DE10211813B4

DE10211813B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Funktionssicherheit von Verschleiß- und/oder Funktionsteilen einer Scheibenbremse

Info

Publication number: DE10211813B4
Application number: DE10211813A
Authority: DE
Inventors: Wili Ertl; Wlodzimierz Macke
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2002-03-16
Filing date: 2002-03-16
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2022-03-17
Also published as: BR0308473A; US20050236234A1; WO2003078857A1; DE10211813A1; EP1488127A1; JP2005527746A; AU2003209732A1; WO2003078857A8

Abstract

Verfahren zur Überprüfung der Funktionssicherheit von in ihrer Lage veränderlichen Verschleiß- und/oder Funktionsteilen einer insbesondere pneumatisch oder elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, wobei durch einen Sender reflektierbare Signale zu dem zu überprüfenden Funktionsteil gesandt, die reflektierten Signale von einem Empfänger empfangen und die ermittelten Ist- mit Soll-Werten verglichen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale ermittelt werden, die von solchen Flächen der Verschleiß- und/oder Funktionsteile reflektiert werden, die Trennfugen begrenzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionssicherheit von in ihrer Lage veränderlichen Verschleiß- und/oder Funktionsteilen einer Scheibenbremse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus vielerlei Gründen ist es bekannt, den Verschleißzustand einer Scheibenbremse kontinuierlich zu überwachen, so daß eine notwendige Wartung zu einem bestmöglichen Zeitpunkt stattfindet. Dabei soll der Verschleißzustand der Bremsbeläge und unter Umständen der Bremsscheibe möglichst genau diagnostiziert werden.
Dadurch soll erreicht werden, daß eine Wartung nicht zu früh erfolgt, d. h., wenn die Verschleißteile, also Bremsbeläge und Bremsscheibe, noch funktionssicher sind, wodurch eine Kostenoptimierung möglich ist.
Andererseits soll eine Wartung nicht zu spät durchgeführt werden, d. h., erst dann, wenn ein zulässiger Verschleiß bereits überschritten ist. In diesem Fall wäre keine ausreichende Funktionssicherheit der Scheibenbremse mehr gegeben.
Darüber hinaus ist der Verschleißzustand der Bremsbeläge bzw. der Bremsscheibe als Steuergröße für ein vielfach eingesetztes EBS (elektronisches Bremssystem) erforderlich, so daß eine exakte Überprüfung der Funktionssicherheit der relevanten Teile unabdingbar ist.
Zur Überprüfung der Funktionssicherheit von in ihrer Lage oder Teilen davon veränderlichen Verschleißteilen sind verschiedene Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt, die jedoch allesamt nicht geeignet sind, eine optimierte Verschleißüberwachung bzw. Überprüfung der Funktionssicherheit zu erreichen.

Aus der DE 41 37 737 C1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem eine Überprüfung der Funktionssicherheit mittelbar durch einen Abtaststift erfolgt, der Bestandteil eines Reflektorelements ist, das in einem Gehäuse gelagert ist. Allerdings erfordert dieses bekannte Verfahren eine Vorrichtung, die konstruktiv kompliziert aufgebaut ist und nur eine geringe Robustheit aufweist, die einer dauerhaften Funktionsfähigkeit in einem Nutzfahrzeug entgegensteht.

Weiter ist es bekannt, eine kontinuierliche Verschleißanzeige summarisch für beide Bremsbeläge mittels eines Potentiometers vorzunehmen. Ebenfalls summarisch für beide Bremsbeläge ist eine sogenannte schwarz/weiß-Anzeige. Schließlich finden im Stand der Technik Verschleißclipse Verwendung, die in die Bremsbeläge integriert sind und für jeden Bremsbelag einzeln eine Endverschleißanzeige ermöglichen, also keine kontinuierliche Verschleißanzeige.

Eine kontinuierliche Verschleißüberwachung beider Bremsbeläge einzeln, sowie unter Umständen der Bremsscheibe ist bislang nicht möglich. Dies wird jedoch gefordert, um eine Verbesserung der Fahrzeugdiagnostik zu erreichen, z. B. zur Erkennung von Fehlfunktionen wie eines ungleichmäßigen Verschleißes.

Das Erkennen der Notwendigkeit eines Auswechselns der Bremsscheibe ist mit den bekannten Prüfverfahren überhaupt nicht möglich. Dies trifft gleichermaßen auf andere Funktionsteile zu, beispielsweise für die Störungsermittlung von Nachstellfunktionen, wie sie durch Nachstellvorrichtungen ausgeübt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, daß eine optimierte Prüfung auf Funktionssicherheit sowohl von Verschleiß- wie auch Funktionsteilen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist sowie mittels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Mit Hilfe von reflektierbaren Signalen, beispielsweise Ultraschall oder Laserstrahlen, die von einem gegenüber den Verschleiß- und Funktionsteilen ortsfesten Sender ausgesandt werden, können Lageveränderungen beispielsweise der Verschleißteile festgestellt werden. Dabei ergibt sich die Lageveränderung bei Verschleißteilen, beispielsweise bei der Bremsscheibe oder den Bremsbelägen, aus der verschleißbedingten Abnahme ihrer Dicke, bei der die jeweilige Wirkfläche sich in ihrer Position, also Lage verändert, während die Abweichung von einer bekannten Lageveränderung von Funktionsteilen einen Hinweis auf Störungen geben kann.

Eine solche störungsbedingte Abweichung von einer Soll-Lageveränderung kann beispielsweise bei der Kontrolle des Bewegungsablaufs einer Brücke einer Zuspanneinrichtung festgestellt werden, wobei die Lage der Brücke vor und nach dem Zuspannen der Bremse bei einer bestimmten Betätigungskraft, die als ein Parameter vorliegt, durch den Sender und Empfänger bzw. eine Auswerteeinheit ermittelt wird.

Der Weg der Brücke setzt sich aus Lüftspiel und einer elastischen Verformung entsprechender Bremsenkomponenten (Bremssattel und Bremsbeläge) zusammen, wobei die elastische Verformung zur Betätigungskraft linear proportional verläuft, so daß sie sich genau bestimmen läßt.

Überschreitet oder unterschreitet der Weg der Brücke bei der Betätigung der Bremse mit einer bestimmten Kraft die errechneten Soll-Werte, läßt dies den Schluß auf zu großes bzw. zu kleines Lüftspiel zu, wodurch Störungen der Nachstellfunktion rechtzeitig erkannt werden. Somit können Sicherheitsrisiken vermieden werden, die aus einem zu großen Spiel zwischen der Bremsscheibe und den Bremsbelägen oder aus einem zu kleinen Spiel, das zu einem Heißlaufen führt, resultiern.

Der genannte Einsatz ist beispielhaft zu sehen, da diese Art und Weise die Kontrolle der Bewegungsabläufe verschiedener relevanter Innenteile der Scheibenbremse möglich ist.

Soll beispielsweise das Lüftspiel überwacht werden, ist eine Überprüfung der sich aus dem Vergleich der Soll- und Ist-Wert ergebenden Parameter ebenfalls vor und während einer Bremsung denkbar. Dabei muß jedoch nicht jeder Bremsvorgang berücksichtigt werden. Vielmehr kann eine Messung periodisch erfolgen, z.B. eine erste Bremsung nach einem Anlassen des Motors oder jede beispielsweise 30. Bremsung nach dem Anlassen des Motors bei Betriebstemperatur.

Auch bei der ausschließlichen Feststellung der Dicke der Bremsbeläge und/oder der Bremsscheibe kann die Überprüfung ebenfalls periodisch erfolgen.

Die Überprüfung der Verschleiß- und/oder Funktionsteile erfolgt derart, daß der Sender bei Fahrzeugbetrieb permanent ein Signal ausstrahlt, das von jeder vorhandenen Trennfuge bzw. deren Begrenzungen teilweise reflektiert wird. Die reflektierten Signale, beim Ultraschallsender Schallwellen, werden von dem Empfänger aufgenommen. Aufgrund der unterschiedlichen Wege, die die einzelnen reflektierten Signale zurücklegen und den daraus sich ergebenden unterschiedlichen Laufzeiten, die zwischen den Sende- und Empfangszeitpunkten liegen, wird kontinuierlich die Dicke der Bremsbeläge und der Bremsscheibe mittels einer Auswerteelektronik bestimmt, wobei der Soll-Wert durch den Wert vorgegeben ist, der praktisch im unbenutzten, also Neuzustand der Bremsscheibe bzw. der Bremsbeläge vorliegt.

Je nach Abnutzung der Bremsbeläge bzw. der Bremsscheibe verändert sich auch die Laufzeit des reflektierten Signales, dessen Vergleich mit dem Soll-Wert auf die Abnahme der Bremsbeläge bzw. der Bremsscheibe schließen läßt. Bei Erreichen bzw. Überschreiten einer Soll-Ist-Wert Differenz kann eine zusätzlich Anzeige erfolgen, durch die auf ein notwendiges Auswechseln der Verschleißteile hingewiesen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist überdies eine rechtzeitige Erkennung von ungleichmäßigem Verschleiß der Verschleißteile möglich. Ebenso können Hinweise beispielsweise auf eine eventuelle Fehlfunktion der Bremse, z.B. bedingt durch ein Klemmen der Sattelführung, gewonnen werden. Während bei einer zum Stand der Technik geschilderten Messung des Summenverschleißes eine Sicherheitszugabe für die Bremsbeläge eingerechnet werden muß, die einen eventuellen ungleichmäßigen Verschleiß abdeckt, so daß der Hinweis auf eine Auswechslung der Bremsbeläge bei einem gleichmäßigen Verschleiß zu früh kommt, bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, wie erwähnt, den Verschleiß jedes Bremsbelages individuell zu ermitteln. Bei einem gleichmäßigen Verschleiß erhöht sich damit die Zeitspanne der Funktionssicherheit, d. h. die Lebensdauer der Bremsbeläge.

Überdies besteht auch die Möglichkeit die Signale zur Steuerung eines elektronischen Bremssystems (EBS) zu nutzen, vorzugsweise im Zuge einer Signalauswertung.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist so ausgebildet, daß an einer Scheibenbremse oder an dazu benachbarten Teilen ein reflektierbare Signale aussendender Sender und ein die reflektierten Signale empfangender Empfänger vorgesehen sind, die mit einer Auswerteelektronik in Wirkverbindung stehen.

Dabei können sowohl der Sender wie auch der Empfänger gegenüber den zu überprüfenden Funktionsteilen, die sich in ihrer Lage verschleiß- oder störungsbedingt verändern, ortsfest positioniert sein, so daß sich bei Verschleiß oder Störung eine relative Abstandsveränderung ergibt. Denkbar ist aber auch, daß Sender und Empfänger an lageveränderbaren Tragteilen, bspw. Belagträgern befestigt sind.

Nach vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, daß der Sender bzw. Empfänger als Ultraschall- oder Lasersender bzw. als Ultraschall- oder Laserempfänger ausgebildet sind.

Weiter können Sender und Empfänger als eine Baueinheit vorgesehen sein, woraus sich eine besonders einfache Montage bzw. Demontage ergibt. Überdies ermöglicht die bauliche Zusammenfassung des Senders und Empfängers einen besonders effektiven Schutz vor Außeneinflüssen wie Verschmutzung oder dergleichen.

Dabei kann die Baueinheit sowohl innerhalb der Scheibenbremse wie auch außerhalb plaziert sein.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch den schematischen Aufbau einer pneumatischen Scheibenbremse,
2 eine schematische Draufsicht auf die Scheibenbremse,
3 einen Teilausschnitt der Scheibenbremse in einer Seitenansicht,
4 das Ausführungsbeispiel nach 3 in einer besonderen Ausführungsform,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematisch dargestellten Einzelheit als Seitenansicht,
6 + 7 das Ausführungsbeispiel nach 5 jeweils in einer besonderen Ausführungsform in einer schematisch dargestellten Teil-Seitenansicht.
In der 1 ist der prinzipielle Aufbau einer gattungsgemäßen Scheibenbremse dargestellt, die eine Bremsscheibe 1 aufweist, die an einer nicht dargestellten Achse eines Nutzfahrzeuges befestigt ist. Die Bremsscheibe 1 wird von einem Bremssattel 2 umfaßt, der mittels Befestigungselementen 3, bezogen auf die Bremsscheibe 1, in einem Bremsträger 6 des Nutzfahrzeuges axial verschiebbar festgelegt ist.
Wie weiter in der 1 zu erkennen ist, ist die Bremsscheibe 1 mit Bremsbelägen 5 in Wirkverbindung bringbar, wozu die Bremsbeläge 5 bei Bremsungen gegen die Bremsscheibe 1 gedrückt werden. Die Bremsbeläge 5 sind jeweils auf einem Belagträger 9 befestigt.
Eine mit dem Bezugszeichen 4 versehene Zuspannvorrichtung weist zwei parallele Druckstücke 8 auf, die an einer der beiden Bremsbacken 5 anliegen.
Die Funktion der Zuspannvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 566 006 bekannt, so daß auf eine diesbezügliche Beschreibung verzichtet werden kann.
Die beiden Druckstücke 8 sind durch eine lageveränderbare Brücke 7 miteinander verbunden, die sich innerhalb des Bremssattels 2 im wesentlichen parallel zur Drehachse der Bremsscheibe 1 erstreckt und in dieser Ebene verschiebbar gelagert ist.
In der 2 ist erkennbar, daß an der Scheibenbremse eine Sender/Empfänger-Einheit 10 angeschlossen ist, die gemäß den 3 und 4 aus einem Ultraschallsender 11 und einem Ultraschallempfänger 12 bestehen kann, wobei diese in der 3 als getrennte Bauteile vorgesehen sind, während sie entsprechend der 4 eine Baueinheit bilden.
Die Sender/Empfänger-Einheit 10 bzw. der Ultraschallsender 11 und der Ultraschallempfänger 12 sind gegenüber der Bremsscheibe 1 und den Belagträgern 9 ortsfest installiert.
Im Betrieb sendet der Ultraschallsender 11 ein reflektierbares Signal aus, das von den Trennfugen zwischen den Bremsbelägen 5 und der Bremsscheibe 1 teilweise reflektiert wird. Die reflektierten Signale werden von dem Ultraschallempfänger 12 aufgenommen, wobei aufgrund der unterschiedlichen Wege die Laufzeiten der einzelnen reflektierten Strahlen sich entsprechend einer verschleißbedingten Abnahme der Bremsbeläge 5 und/oder der Bremsscheibe 1 verändern.
Mittels einer nicht dargestellten Auswerteelektronik, die mit der Sender/Empfänger-Einheit 10 in Wirkverbindung steht, kann anhand der ermittelten Parameter durch Ist- und Soll-Wert-Vergleich ein Verschleiß jedes Bremsbelages 5 und der Bremsscheibe 1 ermittelt werden.
Die in der 4 gezeigte Ausführungsform, in der der Ultraschallsender 11 und der Ultraschallempfänger 12 in der besagten Sender/Empfänger-Einheit 10 zusammengefaßt sind, stellt eine besonders vorteilhafte Ausbildung dar, insbesondere hinsichtlich der baulichen Unterbringung, die eine einfache und kostengünstige Montage, aber auch eine solche Herstellung erlaubt.
Eine ausgewählte Plazierung der Sender/Empfänger-Einheit 10 ermöglicht ebenfalls die Kontrolle von Bewegungsabläufen ausgewählter Innenteile, beispielsweise der in der 1 gezeigten Brücke 7.
Dabei wird mittels der Sender/Empfänger-Einheit 10 die Position der Brücke 7 vor und nach einem Zuspannen bei einer bestimmten Betätigungskraft gemessen, wobei als Parameter der Luftdruck im Druckzylinder dient.
Der Verschiebeweg der Brücke 7 setzt sich zusammen aus Lüftspiel und der elastischen Verformung der Bremsenkomponenten, vor allem des Bremssattels 2 und der Bremsbeläge 5, wobei die elastische Verformung zur Betätigungskraft linear proportional verläuft, so daß sie sich durch eine Druckmessung exakt ermitteln läßt.
Überschreitet bzw. unterschreitet der Verfahrweg der Brücke 7 bei Betätigung der Bremse mit einer bestimmten Kraft die vorgegebenen Werte, ist dies auf ein zu großes bzw. zu kleines Lüftspiel zurückzuführen, so daß Störungen einer Nachstellerfunktion rechtzeitig erkannt und beseitigt werden können.
Zur Überwachung eines Summenverschleißes, bei dem der Verschleiß der beiden Bremsbeläge 5 und der Bremsscheibe 1 insgesamt ermittelt werden, ist bei dem in den 5-7 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Sender/Empfänger-Einheit 13 vorgesehen, die aus einem Lasersender 14 und einem Laserempfänger 15 besteht und an einem der lageveränderbaren Belagträger 9 befestigt ist, wobei der Lasersender 14 und der Laserempfänger 15 durchaus auch separat, also nicht als Einheit, ausgebildet sein können.
Zur Verschleißermittlung bzw. -überwachung erfolgt eine Wegmessung zu dem abgewandt liegenden Belagträger 9, wobei beim Erreichen einer als Soll-Wert festgelegten Mindeststrecke ein entsprechender Hinweis erfolgt. Zur Auswertung der gemessenen Werte ist ebenfalls eine Auswerteelektronik vorgesehen.
In der 7 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der die Sender/Empfänger-Einheit 13 in einem röhrenförmigen Mantel 16 gelagert ist, der teleskopartig ausgebildet ist und in seiner Länge von der zu ermittelnden Wegstrecke definiert ist. Dieser Mantel schirmt die Sender/Empfänger-Einheit vor Außeneinflüssen ab und stellt so einen für den Betrieb optimalen Schutz dar.

1: Bremsscheibe
2: Bremssattel
3: Befestigungselement
4: Zuspannvorrichtung
5: Bremsbelag
6: Bremsträger
7: Brücke
8: Druckstück
9: Belagträger
10: Sender/Empfänger-Einheit
11: Ultraschallsender
12: Ultraschallempfänger

Claims

Verfahren zur Überprüfung der Funktionssicherheit von in ihrer Lage veränderlichen Verschleiß- und/oder Funktionsteilen einer insbesondere pneumatisch oder elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, wobei durch einen Sender reflektierbare Signale zu dem zu überprüfenden Funktionsteil gesandt, die reflektierten Signale von einem Empfänger empfangen und die ermittelten Ist- mit Soll-Werten verglichen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale ermittelt werden, die von solchen Flächen der Verschleiß- und/oder Funktionsteile reflektiert werden, die Trennfugen begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Signale Ultraschallsignale ausgesandt und empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Signale Laserstrahlen ausgesandt und empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale ermittelt und ausgewertet werden, die abhängig vom Weg einer ein Funktionsteil bildenden Brücke einer Zuspannvorrichtung (4) reflektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschleiß von Verschleißteile bildenden Bremsbelägen (5) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschleiß einer ein Verschleißteil bildenden Bremsscheibe (1) ermittelt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Scheibenbremse oder an dazu benachbarten Teilen ein reflektierbare Signale aussendender Sender und ein die reflektierten Signale empfangender Empfänger vorgesehen sind, die mit einer Auswerteelektronik in Wirkverbindung stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender und/oder Empfänger ortsfest gegenüber den Verschleiß- und/oder Funktionsteilen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender und/oder Empfänger an lageveränderbaren Bauteilen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender als Ultraschallsender (11) und der Empfänger als Ultraschallempfänger (12) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender als Lasersender und der Empfänger als Laserempfänger ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender und Empfänger in einer Sender/Empfänger-Einheit (10, 13) zusammengefaßt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender/Empfänger-Einheit (10, 13) in einer Ummantelung (16) plaziert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (16) teleskopartig ausgebildet ist.