nebeneinanderliegende quaderförmige Elemente 111 , 113, 115 mit größeren stabförmigen Elementen 112, 114 abwechseln. Die kleineren quaderförmige Elemente 111 , 113, 115 werden nachfolgend auch als Längselemente 111 , 113, 115 bezeichnet und die längeren stabförmigen Elemente 112, 114 als Querelemente 112, 114. Die quaderförmigen Elemente 111 -115 bilden so eine leiterförmige Struktur, deren Querschnitt in Verschleißrichtung des Bremsbelags (d.h. in einer Richtung senkrecht zur Bremsfläche des Bremsbelags 6 bzw. zur Oberfläche der Bremsscheibe 3) in Stufen variiert. Das Verschleißelement 11 ist bevorzugt aus einem mechanisch weichen ferromagnetischen Metall gefertigt und wird beim Verschleißen des Bremsbelags 6 von der Bremsscheibe 3 abgerieben, ohne dass die Bremsscheibe 3 dadurch übermäßig, d.h. mehr als durch die Bremsbeläge 6, abgenutzt wird.

Im dargestellten Beispiel ist das Verschleißelement 11 auf der der Bremsscheibe 3 gegenüberliegenden Seite bündig mit dem Bremsbelag 6 ausgeführt, wobei der

Belagträger 5 in diesem Bereich gekürzt oder ausgespart ist, so dass das

Verschleißelement 11 sich nicht im mechanischen Kontakt mit dem Belagträger 5 befindet. Das Verschleißelement 11 könnte alternativ auch über den Bremsbelag 6 hervorstehen. Das Verschleißelement 11 endet vor dem Sensorkopf 12. Dieser umfasst im dargestellten Beispiel einen Permanentmagneten 13 sowie einen Magnetfeldsensor, vorteilhaft einen Hall-Sensor 14, der über ein Anschlusskabel 15 mit einer in den Fig. 2a-c nicht dargestellten Elektronikeinheit gekoppelt ist.

Der Permanentmagnet 13 und der Hall-Sensor 14 sind zusammen mit einem Kern 16 innerhalb des Sensorkopfs 12 angeordnet. Der Kern 16 ist ferromagnetisch,

beispielsweise ein Eisenkern. Er ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig aus zwei L-förmigen Abschnitten gebildet, die sich zusammen zu einer u-förmigen

Grundform mit einer Basis und zwei Schenkeln ergänzen. Der Hall-Sensor 14 ist in der Basis zwischen den beiden Abschnitten positioniert. Beim dargestellten

Ausführungsbeispiel sind die beiden Abschnitte vollständig durch den Hall-Sensor 14 voneinander getrennt. Entsprechend misst der Hall-Sensor 14 den gesamten durch den Kern 16 verlaufenden magnetischen Fluss.

Der in seiner Gesamtform u-förmige Kern 16 ist innerhalb des Sensorkopfs 12 so angeordnet, dass Stirnflächen seiner Schenkel zum Bremsbelag 6 weisen und bevorzugt an dem Bremsbelag 6 anliegen. Zwischen den Schenkeln ist der Permanentmagnet 13 angeordnet. Es ist auf diese Weise ein erster Magnetkreis gebildet, der nachfolgend auch als Primärkreis bezeichnet wird.

Die beiden beabstandeten quaderförmigen Elemente des Verschleißelements 11 sind so in den Bremsbelag 6 eingebettet, dass sie jeweils mittig vor den Stirnflächen der Schenkel des Kerns 16 positioniert sind. Die Verschleißelemente 11 reichen in Richtung der Dicke des Bremsbelags 6 von der Rückseite annähernd bis zu dessen Reibfläche.

Durch das Verschleißelement 11 und den Permanentmagneten 13, sowie die dem Verschleißelement 11 zugewandte Randbereiche des Kerns 16 wird neben dem

Primärkreis ein zweiter Magnetkreis gebildet, der nachfolgend auch als Sekundärkreis bezeichnet wird. Durch den Permanentmagneten 13 selbst verlaufen beide

magnetischen Kreise.

In der in Fig. 2a dargestellten Situation teilt sich der von dem Permanentmagneten 13 erzeugte magnetische Fluss auf den Primärkreis und den Sekundärkreis auf. Der Hall- Sensor 14 misst einen entsprechend kleinen magnetischen Fluss im Primärkeis.

Mit zunehmendem Verschleiß (vgl. Fig. 2b) des Bremsbelags 6 wird auch das

Verschleißelement 11 abgetragen. Damit geht eine Zunahme der magnetischen

Reluktanz des Sekundärkreises einher, durch die das Verhältnis der magnetischen Flüsse beider Kreise untereinander verändert wird. Im Ergebnis steigt der vom Hall- Sensor 14 gemessene Fluss im Primärkeis.

Maximal wird der Fluss im Primärkreis, wenn das Verschleißelement 11 vollständig abgetragen ist und der Fluss im Sekundärkreis auf null abgefallen ist. Bei dem hier eingesetzten Verschleißelement 11 tragen die Querelemente 112, 114 stärker zum magnetischen Fluss im Sekundärkreis bei als die Längselemente 111 , 113, 115, da die Querelemente 112, 114 den Sekundärkreis schließen. Ein Abtragen der Elemente 112, 114 zeigt sich deutlich im gemessenen Magnetfluss, wohingegen ein Abtragen der Elemente 111 , 113, 115 sich nur gering auf den Magnetfluss auswirkt. Aus diesem Grund wird der maximale Fluss im Wesentlichen bereits bei der Verschleißsituation gemäß Fig. 2c erreicht. Der sich nicht linear mit dem Abrieb des Verschleißelements bzw. des Bremsbelags 6 ändernde vom Hall-Sensor 14 gemessene magnetische Fluss im Primärkreis ist in Fig.

3 schematisch in Form eines Diagramms wiedergegeben. Auf der x-Achse des

Diagramms ist der Verschleiß in % angegeben und auf der y-Achse der magnetische Fluss in beliebigen Einheiten. Eine Messkurve 21 gibt den gemessenen Fluss wieder. Die Messkurve 21 verläuft innerhalb der verschiedenen Abschnitte des

Verschleißelements 11 linear, wobei die Steigung in Abschnitten der längeren quaderförmige Elemente 112, 114 um ein Vielfaches größer ist als in Abschnitten der beabstandeten kleineren Elemente 111 , 113, 115. In letzteren verläuft die Messkurve 21 annähernd horizontal.

Der Verlauf der Messkurve mit den ausgeprägten Absätzen beim Abrieb eines der Elemente 112, 114 ermöglicht eine sichere und robuste Detektion der mit der Position der Elemente 112, 114 verbundenen Verschleißzustände. Die Position und die Anzahl der Querelemente 112, 114 kann auf relevante Verschleißzustände abgestimmt sein, beispielsweise derart, dass zwei erste Stufen notwendige Bremsen-Wartungsintervalle anzeigen und eine dritte zum Belagtausch auffordert.

Das beschriebene System ist dazu ausgelegt, den magnetischen Fluss zu messen, wenn die Bremse nicht verwendet wird. Beim Betätigen der Reibungsbremse 1 wird der Bremsbelag 6 gegen die Bremsscheibe 3 gedrückt und die Bremsscheibe 3 wird Teil des Sekundärkreises. Dadurch ändert sich ebenfalls der Fluss im Primärkreis, konkret wird er abgesenkt, wenn die Bremse betätigt wird.

In Fig. 4 ist eine mögliche Auswertung des Hall-Sensors 14 des Sensorkopfs 12 in einem Blockschaltbild dargestellt. Der Sensorkopf 12 kann beispielsweise der in den Fig. 2 oder den Fig. 3a, b gezeigte sein, wobei auf die Darstellung weiterer

Komponenten des Sensorkopfs 12 verzichtet wurde.

Gemäß Fig. 4 ist der Sensorkopf 12 über das Anschlusskabel 15 mit einer

Elektronikeinheit 17 verbunden ist. Diese kann beispielsweise im Bereich der Reibungsbremse, beispielsweise befestigt am Zuspannmechanismus 4 angeordnet sein.

Die Elektronikeinheit 17 umfasst eine Auswerteeinheit 18, die den Hall-Sensor 14 mit einem geeigneten Betriebsstrom beaufschlagt und die Signale des Hall-Sensors 14 auswertet. Die Auswerteinheit ist im gezeigten Beispiel mit einem Funkmodul 19 gekoppelt, über das die ausgewerteten Signale des Hall-Sensors 14 an eine hier nicht dargestellte übergeordnete Diagnoseeinheit weitergegeben werden. Vorteilhaft kann auf diese Weise auch eine Nachrüstung erfolgen, ohne dass im Schienenfahrzeug entsprechende Kabel zur Übertragung der Signale verlegt sind.

Dabei kann vorgesehen sein, dass von der Auswerteeinheit 18 ein Verschleißwert ermittelt und vom Funkmodul 19 weitergegeben wird. Auf diese Weise kann die übergeordnete Diagnoseeinheit den kontinuierlichen Verschleiß eines oder beider der Bremsbeläge 6 der Reibungsbremse 1 nachvollziehen. Es ist dann beispielsweise möglich, durch einen Vergleich des Verschleißes an verschiedenen Achsen und/oder verschiedenen Bremsen auf einer Achse einen übermäßigen Verschleiß eines

Bremsbelags 6 bereits zu detektieren, bevor dessen Verschleißgrenze erreicht ist.

Zusätzlich kann bereits in der Auswerteeinheit 18 ein Vergleich des ermittelten

Verschleißwerts mit einem vorgegebenen maximalen Verschleißwert erfolgen, so dass von dem Funkmodul 19 unmittelbar ein Signal, das das Erreichen der Verschleißgrenze anzeigt, ausgegeben werden kann.

Die Elektronikeinheit 17 umfasst im dargestellten Beispiel weiterhin eine Batterie 20 zur autarken Energieversorgung der Elektronikeinheit 17. Auch dieses ist insbesondere bei Nachrüstlösungen interessant, die so ermöglicht werden, auch wenn kein Kabel zur Energieversorgung aus einem Bordnetz vorhanden ist. Um eine möglichst große

Betriebsdauer der Elektronikeinheit 17 mit der Batterie 20 zu erzielen, bevor diese ausgetauscht oder aufgeladen werden muss, kann vorgesehen sein, dass

Informationen über das ermittelte Verschleißmaß nur intervallweise, beispielsweise stündlich oder initiiert durch Bremsvorgänge, ausgegeben werden. Beim ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 kann das Messsystem 10 dazu eingerichtet sein, ein Zuspannen oder Lösen der Reibungsbremse 1 unabhängig von dem

Verschleiß des Bremsbelags zu erfassen. Das ist möglich, da bei einem Zuspannen der Reibungsbremse 1 die der Bremsscheibe 3 zugewandte Seite des Verschleißelements 11 in Kontakt mit der Bremsscheibe 3 kommt, wodurch ebenfalls eine Änderung des

Magnetfelds an der gegenüberliegenden, vor dem Hall-Sensor 14 positionierten

Stirnseite des Verschleißelements 11 resultiert. Eine vom Hall-Sensor 14 detektierte Magnetfeldänderung aufgrund des Zuspannens der Reibungsbremse 1 führt zu einer schnellen, annähernd sprunghaften Änderung der detektierten Feldstärke. Bereits dadurch kann ein solches Zuspannereignis von einer Magnetfeldänderung, die sich aufgrund von Verschleiß des Bremsbelags 6 und des Verschleißelements 11 ergibt, unterschieden werden.

Die Auswerteeinheit 18 kann dazu ausgebildet sein, eine Änderung die sich aufgrund des Zuspannens oder Lösens der Reibungsbremse 1 ergibt, zu erfassen und ein entsprechendes Signal über das Zuspannen oder Lösen der Bremse abzugeben. In diesem Zusammenhang kann weiter vorgesehen sein, dass nach einem erkannten Lösen der Bremse eine Messung über den Verschleiß des Bremsbelags 6 erfolgt, die dann von daher Auswerteeinheit 18 über das Funkmodul 19 abgegeben wird.

Bezugszeichen

1 Reibungsbremse

2 Narbe

3 Bremsscheibe

4 Zuspannmechanismus

5 Belagträger

6 Bremsbelag

10 Messsystem

1 1 Verschleißelement

111 -115 quaderförmiges Element

12 Sensorkopf

13 Permanentmagnet

14 Hall-Sensor

15 Anschlusskabel

16 Kern

17 Elektronikeinheit

18 Auswerteeinheit

19 Funkmodul

20 Batterie

21 Messkurve

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Messsystem (10) zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags (6) einer Reibungsbremse (1 ), wobei in den Bremsbelag (6) ein Verschleißelement (11 ) eingearbeitet ist, dessen Verschleiß stellvertretend für den Bremsbelag (6) ermittelt wird oder durch das ein Verschleiß des Bremsbelags (6) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem einen Permanentmagneten (13) umfasst und einen Magnetfeldsensor, die in einem ferromagnetischen Kern (16) in einem geschlossenen ersten Magnetkreis angeordnet sind, und dass das Verschleißelement (11 ) ferromagnetisch ist und so ausgebildet, dass durch das Verschleißelement (11 ) und den Permanentmagneten (13) ein zweiter

Magnetkreis führt.

2. Messsystem (10) nach Anspruch 2, bei dem das Verschleißelement (11 ) im

Wesentlichen senkrecht zu der Bremsscheibe (3) in den Bremsbelag (6) eingesetzt ist und an einer der Bremsscheibe (3) gegenüberliegenden Seite mit einer Stirnfläche vor dem Magnetfeldsensor positioniert ist.

3. Messsystem (10) nach Anspruch 2, bei dem das Verschleißelement (11 ) sich im unbenutzten Zustand des Bremsbelags (6) über dessen gesamte Dicke erstreckt.

4. Messsystem (10) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Verschleißelement (11 ) an der der Bremsscheibe (3) gegenüberliegenden Seite mit einem Abschnitt über den Bremsbelag (6) hervorsteht oder bündig zu dem Bremsbelag (6) ist.

5. Messsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Kern (16)

mehrteilig aus mindestens zwei L-förmigen Abschnitten gebildet ist, die sich zu einer u-förmigen Grundform mit einer Basis und zwei Schenkeln ergänzen, wobei der Magnetfeldsensor zwischen den beiden Abschnitten in der Basis angeordnet ist und der Permanentmagnet (13) zwischen den beiden Schenkeln angeordnet ist.

6. Messsystem (10) nach Anspruch 5, bei dem der Kern (16) mit Stirnflächen der beiden Schenkel angrenzend an eine Rückseite des Bremsbelags (6) positioniert ist, wobei beide Stirnflächen an dem Verschleißelement (11 ) anliegen.

7. Messsystem (10) nach Anspruch 6, bei dem das Verschleißelement (11 ) die

Geometrie einer Leiter aufweist mit zwei voneinander beabstandeten Säulen, die sich senkrecht zur Reibfläche des Bremsbelags erstrecken, und mindestens einer die Säulen verbindenden Sprosse.

8. Messsystem (10) nach Anspruch 6 und 7, bei dem jeweils eine der beiden

Stirnflächen der Schenkel des Kerns (16) gegenüber einer Stirnfläche jeweils einer der beiden Säulen des Verschleißelements (11 ) liegt.

9. Messsystem (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das

Verschleißelement (11 ) mehrere quaderförmige Abschnitte oder Elemente (111 - 115) aufweist.

10. Messsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der

Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor (14) ist.

11. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Magnetfeldsensor und/oder der Permanentmagnet (13) und/oder der Kern (16) in einem Sensorkopf (12) angeordnet sind.

12. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , aufweisend eine

Elektronikeinheit (17) mit einer Auswerteeinheit (18), die mit dem

Magnetfeldsensor verbunden ist.

13. Messsystem nach Anspruch 12, bei dem die Elektronikeinheit (17) ein Funkmodul (19) aufweist, das mit der Auswerteeinheit (18) gekoppelt ist.

14. Messsystem nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Elektronikeinheit (17) eine Batterie (20) zur Stromversorgung aufweist.

15. Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißes eines Bremsbelags (6) einer

Reibungsbremse (1 ), wobei in den Bremsbelag (6) mindestens ein

ferromagnetisches Verschleißelement (11 ) eingearbeitet ist, aufweisend die folgenden Schritte:

- Beaufschlagen eines Messsensors mit einem Magnetfeld durch den

Permanentmagneten (13) in einem ersten Magnetkreis;

- Beaufschlagen des Verschleißelements (11 ) mit dem Magnetfeld des

Permanentmagneten (13) in einem zweiten Magnetkreis, der mit dem ersten Magnetkreis gekoppelt ist;

- Erfassen einer Magnetfeldstärke in dem ersten Magnetkreis;

- Ermitteln eines Verschleißwerts des Verschleißelements (11 ) und/oder des Bremsbelags (6) anhand der erfassten Magnetfeldstärke.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Magnetfeldstärke von einem Hall- Sensor (14) als Messsensor erfasst wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem zusätzlich ein Zuspannen und/oder Entspannen der Reibungsbremse (1 ) anhand einer Änderung der erfassten Magnetfeldstärke ermittelt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Zuspannen und/oder Entspannen der Reibungsbremse (1 ) anhand einer Änderungsgeschwindigkeit der erfassten Magnetfeldstärke von einem Verschleißen des Bremsbelags (6) unterschieden wird.